《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》是中國科學院半導體研究所於2007年7月25日申請的專利，該專利的申請號為2007101194748，申請公布號為CN101355119，公布日為2009年1月28日，發明人是伊曉燕、王良臣、王國宏、李晉閩。該發明屬於半導體技術領域，適用於垂直結構、自支撐襯底的高效發光二極體的製作。
《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》包括：在襯底上依次外延生長N型接觸層、有源區和P型接觸層；刻蝕，將器件隔離；在P型接觸層上製作ITO光學膜；在ITO光學膜上製作光學高反膜，部分區域裸露；在光學高反膜上和裸露的ITO膜區域製作金屬膜，構成器件的P電極；將絕緣的襯底去除，裸露出氮化鎵N型接觸層；在氮化鎵N型接觸層表面製作ITO導電光學減反膜；對ITO導電光學減反膜進行表面粗化處理；在ITO導電光學減反膜上製作金屬電極；在晶片表面沉積介質膜，以進行表面鈍化保護；將金屬電極區域的介質膜去除，進行壓焊封裝，完成器件的製作。
2013年10月，《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
（概述圖為《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法
- 類別：發明專利
- 公布號：CN101355119
- 公布日：2009年1月28日
- 申請號：2007101194748
- 申請日：2007年7月25日
- 申請人：中國科學院半導體研究所
- 地址：北京市海淀區清華東路甲35號
- 發明人：伊曉燕、王良臣、王國宏、李晉閩
- 分類號：H01L33/00（2006.01）
- 專利代理機構：中科專利商標代理有限責任公司
- 代理人：湯保平
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,附圖說明,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
大功率GaN基LED可廣泛套用於移動設備背光源、交通信號顯示、汽車等各類運輸工具照明、戶外全色信息顯示、景觀照明、軍用照明、LCD杯光源等領域，具有具有光電轉換效率高、綠色環保、壽命長、回響速度快、色彩豐富、全固體化、體積小等優點，是人類照明史上繼愛迪生髮明白熾燈之後的又一次革命。20世紀90年代初期，基於III族氮化物的藍光發光二極體（LED）研製成功，從而使得LED發光光譜覆蓋整個可見光範圍，解決了LED缺色的問題，用於照明的白光LED研製也因此成為可能。與傳統白熾燈相比，LED具有節能、環保、冷光源、發光效率高、顯色指數高和工作壽命長等突出優點。然而截至2007年7月，白光LED的光效距離通用照明所要求的160-2001m/w的指標還有相當遠的距離，電流分布不均勻、光提取效率低和散熱能力差是功率型LED發展所面臨的主要技術瓶頸。垂直結構LED就是基於上述問題提出的一種新的解決方案，相比傳統的正裝結構和倒裝結構LED，採用上下電極的垂直結構可以有效的解決電流分布不均勻、散熱能力差等問題，但光學特性，即提取效率改善不明顯。
發明內容
專利目的
《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》的目的是針對2007年7月以前的垂直結構發光二極體特點，採用全光學膜體系製作新型垂直結構發光二極體，提供一種提取效率高、電流分布均勻、散熱能力優良的發光二極體製作方法。
技術方案
《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》包括如下步驟：
步驟1：利用金屬化學有機氣相沉積方法在襯底上依次外延生長氮化鎵N型接觸層、多量子阱有源區和氮化鎵P型接觸層；
步驟2：採用感應耦合電漿、電子迴旋共振、反應離子刻蝕乾法刻蝕技術進行器件隔離；
步驟3：在氮化鎵P型接觸層上採用電子束蒸發技術製作ITO光學膜；
步驟4：採用離子束濺射技術在ITO光學膜上製作一層光學高反膜，高反膜採用網狀結構，即ITO光學膜部分區域被光學高反膜覆蓋，部分區域裸露，該結構通過光刻剝離技術得到；
