CN101958383A - 一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,在一暂时基板上依次外延生长由缓冲层、截止层、第二导电型欧姆接触层、第二导电型限制层、有源层、第一导电型限制层和第一导电型窗口层构成外延发光层;外延发光层上生长一介质层,定义出切割道图形并蚀刻掉切割道以外的介质层;切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽;在外延发光层上蒸镀一反射镜;永久基板背面和上表面分别制作第一欧姆接触电极和蒸镀接合层;将反射镜与接合层键合,去除暂时基板、缓冲层和截止层;在第二导电型欧姆接触层上制备第二欧姆接触电极;切割形成芯片。本发明能解决切割带来的漏电问题,并且不必蚀刻切割道上的外延层,简化制作工艺,提高工艺稳定性。

Description

一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法
技术领域
本发明涉及光电半导体发光器件的制备方法,特别是一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode,LED)是一种冷光发光组件,其发光原理是在III- V族化合物半导体材料上施加电流,利用二极管内电子与空穴互相结合,而将能量转换为光的形式释出时便可发光,且使用久也不会像白炽灯泡般地发烫。发光二极管的优点在于体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳,能够配合各种应用设备的轻、薄、及小型化的需求,因而早已成为日常生活中十分普及的产品。
以磷化铝镓铟(AlGaInP)发光二极管为例,磷化铝镓铟为一四元素化合物半导体材料,适合用于制造高亮度红、橙、黄、及黄绿光发光二极管,其拥有高发光效率、并生长在晶格匹配的砷化镓(GaAs)衬底上。然而,由于砷化镓衬底为一吸光性衬底,因此会吸收磷化铝镓铟发出的可见光,且其热传导性较差,因此限制了其在大电流的发光效率。对于这种结构的发光二极管来说,有几种因素限制了光的提取效率:半导体材料和其周围媒质之间折射率差偏大导致的内部反射,金属电极的遮挡,GaAs衬底吸收等。这样,有源区发出的光射向上表面的光子有一定的几率能提取出来,而向下传播的光子大部分被GaAs衬底吸收。因此,即使有很高的内部量子效率,外部量子效率也仅有5%左右。
为了提高光的提取效率,把向下传播的光子和上表面反射回半导体材料内部的光子也能大部分提取出来,减少GaAs衬底的吸收,人们在GaAs衬底和有源区之间生长了布拉格反射镜(Distributed Bragg Reflectors,DBRs),以便把背面的光反射到芯片表面。但实际的DBRs反射镜的反射率角带宽有限,只对接近法向入射的光反射率大,对此范围以外的光反射率急剧下降,所以不能有效的反射向吸收衬底GaAs传播的光,还是有相当部分的光被GaAs衬底吸收。
为了进一步提高光的提取效率,人们采用金属代替DBRs做为反射镜,这样任何角度射向衬底的光都会被反射回正面,提高了光的提取效率。为了达到金属做为反射镜的目的,已知的工艺采用在外延片上制作金属反射镜,然后转移到新的衬底上,去除生长衬底,最后再制作电极(如图1a),切割成芯片(如图1b)。这种做法大大提高了发光二极管的发光效率,但是在把整片外延片切割成芯片时,金刚刀会把衬底上101的金属层102带到外延层103、104、105、106和107的侧壁上,连通p型导电层104和n型导电层106,产生严重漏电。在一种改进的生产工艺中,人们先光罩定义出切割道(如图2a),然后采用干法蚀刻外延层207、206、205、204和203。(如图2b)切割道宽度大于金刚刀片厚度,切割时金刚刀就不会碰触到外延层,从而避免把衬底上201上的金属层202带到外延层207、206、205、204和203的侧壁上,避免了严重的漏电;但是干法蚀刻会产生蚀刻反应物会附着在外延层的侧壁,需要采用溶液进行去除;溶液在去除干法蚀刻产生物时也会蚀刻外延层,使得切割道边沿不整理,因而难以精确控制发光区面积;因此上述工艺复杂,同时量产难以严格重复工艺,造成工艺不稳定。
发明内容
为解决上述问题,本发明旨在提供一种磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,以解决切割产生漏电问题,并大大简化工艺、提高生产良率,同时可精确控制发光区面积,保持芯片外观完整性。
为达到上述目的,本发明提出一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其工艺步骤如下:
1)   提供一暂时基板,在其上依次外延生长由缓冲层、截止层、第二导电型欧姆接触层、第二导电型限制层、有源层、第一导电型限制层和第一导电型窗口层构成外延发光层;
2)   在外延发光层上生长一介质层,光罩定义出切割道图形,蚀刻掉切割道以外的介质层;切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽;
3)   在上述带有图案化介质层的外延发光层上蒸镀一反射镜,高温熔合连接;
4)   提供一永久基板,在其背面制作第一欧姆接触电极;
5)   在永久基板上表面蒸镀接合层;
6)   将外延发光层的反射镜与永久基板的接合层隔空相对键合在一起,并去除暂时基板、缓冲层和截止层;
7)   在第二导电型欧姆接触层上制备第二欧姆接触电极;
8)    切割形成芯片。
上述介质层材料选自TiO2、SiO2、Si3N4、MgF2、Ta2O5、ZnS或前述的任意组合之一。
上述反射镜材料选自Al、Au、Ag、Cu或前述的任意组合之一。
上述永久基板材料选自于硅、碳化硅、磷化镓所组成的物质族群中的任意一种。
上述接合层材料选自In、Sn、AuSn、AuGe或前述的任意组合之一。
上述第二欧姆接触电极选自Au、AuGe、Ni、Ti、Cr或前述的任意组合之一。
本发明的切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽,切割时保证金刚刀不会碰触道切割道以外的外延发光层;反射镜经过高温熔合后,与第一导电型窗口层互扩散形成很强的机械结合性;反射镜与介质层不会互扩散,它们之间的黏附力很小,因此切割时,在金刚刀切割震动及带动下,介质层同反射镜会分离,并且切割道上的介质层连同介质层上面的外延发光层就会从反射镜上脱离。介质层和外延发光层总厚度在10微米以下,当它们一起从反射镜上脱离后,就很容易从切割道的边沿断裂,从而形成整齐的发光台面;因此本发明能解决切割带来的漏电问题,同时不必蚀刻切割道上的外延层,大大简化工艺,提高工艺稳定性。
附图说明
图1a~图1b是一种习知磷化铝镓铟发光二极管的制备方法示意图。
图2a~图2b是另一种习知磷化铝镓铟发光二极管的制备方法示意图。
图3a~图3d是本方法发明发光二极管制作过程的截面示意图。
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。
一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其工艺步骤如下:如图3a所示,在与AlGaInP晶格相匹配的暂时基板GaAs 301上利用金属有机化学气相沉积法依次外延生长由GaAs缓冲层302、GaInP截止层303、GaAs欧姆接触层304、n-AlGaInP限制层305、多量子阱有源层306、p-AlGaInP限制层307和p-GaP窗口层308构成的外延发光层;其中:GaAs欧姆接触层304为第二导电型欧姆接触层,n-AlGaInP限制层305为第二导电型限制层,第一导电型限制层为p-AlGaInP限制层307,p-GaP窗口层308为第一导电型窗口层;在p-GaP窗口层308上生长SiO2介质层309,光罩定义出切割道图形,蚀刻掉切割道以外的SiO2介质层309;切割道上的SiO2介质层309的宽度比用于切割的金刚刀刀口宽;在前述带有出切割道图形的SiO2介质层309的p-GaP窗口层308上,蒸镀金属反射层作为反射镜310,其材料为Ag,厚度为3微米。然后,在氮气氛围中熔合,温度为500℃。
如图3b所示,在永久基板312的背面制作p电极311作为第一欧姆接触电极,其材料为Cr/Pt/Au,厚度为0.1/0.1/1微米。在永久基板的上表面蒸镀AuSn合金作为接合层313,其厚度为2微米。
如图3c所示,将上述外延发光层的反射镜310和永久基板312的接合层313隔空相对键合在一起,键合温度为300℃,压力500Kg;同时去除GaAs暂时基板301、GaAs缓冲层302和GaInP截止层303。
如图3d所示,在GaAs欧姆接触层304上制备n电极314作为第二欧姆接触电极,其材料为AuGe/Ti/Au,厚度为0.1/0.1/1微米,并通过氮气氛围下400℃的熔合,使两者形成良好的欧姆接触。采用金刚刀切割永久基板312及p电极311形成芯片。
如图3c和图3d中,上述采用金刚刀切割永久基板312形成芯片的制作方法中,图3c所示,切割道上的SiO2介质层309宽度比用于切割的金刚刀宽,图3d所示,切割时,金刚刀正对切割道的正中,保证金刚刀不会碰触道切割道以外的外延发光层。反射镜310经过高温熔合后,与第一导电型p-GaP窗口层308互扩散形成很强的机械结合性;但金属反射层310与SiO2介质层309不会互扩散,它们之间的黏附力很小。在切割时,金刚刀切割震动及带动下,SiO2介质层309同反射镜310会分离。切割道上的SiO2介质层309连同上面的外延发光层(GaAs欧姆接触层304、n-AlGaInP限制层305、多量子阱有源层306、p-AlGaInP限制层307和p-GaP窗口层308)就会从反射镜310上脱离。SiO2介质层309和外延发光层总厚度在10微米以下,当它们一起从反射镜310脱离后,就很容易从切割道的边沿断裂,从而形成整齐的发光台面。采用金刚刀切割永久基板312及p电极311形成芯片,不必蚀刻切割道上的外延层,解决芯片切割带来的漏电问题。

