CN107248545A - 全覆盖式一次光面电极发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
全覆盖式一次光面电极发光二极管及其制造方法，属于半导体器件技术领域，将键合的半制品中临时衬底、缓冲层和阻挡层完全去除后，在图形化的n‑GaAs欧姆接触层之上蒸镀制作完全覆盖的n电极层，可使n电极覆盖图形化的n‑GaAs欧姆接触层。本发明同时将欧姆接触扩展电极和主电极一次形成，一次蒸镀的n电极层涵盖所需与图形化的n‑GaAs欧姆接触层形成欧姆接触的扩展电极及主电极，避免了粗化不均匀，带来的电极外观识别异常，粗化台阶太大，致使蒸镀金属层厚度无法有效填充，出现断裂现象，最终电极边缘脱落现象。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件技术领域，特别涉及发光二极管的制造技术领域。
背景技术
高亮度AlGaInP发光二极管的主要市场包括显示路况和高速公路讯息的单色显示器字幕；大型显示屏幕的全彩广告牌；汽车内外照明用的发光二极管；可携式产品用的背光源；建筑和特殊照明的照明应用；以及应用在电子设备部分，作为工业用指示灯及依客户要求的指示灯。AlGaInP材料可以通过调节Al的摩尔组分，使带隙宽度和GaAs衬底有很好的晶格匹配，但是它对红黄光的吸收严重，并且由于AlGaInP-GaAs系半导体折射系数，对于平滑的表面，只有少部分光可以从内部射出。为了提高出光效率，生长厚的窗口层同时有源层和衬底之间周期***替生长上两种折射率不同的材料，形成布拉格反射层DBR。针对衬底材料，可采用衬底转移方式，并增加金属全方位反射镜来制造反极性结构的AlGaInP基发光二极管，可以大幅度发光效率，同时表面粗化法是将表面规律地粗糙，可以使内部部分全反射光线以散射光的形式出射，提高出光效率。
现有的反极性AlGaInP发光二极管，其器件结构如图1所示，其中包含一Si衬底200， Si衬底200有上、下两个主表面，其上表面依次为粘结层201、反射镜层108、p-GaP窗口层107、p-AIGaInP限制层106、多量子阱（MQW）有源层105、n-AIGaInP限制层104，n-GaAs接触层103位于粗化n-AIGaInP限制层104的部分区域之上，n扩展电极202位于n-GaAs接触层103之上，n电极203位于粗化n-AIGaInP限制层104的另一部分的中央局部区域之上，且与n扩展电极形成电学接触，P电极204形成于硅衬底200的下表面。
由于n-GaAs接触层表面致密光滑，与金属层的附着性不佳，且n-GaAs接触层材料本身接触化学溶液易发生变性，在化学溶液湿法蚀刻n-GaAs接触层以及n-AIGaInP粗化层时，存在侧蚀，使n扩展电极202的边缘处于悬空状态（从图1可见），造成不良后果是：在后续作业过程中，在外部应力的作用及溶液渗透下易造成扩展电极和n-GaAs接触层缺损和脱落，影响正常的欧姆接触及正常的电流扩展，在后续在粗化的n-AIGaInP限制层上制作n电极，粗化形貌的差异及表面处理效果对于主电极的附着效果有着重要影响，n电极附着效果直接影响其与n扩展电极之间的电学连接及整个器件的工作，两方面造成器件的电压升高、亮度降低，严重影响产品的质量和良率，且作业过程难以控制，无法进行规模化量产。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种便于生产、良率高的全覆盖式一次光面电极发光二极管。
本发明技术方案是：在衬底一面依次设置的金属粘结层、反射镜层、p-GaP窗口层、p-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层和n-AIGaInP限制层，所述远离MQW多量子阱有源层的n-AIGaInP限制层部分表面呈平滑状，部分表面呈粗化状，在表面呈平滑状的n-AIGaInP限制层上分别设置图形化的n-GaAs欧姆接触层和n电极；在衬底的另一面设置p电极；其特征在于：所述n电极完全覆盖图形化的n-GaAs欧姆接触层。
本发明特点是：形成的n电极完全覆盖图案化n-GaAs欧姆接触层，其中的n-GaAs欧姆接触层与n电极直接接触面形成欧姆接触，并起到电流扩展的作用。由于本发明n电极完全覆盖了n-GaAs欧姆接触环，避免了后期粗化过程的侧蚀影响，避免了电极边缘脱落现象，保证了n-GaAs欧姆接触环的完整性，对电压的稳定起到了至关重要的作用，使得发光器件工作电压稳定，提高产品的质量及可靠性。
本发明另一目的是提出以上产品的制造方法。
本发明的制造方法包括以下步骤：
1）在临时衬底的一侧依次外延生长缓冲层、阻挡层、n-GaAs欧姆接触层、n-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、p-AIGaInP限制层和p-GaP窗口层；再在p-GaP窗口层上制作反射镜层，取得发光二极管外延片；
