反射电极结构、LED器件及制备方法-发明专利案例

发布时间：2017-10-31

专利名称：反射电极结构、LED器件及制备方法

申请类型：发明专利申请

著录项信息

申请号：CN201410592345.0

申请日：20141029

公开（公告）号：CN104393139A

公开日：20150304

申请（专利权）人：湘能华磊光电股份有限公司

发明人：许顺成;梁智勇;蔡炳杰

主分类号：H01L33/40

分类号：H01L33/40;H01L33/00

地址：湖南省郴州市苏仙区白露塘镇有色金属产业园区

国省代码：湖南(43)

代理机构：北京爱普纳杰专利代理事务所（特殊普通合伙）

代理人：何自刚
 

摘要

本申请公开了一种反射电极结构，设置于氮化物半导体层之上，包括：反射部分与电极部分，电极部分位于反射部分之上，其中，反射部分为由氮化物半导体层的表层向外依次排列的第一Ni层、Al层组成；电极部分为由反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。本发明使得电极对光的出光率高，且可降低操作电流。

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，涉及一种反射电极结构，还涉及一种LED器件及制备方法。

背景技术

LED芯片通常包括一个在通电后产生光辐射的半导体发光结构，以及将半导体结构与外界电源相连的电极，氮化镓基发光二极体是一种将电能高效率转化为光能的发光器件，其电极材料较多采用钛铝和钛金，公布号为CN103985805A的专利文献公布了一种发光器件，其焊线电极采用价格相对较低的钛铝材料，并依次蒸镀钛层和厚铝层，通过焊线电极金属层厚度的适当增加，减少了LED由于断路造成的失效。

另外，现有技术的发光器件采用电极结构为Cr层/Pt层/Au层，Cr层的厚度大概为20-50nm，由于Cr层在可见光范围的反射能力大约为65％，所以电极下方的光几乎都被吸收，造成LED的效率降低，现今的电极结构也有以第一Cr层/Al层/第二Cr层/Pt层/Au层为反射电极的结构，由于第一Cr层的厚度要大于25nm，才不会有剥落机率，第一Cr层因为太厚所以穿透率太低，造成Al层光反射率降低，造成LED的效率降低。

发明内容

本发明的目的在于克服上述不足，提供一种反射电极结构，以解决现有的LED芯片因为电极吸光而造成亮度降低的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种反射电极结构，设置于氮化物半导体层之上，其特征在于，包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分为由所述氮化物半导体层的表层向外依次排列的第一Ni层、Al层组成；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。

优选地，所述反射部分的第一Ni层的厚度为0.4～3nm，Al层的厚度为50～300nm。

优选地，所述电极部分的Cr层的厚度为10～300nm，第二Ni层的厚度为10～300nm，Au层的厚度为200～3000nm，Pt层的厚度为10～300nm，Ti层的厚度为10～300nm。

一种LED器件，由下至上包括衬底、缓冲层、N型氮化物半导体层、有源层、P型氮化物半导体层，其特征在于：在所述P型氮化物半导体层上依次设置电流阻挡层，透明导电层，以及钝化层，在所述P型氮化物半导体层或所述透明导电层上设置P型电极，在所述N型氮化物半导体层上设置N型电极；

所述P/N型电极为反射电极结构，所述反射电极结构包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分由第一Ni层和Al层组成，其中，Al层直接设置于P/N型电极的下方，P型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与所述P型氮化物半导体层或透明导电层之间，N型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与N型氮化物半导体层之间；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。

一种LED器件的制备方法，其特征在于，包括：

制作凸形台面，具体包括：

a、制作氮化物半导体结构，在所述衬底上外延生长缓冲层；在所述缓冲层上外延生长N型氮化物半导体层；在所述N型氮化物半导体层上外延生长有源层；在所述有源层上外延生长P型氮化物半导体层，形成氮化物半导体结构；

b、将氮化物半导体结构进行清洗，用光阻剂作为掩蔽层，ICP刻蚀掉部分所述P型氮化物半导体层和有源层直至所述N型氮化物半导体层，形成具有凸形台面的氮化物半导体结构，其中，刻蚀气体为BCl3/Cl2/Ar；

