CN101355119A - 采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法 - Google Patents

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Abstract

一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，包括：在衬底上依次外延生长N型接触层、有源区和P型接触层；刻蚀，将器件隔离；在P型接触层上制作ITO光学膜；在ITO光学膜上制作光学高反膜，部分区域裸露；在光学高反膜上和裸露的ITO膜区域制作金属膜，构成器件的P电极；将绝缘的衬底去除，裸露出氮化镓N型接触层；在氮化镓N型接触层表面制作ITO导电光学减反膜；对ITO导电光学减反膜进行表面粗化处理；在ITO导电光学减反膜上制作金属电极；在芯片表面沉积介质膜，以进行表面钝化保护；将金属电极区域的介质膜去除，进行压焊封装，完成器件的制作。

Description

采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，是一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，尤其适用于垂直结构、自支撑衬底的高效发光二极管的制作。
背景技术
大功率GaN基LED可广泛应用于移动设备背光源、交通信号显示、汽车等各类运输工具照明、户外全色信息显示、景观照明、军用照明、LCD杯光源等领域，具有具有光电转换效率高、绿色环保、寿命长、响应速度快、色彩丰富、全固体化、体积小等优点，是人类照明史上继爱迪生发明白炽灯之后的又一次革命。20世纪90年代初期，基于III族氮化物的蓝光发光二极管(LED)研制成功，从而使得LED发光光谱覆盖整个可见光范围，解决了LED缺色的问题，用于照明的白光LED研制也因此成为可能。与传统白炽灯相比，LED具有节能、环保、冷光源、发光效率高、显色指数高和工作寿命长等突出优点。然而，目前白光LED的光效距离通用照明所要求的160-200lm/w的指标还有相当远的距离，电流分布不均匀、光提取效率低和散热能力差是功率型LED发展所面临的主要技术瓶颈。垂直结构LED就是基于上述问题提出的一种新的解决方案，相比传统的正装结构和倒装结构LED，采用上下电极的垂直结构可以有效的解决电流分布不均匀、散热能力差等问题，但光学特性，即提取效率改善不明显。
发明内容
本发明的目的是针对现有的垂直结构发光二极管特点，采用全光学膜体系制作新型垂直结构发光二极管，提供一种提取效率高、电流分布均匀、散热能力优良的发光二极管制作方法。
本发明提供一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用金属化学有机气相沉积方法在衬底上依次外延生长氮化镓N型接触层、多量子阱有源区和氮化镓P型接触层；
步骤2：采用感应耦合等离子体、电子回旋共振、反应离子刻蚀干法刻蚀技术进行器件隔离；
步骤3：在氮化镓P型接触层上采用电子束蒸发技术制作ITO光学膜；
步骤4：采用离子束溅射技术在ITO光学膜上制作一层光学高反膜，高反膜采用网状结构，即ITO光学膜部分区域被光学高反膜覆盖，部分区域裸露，该结构通过光刻剥离技术得到；
步骤5：采用热蒸发、电子束蒸发技术在光学高反膜上和裸露的ITO膜区域制作一层金属膜，用作二次反射镜和键合层，该ITO光学膜、光学高反膜与金属膜构成器件的P电极；
步骤6：P电极制作完成后与硅、铜高热导率衬底键合；
步骤7：采用激光剥离、湿法腐蚀技术将绝缘的衬底去除，裸露出氮化镓N型接触层；
步骤8：采用电子束蒸发技术在氮化镓N型接触层表面制作ITO导电光学减反膜；
步骤9：采用湿法腐蚀技术对ITO导电光学减反膜进行表面粗化处理；
步骤10：在ITO导电光学减反膜上制作金属电极；
步骤11：采用等离子增强化学气相沉积技术在芯片表面沉积介质膜，以进行表面钝化保护；
步骤12：将金属电极区域的介质膜去除，进行压焊封装，完成器件的制作。
其中衬底为蓝宝石衬底或者氮化镓衬底。
其中衬底为氮化镓衬底时步骤6、步骤7省略。
其中光学高反膜采用剥离技术形成网状结构，使得金属膜与ITO光学膜接触，实现P电极引线。
其中光学高反膜采用离子束溅射技术得到，为高、低折射率交替的多层介质膜。
其中金属膜采用基于高反射率金属银或者铝的多层金属膜体系。
附图说明
为进一步说明本发明的内容及特点，以下结合附图及实施例对本发明作一详细的描述，其中：
图1是本发明的材料结构；
图2是本发明的P电极结构剖视图；
图3是本发明键合后的剖视图；
图4是本发明的制作完成后结构剖视图；
图5是本发明图2的俯视图；
图6是本发明图4的仰视图。
具体实施方式
请参阅图1-图4所示，本发明一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，包括如下步骤：