2）在永久衬底上表面制作金属粘结层；
3）将上述发光二极管外延片的反射镜层与具有永久衬底上的金属粘结层相对，经键合形成键合的半制品；
4）将键合的半制品中临时衬底、缓冲层和阻挡层完全去除；再在裸露的n-AIGaInP限制层上沉积保护膜，在保护膜上套刻制作出图形化的n-GaAs欧姆接触层，并保留图形化的n-GaAs欧姆接触层表面的保护膜；
5）去除n-GaAs欧姆接触层表面的保护膜，在图形化的n-GaAs欧姆接触层之上蒸镀制作完全覆盖的n电极层；
6）粗化裸露的n-AIGaInP限制层；
7）在衬底的另一侧面制作p电极层。
本发明工艺合理，方法简单，特别是通过步骤5）同时将欧姆接触扩展电极和主电极一次形成，一次蒸镀的n电极层涵盖所需与图形化的n-GaAs欧姆接触层形成欧姆接触的扩展电极及主电极。
本发明取消原有电极下方粗化处理，避免了粗化不均匀，带来的电极外观识别异常，粗化台阶太大，致使蒸镀金属层厚度无法有效填充，出现断裂现象，最终电极边缘脱落现象。
本发明在图案化的n-GaAs欧姆接触层上采用蒸镀方式制作n电极层，n电极完全覆盖图案化n-GaAs欧姆接触层， n电极同时制作在光滑n-AIGaInP限制层上，n电极可以完全覆盖n-GaAs欧姆接触层（n-GaAs欧姆接触层的厚度约为50nm左右）避免了电极边缘脱落现象。在步骤4）中，通过在保护膜上制作得到图形化的n-GaAs欧姆接触层，保护膜在整个制作过程中保护需图形化的n-GaAs欧姆接触层，降低光滑n-GaAs表面被污染及溶液接触变性，同时在制作n电极前需将保护膜通过溶液腐蚀方法去除，保证了n-GaAs欧姆接触层及光滑n-AIGaInP限制层界面的新鲜，为n电极制作提供良好的基础。一次蒸镀的n电极完全覆盖了n-GaAs欧姆接触环，避免了后期粗化过程的侧蚀影响，保证了n-GaAs欧姆接触环的完整性，对电压的稳定起到了至关重要的作用，使得发光器件工作电压稳定，提高产品的质量及可靠性。
进一步地，本发明在步骤5）中，先后以Au、Au、GeNi混合材料和Au进行蒸镀，然后在380℃的氮气氛围中进行熔合。一方面采用混合材料中的Ni元素会促进Ge元素的扩散，有利于形成均匀一致的扩散界面，其次混合材料后蒸镀的Au对于合金材料扩散起到一定的控制，另一方面在氮气的氛围中进行融合起到了隔绝氧气的作用，从而可以减少氧气对融合效果的影响。最终获得稳定可控的欧姆接触，直接增强了芯片的电学性能。
在步骤1）中，反射镜层材料为SiO2和Au，并在SiO2层上开设有导电小孔，以使反射镜层与p-GaP窗口层形成欧姆接触，以便于调节芯片的导电效果和反射效果，从而获得稳定可控的芯片电学和光学性能。
附图说明
图1为现有的反极性AlGaInP发光二极管结构示意图。
图2为本发明产品的结构示意图。
图3为图2的俯向视图。
图4a～4e是本发明的制作过程截面示意图。
具体实施方式
一、制造工艺过程：
1、制备发光二极管外延片：在一临时GaAs衬底100的一侧采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长缓冲层101、阻挡层102、n-GaAs欧姆接触层103、n-AIGaInP限制层104、MQW多量子阱有源层105、p-AIGaInP限制层106和p-GaP窗口层107。
在p-GaP窗口层107上蒸镀反射镜层108，蒸镀时先以SiO2进行蒸镀，在SiO2层上开设导电小孔，然后再以Ag进行蒸镀。
反射镜层108同时也起到与p-GaP窗口层107形成欧姆接触的作用。其中采用的开设有导电小孔SiO2层可以根据实际需要进行调节小孔数量，分布，孔径，间距，以便于调节芯片的导电效果和反射效果，从而获得稳定可控的芯片电学和光学性能。
至此，制备取得发光二极管外延片，如图4a所示。
2、如图4b所示，在一永久Si衬底200上表面蒸镀2微米厚的Au或Ag作为厚度为3微米的金属粘结层201。
3、将完成上述步骤的发光二极管外延片倒装在Si衬底200上，并在350℃～400℃温度、4000kg压力条件下实现两者共晶键合。键合后的半制品如图4c所示。
4、先采用氨水和双氧水混合溶液完全去除GaAs衬底100和缓冲层101，再采用盐酸、磷酸和水的混合溶液完全去除阻挡层102。
然后，在裸露的n-GaAs欧姆接触层103上制作保护膜，再采用常规的干法蚀刻或湿法蚀刻制作出图案化的n-GaAs欧姆接触层103（厚度为50nm左右）。通过在保护膜上制作得到图形化的n-GaAs欧姆接触层103，保护膜在整个制作过程中保护需图形化的n-GaAs欧姆接触层103，降低光滑n-GaAs欧姆接触层103表面被污染及溶液接触变性。
结果如图4d所示。