沉积电流阻挡层，具体包括：a、使用PECVD沉积SiO2在P型氮化物半导体层上，SiO2厚度为50～300nm，其中功率为50W，压力为850mTorr，温度为200℃，N2O为1000sccm，N2为400sccm，5％SiH4/N2为400sccm；b、通过ICP刻蚀或湿法腐蚀工艺蚀刻掉多余的SiO2；c、进行去掉光阻剂过程，得到第一中间体；

沉积透明导电层，使用电子束蒸镀法沉积ITO当透明导电层，沉积在P型氮化物半导体层及电流阻挡层上，透明导电层厚度为30～300nm；然后进行高温退火，温度为560℃，时间为3分钟；

沉积P型电极以及N型电极，P型电极沉积在P型氮化物半导体层或透明导电层上，所述N型电极沉积在N型氮化物半导体层上，

最后沉积钝化层，并开孔让P型焊盘及N型电极中的N型焊盘露出；

最后将圆片进行减薄、划片、裂片、测试、分选；

所述P/N型电极为反射电极结构，所述反射电极结构包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分由第一Ni层和Al层组成，其中，Al层直接设置于P/N型电极的下方，P型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与所述P型氮化物半导体层或透明导电层之间，N型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与N型氮化物半导体层之间；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。

一种LED器件，由下之上包括衬底、缓冲层、N型氮化物半导体层、有源层、P型氮化物半导体层，其特征在于：在所述P型氮化物半导体层还依次设有P型欧姆反射层、保护层、第一绝缘层、P型电极、N型电极、以及第二绝缘层；

所述P/N型电极为反射电极结构，所述反射电极结构包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分由第一Ni层和Al层组成，其中，Al层直接设置于P/N型电极的下方，P型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与所述保护层及第一绝缘层之间，N型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与N型氮化物半导体层及第一绝缘层之间；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。

一种LED器件的制备方法，其特征在于，包括：

制作氮化物半导体结构，在所述衬底上外延生长缓冲层；在所述缓冲层上外延生长N型氮化物半导体层；在所述N型氮化物半导体层上外延生长有源层；在所述有源层上外延生长P型氮化物半导体层，形成氮化物半导体结构；

使用电子束蒸镀法沉积Ag当P型欧姆反射层在P型氮化物半导体层上；

使用磁控溅射法沉积保护层履盖P型欧姆反射层，所述保护层的材质均为由P型欧姆反射层的表层向外依次排列为W/Pt/W/Pt/W/Pt，上述厚度依次为90/50/90/50/90/100nm；

制作台面及通孔，具体包括用光阻剂作为掩蔽层，ICP刻蚀掉部分所述P型氮化物半导体层和有源层，直至所述N型氮化物半导体层，形成台面及通孔的氮化物半导体结构，其中，刻蚀气体为BCl3/Cl2/Ar；

使用PECVD沉积SiO2或SiN当第一绝缘层履盖在保护层、通孔上，SiO2厚度为1,000nm，其中功率为50W，压力为850mTorr，温度为200℃，N2O为1000sccm，N2为400sccm，5％SiH4/N2为400sccm；通过ICP刻蚀或湿法腐蚀工艺蚀刻掉多余的SiO2；进行去掉光阻剂过程，得到第一绝缘层；

沉积P型电极以及N型电极，P型电极沉积在保护层及第一绝缘层上，所述N型电极沉积在N型氮化物半导体层及第一绝缘层上，

所述P/N型电极为反射电极结构，所述反射电极结构包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分由第一Ni层和Al层组成，其中，Al层直接设置于P/N型电极的下方，P型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与所述P型氮化物半导体层或透明导电层之间，N型电极的反射部分的第一Ni层设置于Al层与N型氮化物半导体层之间；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成；

沉积第二绝缘层，并开孔让部份P/N型电极露出，所述第二绝缘层的材质为SiO2或SiN，厚度为200～2000nm；

最后将圆片进行减薄、划片、裂片、测试、分选。

一种LED器件，由下至上包括衬底、缓冲层、N型氮化物半导体层、有源层、P型氮化物半导体层、其特征在于：在所述P型氮化物半导体层上依次设有金属反射欧姆层、阻挡层、第一金属熔融键合层、钝化层、发光二极体结构、永久基板、第一欧姆层、第二金属熔融键合层、永久基板结构、N型电极、第二欧姆层；

