CN106784223A - 发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管的制作方法，包括步骤：提供一外延结构，依次包含生长衬底、第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层；在第二类型半导体层的表面上形成扩展电极，并进行热处理，与第二类型半导体层形成欧姆接触；提供一临时基板，将其与外延结构接合，并去除所述生长衬底，裸露出第一类型半导体层的表面；在所述裸露出的第一类型半导体层表面上依次形成欧姆接触层、镜面层和键合层；提供一导电基板，将其与所述键合层接合，移除临时基板，裸露出部分第二类型半导体层的表面和扩展电极；采用化学蚀刻裸露出来的第二类型半导体层的表面，形成粗化表面；在第二类型半导体层的表面上形成焊线电极，其与所述扩展电极形成闭合回路。
Description
技术领域
本发明涉及半导体制造领域，具体的说是一种发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管具有低能耗，高寿命，稳定性好，体积小，响应速度快以及发光波长稳定等良好光电特性，被广泛应用于照明、家电、显示屏及指示灯等领域。
随着基板转移技术的发展，出现了p型朝上的AlGaInP基发光二极管，其通过两次基板转移技术移除生长衬底，并在n型半导体一侧接合导电基板，在p型半导体的表面120a上设置焊盘电极142和扩展电极141，对于大功率器件常采用焊线电极和扩展电极封闭式设计，如图1所示。在制程中，一般先在p型半导体上同时制作焊盘电极和扩展电极并进行高温热处理形成欧姆接触，再做基板接合，实现基板低温键合，避免了高温热处理影响基板的结合及反射结构的反射率。
为提高发光效率，一般会在器件出光表面制作粗化面以增进取光效率。上述p型朝上的器件在粗化时通常直接采用焊盘电极和扩展电极作为掩膜层直接进行粗化。然而电极材料一般具有磁性，由于焊线电极和扩展电极形成系列闭合回路，会形成一定的磁场，在粗化过程中粗化液中的带电粒子做切割磁感线的运动，使得粗化液中不同电性的带电粒子在各自的磁场内按一定方向发生偏移，从而影响粗化效果。同时，由于扩展电极未进行保护，常出现侧蚀问题，粗化液蚀刻到扩展电极的下方，造成金属接触脆弱或脱落的风险。
发明内容
针对上述问题，本发明提供了一种提升亮度的发光二级管与制作方法，其在粗化前仅制作扩展电极，在粗化后再制作焊盘电极，避免粗化过程中电极形成闭合圈，影响粗化效果。
本发明的技术方案为：发光二极管的制作方法，包括步骤：（1）提供一外延结构，依次包含生长衬底、第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层；（2）在所述第二类型半导体层的表面上形成扩展电极，并进行热处理，与所述第二类型半导体层形成欧姆接触；（3）提供一临时基板，将其与所述外延结构接合，并去除所述生长衬底，裸露出第一类型半导体层的表面；（4）在所述裸露出的第一类型半导体层表面上依次形成欧姆接触层、镜面层和键合层；（5）提供一导电基板，将其与所述键合层接合，移除临时基板，裸露出部分第二类型半导体层的表面和扩展电极；（6）采用化学蚀刻裸露出来的第二类型半导体层的表面，形成粗化表面；（7）在第二类型半导体层的表面上形成焊线电极，其与所述扩展电极形成闭合回路。
在一些实施例中，所述步骤（2）中在所述扩展电极的上方或下方形成金属掩膜层，所述金属掩膜层的面积＞扩展电极的面积。
优选地，所述步骤（2）中形成的金属掩膜层的厚度为10~200nm，更佳的为50~100nm。
优选地，所述步骤（2）中形成的金属掩膜层的边缘超出所述扩展电极的边缘至少2微米，较佳的为2~10微米。
优选地，所述步骤（2）中形成的金属掩膜层的材料选用Au、Cr、Ni、Ti或Pd。
优选地，所述步骤（2）中热处理的温度高于300℃。
在一些实施例中，所述步骤（6）中直接以扩展电极以掩膜层，对所述第二类型半导体层的表面进行粗化蚀刻。
在一些实施例中，所述步骤（6）先在所述焊盘电极区形成一光阻层掩膜层，再进行蚀刻。
在一些实施例中，所述步骤（6）中，先在所述焊盘电极区形成一绝缘层作为掩膜层，再进行蚀刻；所述步骤（7）中直接在所述绝缘层上形成焊盘电极。
根据本发明的另一个实施例，提供了一种使用根据本发明的方法制造的发光二极管结构。
本发明至少具有以下有益效果：（1）将焊盘电极与扩展电极分段制作，在粗化前先制作扩展电极，在完成粗化再做制作焊盘电极，从而避免在作粗化蚀刻时在焊盘电极区与扩展电极区形成闭合回路，使得粗化液中的带电粒子不会因为磁场作用做定向运动，而是随机***，从而提高出面光的粗化比，提升LED光取出率；（2）在扩展电极区采用金属掩膜层作为保护层，将掩膜层制作提前至基板接合工艺前，减少黄光对位错位影响；同时在粗化过程中不会被蚀刻，解决扩展电极被蚀的问题，避免了金属接触脆弱或脱落的风险。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