步驟5：採用熱蒸發、電子束蒸發技術在光學高反膜上和裸露的ITO膜區域製作一層金屬膜，用作二次反射鏡和鍵合層，該ITO光學膜、光學高反膜與金屬膜構成器件的P電極；
步驟6：P電極製作完成後與矽、銅高熱導率襯底鍵合；
步驟7：採用雷射剝離、濕法腐蝕技術將絕緣的襯底去除，裸露出氮化鎵N型接觸層；
步驟8：採用電子束蒸發技術在氮化鎵N型接觸層表面製作ITO導電光學減反膜；
步驟9：採用濕法腐蝕技術對ITO導電光學減反膜進行表面粗化處理；
步驟10：在ITO導電光學減反膜上製作金屬電極；
步驟11：採用等離子增強化學氣相沉積技術在晶片表面沉積介質膜，以進行表面鈍化保護；
步驟12：將金屬電極區域的介質膜去除，進行壓焊封裝，完成器件的製作。
其中襯底為藍寶石襯底或者氮化鎵襯底。
其中襯底為氮化鎵襯底時步驟6、步驟7省略。
其中光學高反膜採用剝離技術形成網狀結構，使得金屬膜與ITO光學膜接觸，實現P電極引線。
其中光學高反膜採用離子束濺射技術得到，為高、低折射率交替的多層介質膜。
其中金屬膜採用基於高反射率金屬銀或者鋁的多層金屬膜體系。
附圖說明
圖1是《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》的材料結構；
圖2是該發明的P電極結構剖視圖；
圖3是該發明鍵合後的剖視圖；
圖4是該發明的製作完成後結構剖視圖；
圖5是該發明圖2的俯視圖；
圖6是該發明圖4的仰視圖。
權利要求
1.《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》其特徵在於，包括如下步驟：
步驟1：利用金屬化學有機氣相沉積方法在襯底上依次外延生長氮化鎵N型接觸層、多量子阱有源區和氮化鎵P型接觸層；
步驟2：採用感應耦合電漿、電子迴旋共振、反應離子刻蝕乾法刻蝕技術進行器件隔離；
步驟3：在氮化鎵P型接觸層上採用電子束蒸發技術製作ITO光學膜；
步驟4：採用離子束濺射技術在ITO光學膜上製作一層光學高反膜，高反膜採用網狀結構，即ITO光學膜部分區域被光學高反膜覆蓋，部分區域裸露，該結構通過光刻剝離技術得到；
步驟5：採用熱蒸發、電子束蒸發技術在光學高反膜上和裸露的ITO膜區域製作一層金屬膜，用作二次反射鏡和鍵合層，該ITO光學膜、光學高反膜與金屬膜構成器件的P電極；
步驟6：P電極製作完成後與矽、銅高熱導率襯底鍵合；
步驟7：採用雷射剝離、濕法腐蝕技術將絕緣的襯底去除，裸露出氮化鎵N型接觸層；
步驟8：採用電子束蒸發技術在氮化鎵N型接觸層表面製作ITO導電光學減反膜；
步驟9：採用濕法腐蝕技術對ITO導電光學減反膜進行表面粗化處理；
步驟10：在ITO導電光學減反膜上製作金屬電極；
步驟11：採用等離子增強化學氣相沉積技術在晶片表面沉積介質膜，以進行表面鈍化保護；
步驟12：將金屬電極區域的介質膜去除，進行壓焊封裝，完成器件的製作。
2.根據權利要求1所述的採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法，其特徵在於，其中光學高反膜採用剝離技術形成網狀結構，使得金屬膜與ITO光學膜接觸，實現P電極引線。
3.根據權利要求1所述的採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法，其特徵在於，其中光學高反膜採用離子束濺射技術得到，為高、低折射率交替的多層介質膜。
4.根據權利要求1所述的採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法，其特徵在於，其中金屬膜採用基於高反射率金屬銀或者鋁的多層金屬膜體系。
實施方式
參閱圖1—圖4所示，《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》包括如下步驟：
步驟1：利用金屬化學有機氣相沉積方法在襯底10上依次外延生長氮化鎵N型接觸層11、多量子阱有源區12和氮化鎵P型接觸層13，該襯底10為藍寶石襯底；
步驟2：採用感應耦合電漿、電子迴旋共振、反應離子刻蝕乾法刻蝕技術進行器件隔離；
步驟3：在氮化鎵P型接觸層13上採用電子束蒸發技術製作ITO光學膜20；
步驟4：採用離子束濺射技術在ITO光學膜20上製作一層光學高反膜21，高反膜採用網狀結構，即ITO光學膜20部分區域被光學高反膜21覆蓋，部分區域裸露，該結構通過光刻剝離技術得到；該光學高反膜21採用剝離技術形成網狀結構，使得金屬膜22與ITO光學膜20接觸，實現P電極引線；該光學高反膜21採用離子束濺射技術得到，為高、低折射率交替的多層介質膜；