5、将保护膜通过溶液腐蚀方法去除，保证了n-GaAs欧姆接触层103及光滑n-AIGaInP限制层界面的新鲜，为n电极制作提供良好的基础。
然后在图案化的n-GaAs欧姆接触层103之上采用蒸镀方式制作n电极层205，同时将欧姆接触扩展电极和主电极一次形成。
在蒸镀时，先后以Au、Ge、Ni混合材料和Au进行蒸镀，其中Au、Ge、Ni混合材料蒸镀形成的镀层厚度为50 nm，Au蒸镀形成的镀层厚度为200nm，然后在380℃的氮气氛围中进行快速熔合。 取得的结果如图4e所示。
然后采用采用氟化铵、氢氟酸、硫酸、醋酸合适比率的组合溶液（也可以采用H3PO4、HCL、HBr、HF、H2O2或I2中的至少任意一种）对裸露在n电极205以外的n-AIGaInP限制层104表面进行粗化处理。
最后，在Si衬底200的另一侧面制作p电极层204，电极材料采用Ti/Au，厚度为50/200nm。
二、制成的产品特点：
如图2、3所示：在Si衬底200一面依次设置有Au或Ag金属粘结层201、反射镜层108、p-GaP窗口层107、p-AIGaInP限制层106、MQW多量子阱有源层105和n-AIGaInP限制层104，在n-AIGaInP限制层104上分别设置图形化的n-GaAs欧姆接触层103和n电极205，n电极层205涵盖所需与图形化的n-GaAs欧姆接触层形成欧姆接触的扩展电极及主电极。在Si衬底200的另一面设置p电极层204。
Claims (4)
1.全覆盖式一次光面电极发光二极管，包括在衬底一面依次设置的金属粘结层、反射镜层、p-GaP窗口层、p-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层和n-AIGaInP限制层，所述远离MQW多量子阱有源层的n-AIGaInP限制层部分表面呈平滑状，部分表面呈粗化状，在表面呈平滑状的n-AIGaInP限制层上分别设置图形化的n-GaAs欧姆接触层和n电极；在衬底的另一面设置p电极；其特征在于：所述n电极覆盖图形化的n-GaAs欧姆接触层。
2.如权利要求1所述全覆盖式一次光面电极发光二极管的制造方法，包括以下步骤：
1）在临时衬底的一侧依次外延生长缓冲层、阻挡层、n-GaAs欧姆接触层、n-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、p-AIGaInP限制层和p-GaP窗口层；再在p-GaP窗口层上制作反射镜层，取得发光二极管外延片；
2）在永久衬底上表面制作金属粘结层；
3）将上述发光二极管外延片的反射镜层与具有永久衬底上的金属粘结层相对，经键合形成键合的半制品；
4）将键合的半制品中临时衬底、缓冲层和阻挡层完全去除；再在裸露的n-AIGaInP限制层上沉积保护膜，在保护膜上套刻制作出图形化的n-GaAs欧姆接触层，并保留图形化的n-GaAs欧姆接触层表面的保护膜；
5）去除n-GaAs欧姆接触层表面的保护膜，在图形化的n-GaAs欧姆接触层之上蒸镀制作完全覆盖的n电极层；
6）粗化裸露的n-AIGaInP限制层；
7）在衬底的另一侧面制作p电极层。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于：在步骤5）中，先后以Au、Ge、Ni混合材料和Au进行蒸镀，然后在380℃的氮气氛围中进行熔合。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于：在步骤1）中，反射镜层材料为SiO2和Au，并在SiO2层上开设有导电小孔。
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|---|---|---|---|---|
| JPH06252443A (ja) * | 1993-02-26 | 1994-09-09 | Daido Steel Co Ltd | Ａ１ＧａＡｓ半導体ウェハ |
| CN105185883A (zh) * | 2015-10-12 | 2015-12-23 | 扬州乾照光电有限公司 | 侧壁粗化的AlGaInP基LED及其制造方法 |
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2017
- 2017-07-13 CN CN201710568739.6A patent/CN107248545A/zh active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06252443A (ja) * | 1993-02-26 | 1994-09-09 | Daido Steel Co Ltd | Ａ１ＧａＡｓ半導体ウェハ |
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