本领域技术人员应当理解，尽管现有技术中存在许多问题，但是，本发明的每个实施例或权利要求的技术方案可以仅在一个或几个方面进行改进，而不必同时解决现有技术中或者背景技术中列出的全部技术问题。本领域技术人员应当理解，对于一个权利要求中没有提到的内容不应当作为对于该权利要求的限制。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
图1显示了一种p型朝上的发光二极管的电极示意图。
图2显示了根据本发明实施的一种发光二极管的制作流程图。
图2~15显示了本发明实施例1的一种发光二极管的过程示意图。
图16显示了采用传统制作方法获得的p型朝上的发光二极管的粗化状况。
图17显示了采用实施例一所述的制作方法获得的发光二极管的粗化状况。
图18~24显示本发明实施例2的一种发光二极管的制作过程部分示意图。
图25~30显示本发明实施例3的一种发光二极管的制作过程部分示意图。
具体实施方式
以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。
图2显示了本发明第一个较佳实施例之一种发光二极管的制作流程图，其主要包括步骤S110~S170，下面以四元系发光二极管为例结合附图2~15进行详细说明。
步骤S110：提供生长衬底100，在其上形成发光外延结构120。其中生长衬底100较佳可采用III-V 族化合物半导体材料，例如砷化镓、磷化铟、磷化镓或蓝宝石，发光外延结构为常规外延结构即可，一般可包含n型半导体层、有源层和p型半导体层。具体的，首先提供成长基板100，再利用例如沉积方式直接在生长基板100 的表面上成长蚀刻终止层110。接下来，形成n型欧姆接触层121于蚀刻终止层101上，其中n型欧姆接触层121 的材料例如可为砷化镓、磷化镓砷或磷化铝镓铟。接着，在n型欧姆接触层121上生长发光外延结构120，较佳的，发光外延结构120可以包括依序堆栈在n型欧姆接触层121 的表面上的n型限制层122、有源层123、p型限制层124以及窗口层125，如图3所示。其中，N型限制层122的材料例如可为砷化铝镓AlxGa1-xAs，x>0.4或磷化铝镓铟 (AlxGa1-x)yIn1-yP，x>0.4；p型限制层124 的材料例如可为砷化铝镓(AlxGa1-xAs，x>0.4) 或磷化铝镓铟 (AlxGa1-x)yIn1-yP，x>0.4，有源层123 的材料例如可为磷化铝镓铟（(AlxGa1-x)yIn1-yP，x<0.5），窗口层125的材料例如可为磷化镓、磷化镓砷、砷化铝镓或磷化铝镓铟。
步骤S120：在发光外延结构的表面120a上制作扩展电极层141，并进行高温热处理，与窗口层125形成欧姆接触，如图4所示。该扩展电极141呈指状结构，未形成闭合回路，如图5所示，选用的材料为金铍合金、金锌合金或铬金合金。热处理的温度为300℃以上，较佳的采用480℃进行热处理。
步骤S130：提供一临时基板200，利用接合层210将临时基板200与发光外延结构120接合，接着去除发光外延结构120上的生长衬底100，露出发n型半导体层的表面。具体的，可先将接合层210涂布在发光外延结构120的表面120a 的暴露部分、金属掩膜层130的暴露部分和电极材料层141上，再将临时基板200贴设在接合层210上，如图6所示；在另一个实施例中，也可先将接合层210涂布在临时基板200的表面上，再将接合层210贴合在发光外延结构120的表面120a、金属掩膜层130和电极材料层141，完成临时基板200与发光外延结构120的接合。接着，利用例如化学蚀刻法或研磨法移除生长衬底100，暴露出蚀刻终止层110，再利用化学蚀刻法或研磨法移除蚀刻终止层152，以暴露出n型欧姆接触层121，如图7所示。其中，贴合临时基板200的贴合温度控制在150~500℃之间（较佳为300℃以下），临时基板200的材料可为玻璃、硅、砷化镓等，接合层210的材料可为铅锡合金、金锗合金、金铍合金、金锡合金、锡、铟、钯铟合金、苯并环丁烯、环氧树脂、硅、聚亚酰胺或旋转涂布玻璃高分子，其中较佳采用苯并环丁烯或环氧树脂。
