CN101783381A - 一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，在暂时基板上依次外延生长缓冲层、截止层、n-GaAs欧姆接触层、n-AlGaInP限制层、有源层、p-AlGaInP限制层和p-GaP窗口层构成外延发光层；发光层上制作一反射镜，在永久基板背面制作p电极，将永久基板和暂时基板通过接合层键合，去除暂时基板、缓冲层和截止层；蚀刻图案化n-GaAs欧姆接触层，暴露出n-AlGaInP限制层；粗化暴露在其上表面的部分限制层；在n-GaAs欧姆接触层上制作扩展电极，使扩展电极完全覆盖n-GaAs欧姆接触层以及部分区域的n-AlGaInP限制层，在限制层上制作焊与与扩展电极电连接；本发明解决了习知工艺中扩展电极边缘悬空造成易破损的问题，增强了电极与发光层的粘附性，确保正向工作电压稳定，极大地提高了产品的质量和良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光器件的制造方法，特别是一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法。
背景技术
发光二极管是一种半导体固态发光器件，通过注入电流，使得PN结区电子与空穴产生复合，并以光子的形式释放出能量；发光二极管具有体积小、寿命长、驱动电压低等优势，广泛应用于指示灯、背光、景观灯、汽车尾灯、照明等众多领域。四元系铝稼铟磷基发光二极管可发出红、橙、黄及黄绿光，其与GaAs衬底具有良好的晶格匹配；但由于GaAs是吸光材料，同时铝稼铟磷材料的折射率较高，使得四元系发光二极管的外量子效率很低，仅为4.5％左右。
为了提高光的提取效率，将向下发射的光和从上表面反射回半导体内部的光尽可能多的提取出来，所采用的一种方法是在衬底和有源区之间加入DBR结构，以减少GaAs衬底的光吸收，但DBR的反射率角带宽有限，仅对接近法向入射的光有较高的反射率，因此效果不大。
图1所示是习知的发光二极管，其以金属代替DBR作为反射镜，扩大了反射光的入射角度，因此具有更高的光提取效率；其结构包括一永久基板201，在其下表面形成一p电极205，在其上表面依次形成一接合层202、一金属反射层108、一p型导电窗口层107、一p型铝镓铟磷限制层106、一有源层105、一n型铝镓铟磷限制层104、一n型砷化镓欧姆接触层103、一扩展电极203形成于n型砷化镓欧姆接触层103上、一焊盘204形成于n型铝镓铟磷限制层104上。由于n型砷化镓欧姆接触层通常是以扩展电极为掩模版进行湿法蚀刻的，其必然存在过蚀刻的现象，从而使得扩展电极的边缘处于悬空状态。其导致的结果是：一方面，悬空部分的扩展电极在后续如粗化、切割等的工艺过程中容易破损，造成电极边缘的参差不齐(如图1a)，严重影响芯片的外观；另一方面，由于n型砷化镓欧姆接触层与金属的粘附性不佳，电极边缘的破损也极易引起接触层正上方处扩展电极的脱落(如图1b)，影响到两者之间的欧姆接触和电流扩展，进而造成正向工作电压的升高和亮度的降低。上述这些结果严重影响了产品的质量，降低了产品的良率，而且极不利于产品的批量生产。
发明内容
为解决上述扩展电极易破损和脱落的问题，提高产品的质量和良率，本发明旨在提供一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法。
本发明是这样子实现的，一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其步骤如下：
1)提供一暂时基板，在暂时基板上依次外延生长由缓冲层、截止层、n型砷化镓欧姆接触层、n型铝镓铟磷限制层、有源层、p型铝镓铟磷限制层和p型导电窗口层构成的发光层；
2)在外延发光层上制作一反射镜；
3)提供一永久基板，在永久基板背面制作p电极，将完成前述步骤的暂时基板与永久基板通过一接合层形成键合，接合面为反射镜和永久基板上表面，并去除暂时基板、缓冲层和截止层；
4)在外延层上制作包覆式扩展电极：
采用湿法蚀刻图案化n型砷化镓欧姆接触层，暴露出其下的n型铝镓铟磷限制层；
粗化暴露在上表面的部分n型铝镓铟磷限制层；
在n型砷化镓欧姆接触层上制作扩展电极，并且使得扩展电极完全覆盖n型砷化镓欧姆接触层以及部分区域的n型铝镓铟磷限制层；
5)在n型铝镓铟磷限制层上制作焊盘，并且焊盘与扩展电极保持电学连接。
本发明图案化n型砷化镓欧姆接触层的蚀刻液选自H3PO4、NH4OH、H2O2或前述的任意组合之一；粗化n型铝镓铟磷限制层的溶液选自HCl、HBr、HI、Br2、I2或前述的任意组合之一；扩展电极材料选自由Au、AuGe、Ni和Ti所组成的物质组中的一种；永久基板材料选自于Si、SiC、Cu和Al所组成的物质组中的一种；接合层材料选自In、Sn、AuSn和AuGe所组成的物质组中的一种。
在本发明的制作方法中，步骤4)的覆式扩展电极，其一部分完全覆盖住欧姆接触层，并通过熔合形成良好的电性接触；另一部分向下延伸并覆盖部分区域的n型铝镓铟磷限制层。
本发明的包覆式扩展电极解决了习知工艺中扩展电极边缘悬空造成易破损的问题，改善了芯片外观；同时也增强了电极与发光层的粘附性，保障了正向工作电压的稳定，极大的提高了产品的质量和良率；此外，由于砷化镓欧姆接触层被扩展电极包覆住受到保护，因此可适当缩小其尺寸；虽然扩展电极尺寸宽于接触层，但并不会由此降低芯片的亮度。