步骤1：利用金属化学有机气相沉积方法在衬底10上依次外延生长氮化镓N型接触层11、多量子阱有源区12和氮化镓P型接触层13，该衬底10为蓝宝石衬底；
步骤2：采用感应耦合等离子体、电子回旋共振、反应离子刻蚀干法刻蚀技术进行器件隔离；
步骤3：在氮化镓P型接触层13上采用电子束蒸发技术制作ITO光学膜20；
步骤4：采用离子束溅射技术在ITO光学膜20上制作一层光学高反膜21，高反膜采用网状结构，即ITO光学膜20部分区域被光学高反膜21覆盖，部分区域裸露，该结构通过光刻剥离技术得到；该光学高反膜21采用剥离技术形成网状结构，使得金属膜22与ITO光学膜20接触，实现P电极引线；该光学高反膜21采用离子束溅射技术得到，为高、低折射率交替的多层介质膜；
步骤5：采用热蒸发、电子束蒸发技术在光学高反膜21上和裸露的ITO膜区域制作一层金属膜22，用作二次反射镜和键合层，该ITO光学膜20、光学高反膜21与金属膜22构成器件的P电极；该金属膜22采用基于高反射率金属银或者铝的多层金属膜体系；
步骤6：P电极制作完成后与硅、铜高热导率衬底30键合；
步骤7：采用激光剥离、湿法腐蚀技术将绝缘的蓝宝石衬底10去除，裸露出氮化镓N型接触层11；
步骤8：采用电子束蒸发技术在氮化镓N型接触层11表面制作ITO导电光学减反膜40；
步骤9：采用湿法腐蚀技术对ITO导电光学减反膜40进行表面粗化处理；
步骤10：在ITO导电光学减反膜40上制作金属电极41；
步骤11：采用等离子增强化学气相沉积技术在芯片表面沉积介质膜42，以进行表面钝化保护；
步骤12：将金属电极41区域的介质膜42去除，进行压焊封装，完成器件的制作。
上述的方法是以衬底10为蓝宝石衬底时的制作步骤。
若衬底10为氮化镓衬底时，其基本步骤相同，其区别是可以省略步骤6和步骤7。
请再参阅图1-图4，图1-图4是本发明的发光二极管的材料结构基本制作流程，其制作过程包括P电极复合膜系制备、键合、衬底剥离、N电极减反膜系制备。
采用MOCVD技术依次在衬底10上外延生长氮化镓N型接触层11、多量子阱有源区12、氮化镓P型接触层13，材料结构如图1所示。衬底10采用蓝宝石衬底或者氮化镓衬底，其中蓝宝石衬底为绝缘衬底，氮化镓衬底是导电衬底。对材料进行清洗，去除表面有机物和氧化层。在氮化镓P型接触层13表面采用电子束蒸发(EB)技术制作ITO光学膜20，经500℃氧气氛围退火，ITO光学膜20的透过率可以达到90％以上，同时形成良好的欧姆接触。氮化镓折射率为2.4，与外界空气或者封装材料的折射率差较大，界面反射率高造成大量的光线损失，ITO光学膜20折射率介于氮化镓与封装材料之间，可以有效降低界面反射损失，同时ITO光学膜20对可见光透过率高，是一种难得的光学导电薄膜。ITO光学膜20的厚度设计按照减反膜设计原理，可以有效地提高提取效率。ITO光学膜20制作完成后，采用离子束溅射技术在ITO光学膜20上制作一层光学高反膜21，高反膜采用高、低折射率交替的多层介质膜构成，反射率可以达到99％，优于通常采用的高反射率金属反射镜。高折射率介质膜可选用氧化钽(Ta2O5)、氧化钛(TiO2)等，低折射率介质膜可选用二氧化硅(SiO2)、氟化镁(MgF2)等。由于该光学高反膜21不导电，所以采用网状结构，其结构俯视图如图5所示，即：ITO光学膜20部分区域被光学高反膜21覆盖，部分区域裸露，以便于制作电极引线。该光学高反膜21网状结构采用光刻剥离技术得到，光学高反膜21覆盖的区域面积在器件的电学特性和光学特性之间进行折中，本实施例采用二分之一器件面积。采用热蒸发、电子束蒸发(EB)技术在光学高反膜21上制作一层金属膜22，结构如图4，该金属膜22采用基于银或者铝的多层金属膜体系，用作二次反射镜和键合层。上述ITO光学膜20、光学高反膜21与金属膜22构成器件的P电极，该结构综合考虑光学、电学特性，有利于提高垂直结构LED的效率。P电极制作完成后，与硅、铜、锗等高热导率衬底30键合，有利于降低器件热阻，提高器件可靠性。采用激光剥离、湿法腐蚀技术、干法刻蚀技术将衬底10去除，裸露出氮化镓N型接触层11，实现衬底转移。采用电子束蒸发技术在氮化镓N型接触层11表面制作ITO导电光学减反膜40，该膜层的设计遵循减反膜设计原理，即有利于提高提取效率，还可以用作电流扩展层，在整个器件内部实现均匀的电流分布，进一步提高效率和可靠性。采用湿法腐蚀技术对ITO导电光学减反膜40进行表面粗化处理，减少界面全反射造成光线损失，有效提高器件提取效率。在ITO导电光学减反膜40上制作金属电极41，该电极结构综合考虑器件的电流分布和串联电阻，结构如图6所示。采用等离子增强化学气相沉积系统在器件表面及边缘沉积介质膜42，如图5所示，进行表面钝化及器件保护，提高器件的可靠性。将金属电极41区域的介质膜42去除，进行压焊封装。
尽管参照其特定的实施例详细地展示和描述了本发明，但还应该指出，对于本专业领域的技术人员来说，可对其形式和细节进行各种改变，而不脱离所附权利要求限定的本发明的范围。