步骤S140：在裸露出上的发光外延结构的表面上制作图案化的欧姆接触层及反射镜结构。具体的，图案化n型欧姆接触层121，并暴露n型限制层122的表面，再形成n型欧姆接触金属层150在n型欧姆接触层121上，以改善组件的电性质量。其中，n型欧姆接触金属层150的材料例如可为金锗合金/金复合材料、金/金锗合金/金复合材料或金锗合金/镍/金复合材料。接着，在n型限制层122的表面的暴露部分上形成透明材料层161，其表面与n型欧姆接触金属层150的表面齐平。接下来，在透明材料层161和n型欧姆接触金属层150上形成反射金属层162，如图8所示。其中，透明材料层161和反射金属层162构成全方位反射结构。
步骤S150：提供一个导电基板180，利用接合层170将导电基板200与金属反射结构接合，如图9所示，接合层170的材料接合层122较佳可为铅锡合金、金锗合金、金铍合金、金锡合金、锡、铟、钯铟合金或硅。接着可利用蚀刻方式移除临时基板200与接合层210，而暴露出发光外延结构120的表面120a和扩展电极141，如图10所示。较佳地，在露出的的窗口层表面上的焊盘电极区域形成一光阻层220作为掩膜层，如图11和12所示。
步骤S150：采用化学蚀刻裸露出来的窗口层125的表面，形成粗化表面，如图13所示。具体为：将至少10g I2碘粉加入到1600ml CH3COOH中，然后进行搅拌，在40~45℃温控下碘粉全部溶解后，加入HF、HNO3和CH3COOH的混合液，其中各物质的体积比3：2：4，控温至35～40℃；接下来将前述发光外延结构放入配置完成的溶剂中，粗化时间1～2min。其中碘粉具有蚀刻和掩膜的双重效果，因此碘粉较佳为完全溶解，且越细越好。
步骤S170：粗化完成后，去除光阻层220，露出p型窗口层，如图14所示。较佳地接着在发光外延结构的表面及扩展电极141的表面上覆盖绝缘保护层190，然后在焊盘电极区域依次形成高阻值的电流阻挡层143和焊盘电极143，形成p型朝上的发光二极管器件，如图15所示。其中扩展电极141与焊盘电极142形成闭合结构。
本实施例的发光二极管制作方法中，将焊盘电极与扩展电极分段制作，在粗化前先制作扩展电极，在完成粗化再做制作焊盘电极，从而避免在作粗化蚀刻时在焊盘电极区与扩展电极区形成闭合回路，使得粗化液中的带电粒子不会因为磁场作用做定向运动，而是随机***，从而提高出面光的粗化比，提升LED光取出率。
图16和17分别显示了采用不同的制作方法获得的p型朝上的发光二极管的粗化面的粗化状况，其中图16为采用粗化前同时制作焊盘电极和扩展电极的工艺（即背景技术中提及的常规工艺），图17为采用本发明实施例1所述的制作方法（即：粗化前制作扩展电极，粗化后再制作焊盘电极）。截取相同单位面积（20μm×20μm）内的粗化图案进行峰值测量，图16中峰值在100nn以上的凸起和凹陷的个数分别大约为1和4，而图17中峰值在100nn以上的凸起和凹陷的个数分别大约为10和14。对比图16和17可知，采用实施例1所述的制作方法获得的发光二极管粗化面的致密性及粗化的深宽比均明显提高，进而较大了提升发光二极管的亮度。
图18~24显示了本发明第二个较佳实施例之一种发光二极管制作方法的部分过程示意图。作为第一个较佳实施例的一个变形，在步骤S120中先在窗口层1250的表面上形成一金属掩膜层130，然后在金属掩膜慨130上制作扩展电极141，如图18所示，金属掩膜层130的面积大于扩展电极141的面积，如图19所示；在完成S150步骤后，先在外延结构120的表面120a的焊盘电极区域上形成一光阻层220作为掩膜层，如图20和21所示；接下来进行S250步骤作粗化处理，如图22所示；在S260步骤中分别采用不同的溶液去除光阻层220和多余的金属掩膜层130，如图23所示；接着在发光外延结构的部分表面及扩展电极141的表面上覆盖绝缘保护层190并预留焊盘电极区域，然后在该焊盘电极区域依次形成高阻值的电流阻挡层143和焊盘电极143，形成p型朝上的发光二极管器件，如图24所示。
在本实施例中，金属掩膜层130需考虑以下因素：（1）能够在后续粗化流程中作为掩膜层保护扩电极141下方外延层，避免扩展电极141b下方的外延层被侧蚀，因此要求金属掩膜层130的边缘超出扩展电极141的边缘，其超出的距离d至少达到2微米以上为宜，较佳值为2~5微米，例如扩展电极141的宽度d1为6微米，金属掩膜层130的宽度为10微米，金属掩膜层130的边缘超出扩展电极141的边缘的距离d为2微米；（2）在完成粗制程后需将非电极区的金属掩膜层去除，因此金属掩膜层的厚度不宜太厚，并选用较易去除的材料，例如可选用Au、Cr、Ni、Ti或Pd等，厚度可取10~200nm，较佳为50~100nm；（3）由于金属掩膜层130位于外延层125与电极材料层141之间，需确保金属掩膜层130与发光外延结构120形成欧姆接触，因此需选用能与外延材料层形成欧姆接触的材料。在本实施例中金属掩膜层130选用Au，其既可与外延层形成良好的欧姆接触，又容易采用化学蚀刻液去除。