所述N型电极为反射电极结构，所述反射电极结构包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分由第一Ni层和Al层组成，其中，Al层直接设置于N型电极的下方，第一Ni层设置于Al层与N型氮化物半导体层之间；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。

一种LED器件的制备方法，其特征在于，包括：

制作氮化物半导体结构，在所述衬底上外延生长缓冲层；在所述缓冲层上外延生长N型氮化物半导体层；在所述N型氮化物半导体层上外延生长有源层；在所述有源层上外延生长P型氮化物半导体层，形成氮化物半导体结构；

制作台面，具体包括用SiO2作为掩蔽层，ICP刻蚀掉部分所述P型氮化物半导体层、有源层、N型氮化物半导体层及缓冲层直至所述衬底，形成台面的氮化物半导体结构，其中，刻蚀气体为BCl3/Cl2/Ar；

使用电子束蒸镀法连续依序沉积金属反射欧姆层、阻挡层、第一金属熔融键合层在P型氮化物半导体层上，所述阻挡层的材质均为由金属反射层的表层向外依次排列为Ti/Pt；所述金属熔融键合层的材质为Au；再沉积钝化层保护侧壁；

在永久基板上使用电子束蒸镀法连续依序沉积第一欧姆层及第二金属熔融键合层，所述第一欧姆层的材质均为由永久基板的表层向外依次排列为Ti/Au；所述第二金属熔融键合层的材质为In；

利用石墨夹具将发光二极体结构及永久基板结构键合在一起，具体键合条件为在氮气环境下、键合温度210℃、键合时间2小时；

利用波长355nm的Q～switched Nd:YAG雷射将衬底移除；

利用乙二醇当溶剂溶化氢氧化钾移除缓冲层，温度150℃；

沉积N型电极在N型氮化物半导体层上；所述N型电极为反射电极结构，所述反射电极结构包括：反射部分与电极部分，所述电极部分位于所述反射部分之上，其中，

所述反射部分由第一Ni层和Al层组成，其中，Al层直接设置于N型电极的下方，第一Ni层设置于Al层与N型氮化物半导体层之间；

所述电极部分为由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成；

将永久基板减薄至120um；

在永久基板背面上使用电子束蒸镀法连续依序沉积第二欧姆层，所述第二欧姆层的材质均为由永久基板的表层向外依次排列为Ti/Au；

最后将圆片进行裂片、测试、分选。

优选地，所述的LED器件，所述第一Ni层的厚度为1nm，所述Al层的厚度为150nm，所述Cr层的厚度为50nm，第二Ni层的厚度为20nm，所述Au层的厚度为1500nm。本发明的有益效果为：

第一，提高亮度，反射电极结构包括反射部分与电极部分，电极部分位于反射部分之上，反射部分为由氮化物半导体层的表层向外依次排列的第一Ni层、Al层组成；电极部分为由反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、第二Ni层以及Au层组成，或由反射部分的Al层向外依次排列的Cr层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的第二Ni层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层以及Au层组成，或由所述反射部分的Al层向外依次排列的Ti层、Pt层、Ti层、Pt层、Ti层、Pt层以及Au层组成。使得电极对光的吸收率低，出光率高，而且可降低操作电流，从而逆向电压和漏电特性更优，另外，结构上也能实现较低的成本。

第二，应用广泛，反射电极结构应用于正装、倒装、以及垂直结构的LED器件，沉积在正装的透明导电层上，或倒装的绝缘层上，具有很好的粘附力，由于Ni会与透明导电层的氧结合，生成氧化镍，从而提高了金属层与绝缘层之间的结合力，而且氧化镍比镍更不吸光；另外，也具有很好的粘附力，而且氧化镍比镍更不吸光；沉积在垂直的N型氮化物半导体上，具有良好的欧姆接触，以及降低电极对光的吸收率。

编辑：蜗牛纳@北京爱普纳杰商标代理机构

来源：纳杰微信公众号（najieip）

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