步驟5：採用熱蒸發、電子束蒸發技術在光學高反膜21上和裸露的ITO膜區域製作一層金屬膜22，用作二次反射鏡和鍵合層，該ITO光學膜20、光學高反膜21與金屬膜22構成器件的P電極；該金屬膜22採用基於高反射率金屬銀或者鋁的多層金屬膜體系；
步驟6：P電極製作完成後與矽、銅高熱導率襯底30鍵合；
步驟7：採用雷射剝離、濕法腐蝕技術將絕緣的藍寶石襯底10去除，裸露出氮化鎵N型接觸層11；
步驟8：採用電子束蒸發技術在氮化鎵N型接觸層11表面製作ITO導電光學減反膜40；
步驟9：採用濕法腐蝕技術對ITO導電光學減反膜40進行表面粗化處理；
步驟10：在ITO導電光學減反膜40上製作金屬電極41；
步驟11：採用等離子增強化學氣相沉積技術在晶片表面沉積介質膜42，以進行表面鈍化保護；
步驟12：將金屬電極41區域的介質膜42去除，進行壓焊封裝，完成器件的製作。
上述的方法是以襯底10為藍寶石襯底時的製作步驟。
若襯底10為氮化鎵襯底時，其基本步驟相同，其區別是可以省略步驟6和步驟7。
再參閱圖1-圖4，圖1-圖4是該發明的發光二極體的材料結構基本製作流程，其製作過程包括P電極複合膜系製備、鍵合、襯底剝離、N電極減反膜系製備。
採用MOCVD技術依次在襯底10上外延生長氮化鎵N型接觸層11、多量子阱有源區12、氮化鎵P型接觸層13，材料結構如圖1所示。襯底10採用藍寶石襯底或者氮化鎵襯底，其中藍寶石襯底為絕緣襯底，氮化鎵襯底是導電襯底。對材料進行清洗，去除表面有機物和氧化層。在氮化鎵P型接觸層13表面採用電子束蒸發（EB）技術製作ITO光學膜20，經500℃氧氣氛圍退火，ITO光學膜20的透過率可以達到90％以上，同時形成良好的歐姆接觸。氮化鎵折射率為2.4，與外界空氣或者封裝材料的折射率差較大，界面反射率高造成大量的光線損失，ITO光學膜20折射率介於氮化鎵與封裝材料之間，可以有效降低界面反射損失，同時ITO光學膜20對可見光透過率高，是一種難得的光學導電薄膜。ITO光學膜20的厚度設計按照減反膜設計原理，可以有效地提高提取效率。ITO光學膜20製作完成後，採用離子束濺射技術在ITO光學膜20上製作一層光學高反膜21，高反膜採用高、低折射率交替的多層介質膜構成，反射率可以達到99％，優於通常採用的高反射率金屬反射鏡。高折射率介質膜可選用氧化鉭（Ta2O5）、氧化鈦（TiO2）等，低折射率介質膜可選用二氧化矽（SiO2）、氟化鎂（MgF2）等。由於該光學高反膜21不導電，所以採用網狀結構，其結構俯視圖如圖5所示，即：ITO光學膜20部分區域被光學高反膜21覆蓋，部分區域裸露，以便於製作電極引線。該光學高反膜21網狀結構採用光刻剝離技術得到，光學高反膜21覆蓋的區域面積在器件的電學特性和光學特性之間進行折中，該實施例採用二分之一器件面積。採用熱蒸發、電子束蒸發（EB）技術在光學高反膜21上製作一層金屬膜22，結構如圖4，該金屬膜22採用基於銀或者鋁的多層金屬膜體系，用作二次反射鏡和鍵合層。上述ITO光學膜20、光學高反膜21與金屬膜22構成器件的P電極，該結構綜合考慮光學、電學特性，有利於提高垂直結構LED的效率。P電極製作完成後，與矽、銅、鍺等高熱導率襯底30鍵合，有利於降低器件熱阻，提高器件可靠性。採用雷射剝離、濕法腐蝕技術、乾法刻蝕技術將襯底10去除，裸露出氮化鎵N型接觸層11，實現襯底轉移。採用電子束蒸發技術在氮化鎵N型接觸層11表面製作ITO導電光學減反膜40，該膜層的設計遵循減反膜設計原理，即有利於提高提取效率，還可以用作電流擴展層，在整個器件內部實現均勻的電流分布，進一步提高效率和可靠性。採用濕法腐蝕技術對ITO導電光學減反膜40進行表面粗化處理，減少界面全反射造成光線損失，有效提高器件提取效率。在ITO導電光學減反膜40上製作金屬電極41，該電極結構綜合考慮器件的電流分布和串聯電阻，結構如圖6所示。採用等離子增強化學氣相沉積系統在器件表面及邊緣沉積介質膜42，如圖5所示，進行表面鈍化及器件保護，提高器件的可靠性。將金屬電極41區域的介質膜42去除，進行壓焊封裝。
榮譽表彰
2013年10月，《採用全光學膜體系的垂直結構發光二極體製作方法》獲得第十五屆中國專利優秀獎。