本实施例中将掩膜层制作提前至基板接合工艺前，减少黄光对位错位影响；同时采用金属作为掩膜层，在粗化过程中不会被蚀刻，同时可兼顾欧姆接触，解决扩展电极被侧蚀的问题，避免了金属接触脆弱或脱落的风险。
附图25~30显示了本发明第三个较佳实施例之一种发光二极管制作方法的部分过程示意图。区别于第二个较佳实施例，在本实施例中在步骤S120中在发光外延结构的表面上先形成扩展电极141，接着在扩展电极141的表面上覆盖金属掩膜层130，如图25所示；在完成步骤S150后先在外延结构120的表面120a的焊盘电极区域上形成一绝缘层143作为掩膜层，如图26和27所示，该绝缘层142可为单层结构，例如氮化硅或氧化硅等绝缘材料，也可以是多层结构，例如采用高、低折射率的绝缘材料层交替堆叠组成DBR反射结构；在步骤S160中采用粗化液进行蚀刻裸露着的窗口层的表面，如图28所示，一般采用不会对绝缘层产生破坏的粗化液，可以是HCl：HNO3：H2O混合溶液或者KOH：KHFe混合溶液等；在步骤S170中先去除金属掩膜层130，裸露出扩展电极141，接着在发光外延结构的部分表面及扩展电极141的表面上覆盖绝缘保护层190，然后在绝缘层143上方制作焊盘电极143，形成p型朝上的发光二极管器件，如图24所示。
首先，在本实施例中优选采用Cr作为金属掩膜层130，首先Cr不会被粗化蚀刻液腐蚀，保证了其下方的区域不会被侧蚀；其次Cr为惰性金属，不会发生扩散，且不会对扩展电极等其他结构产生破坏；再者容易采用化学蚀刻去除。其次，本实施例采用绝缘层130作为焊盘电极区的粗化掩膜层，并在粗化后直接在该绝缘层130上方形成焊盘电极，可以作为电流阻挡层，减少焊盘电极下方的电流注入，还可以形成反射电极。
很明显地，本发明的说明不应理解为仅仅限制在上述实施例，而是包括利用本发明构思的所有可能的实施方式。
Claims (10)
1.发光二极管的制作方法，包括步骤：
（1）提供一外延结构，依次包含生长衬底、第一类型半导体层、有源层和第二类型半导体层；
（2）在所述第二类型半导体层的表面上形成扩展电极，并进行热处理使其与所述第二类型半导体层形成欧姆接触；
（3）提供一临时基板，将其与所述外延结构接合，并去除所述生长衬底，裸露出第一类型半导体层的表面；
（4）在所述裸露出的第一类型半导体层表面上依次形成欧姆接触层、镜面层和键合层；
（5）提供一导电基板，将其与所述键合层接合，移除临时基板，裸露出部分第二类型半导体层的表面和扩展电极；
（6）采用化学蚀刻裸露出来的第二类型半导体层的表面，形成粗化表面；
（7）在第二类型半导体层的表面上形成焊线电极，其与所述扩展电极形成闭合回路。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中在所述扩展电极的上方或下方形成金属掩膜层，所述金属掩膜层的面积＞扩展电极的面积。
3.根据权利要求2所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中形成的金属掩膜层的厚度为10~200nm。
4.根据权利要求2所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中形成的金属掩膜层的边缘超出所述扩展电极的边缘至少2微米。
5.根据权利要求2所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中形成的金属掩膜层的材料选用Au、Cr、Ni、Ti或Pd。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（2）中热处理的温度高于300℃。
7.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（6）中以扩展电极以掩膜层，对所述第二类型半导体层的表面进行粗化蚀刻。
8.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（6）中，先在焊盘电极区域形成一光阻层掩膜层，再进行蚀刻。
9.根据权利要求1所述的发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤（6）中，先在焊盘电极区域形成一绝缘层作为掩膜层，再进行蚀刻；所述步骤（7）中直接在所述绝缘层上形成焊盘电极。
10.一种发光二极管，采用前述权利要求1-9中的任一项制作方法制得。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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