Claims (6)

1. 一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其工艺步骤如下:
1)   提供一暂时基板,在其上依次外延生长由缓冲层、截止层、第二导电型欧姆接触层、第二导电型限制层、有源层、第一导电型限制层和第一导电型窗口层构成外延发光层;
2)   在外延发光层上生长一介质层,光罩定义出切割道图形,蚀刻掉切割道以外的介质层;切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽;
3)   在上述带有图案化介质层的外延发光层上蒸镀一反射镜,高温熔合连接;
4)   提供一永久基板,在其背面制作第一欧姆接触电极;
5)   在永久基板上表面蒸镀接合层;
6)   将外延发光层的反射镜与永久基板的接合层隔空相对键合在一起,并去除暂时基板、缓冲层和截止层;
7)   在第二导电型欧姆接触层上制备第二欧姆接触电极;
8)    切割形成芯片。
2. 如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其中介质层材料选自TiO2、SiO2、Si3N4、MgF2、Ta2O5、ZnS或前述的任意组合之一。
3. 如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其中反射镜材料选自Al、Au、Ag、Cu或前述的任意组合之一。
4. 如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其中永久基板材料选自于硅、碳化硅、磷化镓所组成的物质族群中的任意一种。
5. 如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其中接合层材料选自In、Sn、AuSn、AuGe或前述的任意组合之一。
6. 如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法,其中第二欧姆接触电极选自Au、AuGe、Ni、Ti、Cr或前述的任意组合之一。
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