Claims (6)

1、一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：利用金属化学有机气相沉积方法在衬底上依次外延生长氮化镓N型接触层、多量子阱有源区和氮化镓P型接触层；
步骤2：采用感应耦合等离子体、电子回旋共振、反应离子刻蚀干法刻蚀技术进行器件隔离；
步骤3：在氮化镓P型接触层上采用电子束蒸发技术制作ITO光学膜；
步骤4：采用离子束溅射技术在ITO光学膜上制作一层光学高反膜，高反膜采用网状结构，即ITO光学膜部分区域被光学高反膜覆盖，部分区域裸露，该结构通过光刻剥离技术得到；
步骤5：采用热蒸发、电子束蒸发技术在光学高反膜上和裸露的ITO膜区域制作一层金属膜，用作二次反射镜和键合层，该ITO光学膜、光学高反膜与金属膜构成器件的P电极；
步骤6：P电极制作完成后与硅、铜高热导率衬底键合；
步骤7：采用激光剥离、湿法腐蚀技术将绝缘的衬底去除，裸露出氮化镓N型接触层；
步骤8：采用电子束蒸发技术在氮化镓N型接触层表面制作ITO导电光学减反膜；
步骤9：采用湿法腐蚀技术对ITO导电光学减反膜进行表面粗化处理；
步骤10：在ITO导电光学减反膜上制作金属电极；
步骤11：采用等离子增强化学气相沉积技术在芯片表面沉积介质膜，以进行表面钝化保护；
步骤12：将金属电极区域的介质膜去除，进行压焊封装，完成器件的制作。
2、根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中衬底为蓝宝石衬底或者氮化镓衬底。
3、根据权利要求1或2所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中衬底为氮化镓衬底时步骤6、步骤7省略。
4、根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中光学高反膜采用剥离技术形成网状结构，使得金属膜与ITO光学膜接触，实现P电极引线。
5、根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中光学高反膜采用离子束溅射技术得到，为高、低折射率交替的多层介质膜。
6、根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中金属膜采用基于高反射率金属银或者铝的多层金属膜体系。
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