附图说明
图1是习知的发光二极管结构截面示意图；
图1a习知的发光二极管扩展电极边缘参差不齐的结构截面示意图；
图1b是习知的发光二极管扩展电极边缘破损的结构截面示意图；
图2a～2f是本发明优选实施例的制作过程截面示意图；
图3是本发明优选实施例的结构截面示意图；
图中部件标识说明：
100：GaAs衬底
101：缓冲层
102：截止层
103：GaAs欧姆接触层
104：n-AlGaInP限制层
105：多量子阱有源层
106：p-AlGaInP限制层
107：p-GaP窗口层
108：反射镜
201：Si衬底
202：接合层
203：扩展电极
203a：包覆式扩展电极
204：焊盘
205：p电极
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
如图3是所示的一种包覆式扩展电极发光二极管，其制备工艺如下：
第一步骤：如图2a所示，在与AlGaInP晶格相匹配的暂时基板GaAs100上，利用金属有机化学气相沉积法依次外延生长GaAs缓冲层101、截止层102、GaAs欧姆接触层103、n-AlGaInP限制层104、多量子阱有源层105、p-AlGaInP限制层106和p-GaP窗口层107构成外延发光层。
第二步骤：在p-GaP窗口层107上，蒸镀200nm以上的Au做为金属反射镜108。
第三步骤：如图2b所示，在以Si衬底201作为永久基板的背面制作p电极205，其材料为Cr/Au，Cr厚度为50～100nm，Au厚度为200～500nm。在永久基板的上表面蒸镀1～2μm厚AuSn合金作为接合层202。
如图2c所示，将暂时基板GaAs衬底100和Si衬底201通过接合层202键合在一起，接合层202材料是AuSn，键合温度为300～400℃，压力5000～7000N；同时去除暂时基板100、缓冲层101和截止层102。
第四步骤：如图2d所示，采用GaAs蚀刻液图案化GaAs欧姆接触层103，蚀刻液选用NH4OH和H2O2的混合溶液。
如图2e所示，采用粗化液粗化暴露在GaAs欧姆接触层103上表面的部分n-AlGaInP限制层104，粗化液选用HCl溶液。
如图2f所示，在GaAs接触层103上制作包覆式扩展电极203a，其材料为Ti/AuGe，Ti厚度为5～50nm，AuGe厚度为100～200nm。包覆式扩展电极203a尺寸宽于GaAs接触层103。因此其一部分完全覆盖GaAs接触层103，并通过氮气氛围下350～450℃的熔合，使两者形成良好的欧姆接触；另一部分由上向下延伸至n-AlGaInP限制层104，极大地提高了包覆式扩展电极203a与发光外延层的粘附性。
第五步骤：如图3所示，焊盘204形成于n-AlGaInP限制层104上，并与包覆式扩展电极203a构成电学连接，其材料为Cr/Au，Cr厚度为50～100nm，Au厚度为1000～2000nm。
本发明通过包覆式扩展电极解决了习知工艺中扩展电极边缘悬空造成易破损的问题，并且增强了电极与发光层的粘附性，确保正向工作电压的稳定，极大的提高了产品的质量和良率。
Claims (6)
1.一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其步骤如下：
1)提供一暂时基板，在暂时基板上依次外延生长缓冲层、截止层、n型砷化镓欧姆接触层、n型铝镓铟磷限制层、有源层、p型铝镓铟磷限制层和p型导电窗口层构成外延发光层；
2)在外延发光层上制作一反射镜；
3)提供一永久基板，在永久基板背面制作p电极，将完成前述步骤的暂时基板与永久基板通过一接合层形成键合，接合面为反射镜和永久基板上表面，并去除暂时基板、缓冲层和截止层；
4)在外延层上制作包覆式扩展电极：
采用湿法蚀刻图案化n型砷化镓欧姆接触层，暴露出其下的n型铝镓铟磷限制层；
粗化暴露在上表面的部分n型铝镓铟磷限制层；
在n型砷化镓欧姆接触层上制作扩展电极，并且使得扩展电极完全覆盖n型砷化镓欧姆接触层以及部分区域的n型铝镓铟磷限制层；
5)在n型铝镓铟磷限制层上制作焊盘，并且焊盘与扩展电极保持电学连接。
2.如权利要求1一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其中图案化n型砷化镓欧姆接触层的蚀刻液选自H3PO4、NH4OH、H2O2或前述的任意组合之一。
3.如权利要求1一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其中粗化n型铝镓铟磷限制层的溶液选自HCl、HBr、HI、Br2、I2或前述的任意组合之一。
4.如权利要求1一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其中扩展电极材料选自由Au、AuGe、Ni和Ti所组成的物质组中的一种。
5.如权利要求1一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其中永久基板材料选自于Si、SiC、Cu和Al所组成的物质组中的一种。
6.如权利要求1一种包覆式扩展电极发光二极管的制作方法，其中接合层材料选自In、Sn、AuSn和AuGe所组成的物质组中的一种。
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