[其他]半導體發光器件的反射腔及其工藝

無效

• 申請號: 85100503
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN85100503A
• 公開（公告）日: 1986-09-17
• 發明（設計）人: 孫體忠
• 申請（專利權）人: 中國科學院上海冶金研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 中國科學院上海專利事務所
• 代理人: 季良赳

本發明涉及到半導體光電器件，特別是半導體發光器件的反射腔。可用于發光二極管（以下簡稱LED）以及由LED所構成的LED數碼管，LED字符顯示和LED列陣圖形顯示。

LED已經廣泛地用作各種儀器儀表上的指示燈，數字化儀器儀表上的數碼管和字符顯示。近年來，砷化鎵-鎵鋁砷雙異質結LED的亮度已經達到3～6燭光，不久在某些方面應用上有希望代替照明用燈。然而，一般的LED管芯均很小，約0.1mm²大小，為了增大LED發光管的表觀發光面積，提高發光管的發光強度，增加視感度，已經有人設計了各種反射腔，這些反射腔有的是用金屬支架（如用可伐合金）沖壓而成（如各種儀器儀表用指示燈），有的是用白塑料形成的各種尺寸的反射腔（如數字化儀器儀表用的數碼顯示器）。這些在世界上一些國家的專利上已有報導，例如：（1）U.S.3820237（1974），（2）DE 3137685（1983），（3）特開昭52-126187（1977），（4）特開昭58-66372（1983）。

然而上述的一些方法在制作LED的反射腔時存在一些不足之處：當沖壓金屬支架形成反射腔時，對模具的材料和開模的精度都有很高的要求，所以成本很高，經過試驗來確定合理的尺寸，需要多次改模，同時即使器件形狀尺寸稍有不同就得有各種不同的模具，這些都增加了成本。對于用白塑料反射腔作成的LED數碼管或字符顯示器件，按照H.P公司的R.H.Heite的分析（R.H.Heite“Trende????in????LED????Display????Technology”Proc.1974，24th????Electronic????Components????Conferences，p.2）出光效率是不高的，僅有30～40%的光從腔體的出光面發光，這主要由于腔體內存在一些明顯的吸收損失：大面積的塑料反射腔表面引起的吸收損失，塑料和支架間的狹縫引起的吸收損失，正負電極引線間的狹縫引起的吸收損失等。

本發明提出一種新的LED反射腔及其工藝，這種反射腔有很好的鏡面反光特性，工藝上能與傳統的半導體器件工藝兼容，不需要模具，使用這種反射腔，可提高發光器件的亮度，降低功耗。

本發明是基于半導體單晶材料硅的各向異性腐蝕特性。由于硅單晶在有些各向異性腐蝕液中不同晶向的晶面的腐蝕速率有很大的差別，按照實驗的結果：在氫氧化鉀水溶液里硅單晶的（100）面和（111）面的腐蝕速率之差高達400∶1，（K.E.Petersen，Proc.I.E.E.E.70（1982）420）而且（100）面和（111）面的晶面夾角為54.74°。這樣經腐蝕后，就能形成由4個（111）晶面與（100）底面所構成的正方形或長方形凹槽，若再在上面蒸鍍（或電鍍）一層金屬，就形成一種有金屬鏡面反射特性的反射腔。在硅的半導體器件工藝中很容易通過氧化、光刻等工藝在（100）Si片上形成所需要的各種正方形和長方形圖形，經腐蝕后就能在硅的（100）晶面上形成不同形狀大小的鏡面反射腔。若把LED管芯裝在這樣的反射腔內就可形成各種LED產品，如指示燈，數碼管，字符顯示和各種LED列陣。

這種反射腔是由腐蝕的硅片表面鍍以金屬鏡面構成。自然具有良好的鏡面反光特性，它能使LED管芯側面發出的光，通過反射腔的反射而使正法線方向的光強明顯增加，增大了LED的表觀發光面積，大大增加了視感度。

這種反射腔尺寸改變相當靈活，不需要開模和改模所需的昂貴成本，不同的器件的形成也很方便，本法與通常的硅半導體器件工藝相容，因而可以用該法在硅片上形成集成的反射腔，從而獲得LED數碼管，5×7字符，16×16字符或圖形顯示等各種器件。該法對選用的硅單晶材料也無特殊要求。按該工藝制得的反射腔所制成的字高為0.3吋（約7.6mm）的LED數碼管比一般的用塑料反射腔作成的LED數碼管，在大約5mA的正向電流使整個“”全亮狀態下，亮度要提高一倍以上。

本專利列出的附圖說明如下：

圖1示出（100）Si的各向異性腐蝕特性;圖中1為硅單晶片。2為生長的一層SiO₂，且開了一方形腐蝕窗口。圖中α＝54.74°。

圖2a示出（100）Si和該面上的<110>取向。

圖2b示出（100）Si上生長的SiO₂光刻開窗;圖中1為硅單晶片，2為SiO₂，3為開窗處。

圖2c為帶有反射腔的LED。圖中1為硅單晶片，2為蒸鍍的金屬鏡面，3為LED管芯。