CN102969411A

CN102969411A - 氮化镓基3d垂直结构发光二极管的制作方法

Info

Publication number: CN102969411A
Application number: CN2012105059322A
Authority: CN
Inventors: 谢海忠; 张扬; 杨华; 李璟; 刘志强; 伊晓燕; 王军喜; 王国宏; 李晋闽
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2013-03-13
Anticipated expiration: 2032-11-30
Also published as: CN102969411B

Abstract

一种氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，包括：在衬底上依次生长N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层；减薄衬底；步骤3：在ITO层上面蒸度氧化硅保护膜；在衬底背面蒸度二氧化硅膜，并做出图形，腐蚀掉二氧化硅膜，形成外延片；刻蚀掉衬底上一侧的N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层，形成台面；将刻蚀后的外延片衬底放入浓硫酸和浓磷酸混合液中腐蚀，在衬底的背面腐蚀出沟槽；用激光器在台面上打通孔；在衬底上的N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层的侧壁及通孔的侧壁制作绝缘层；在绝缘层上制作导电层，该导电层便覆盖部分ITO层；在ITO层的中心处制作P型电极，该P型电极与导电层连接；在衬底背面蒸度N电极，完成制备。

Description

氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是一种氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法。

背景技术

LED照明是新一代固体冷光源，具有低能耗、寿命长、易控制、安全环保等特点，是理想的节能环保产品，适用各种照明场所。从LED的结构上讲，可以将GaN基LED划分为正装结构、倒装结构和垂直结构。目前比较成熟的III族氮化物多采用蓝宝石材料作为衬底，由于蓝宝石衬底的绝缘性，所以普通的GaN基LED采用正装结构。垂直结构LED凭借它适宜在大驱动电流下工作而获得高流明输出功率的优势，从而可获得高的性价比。因此，GaN基垂直结构LED是市场所向，是半导体照明发展的必然趋势，必将逐步成为主流产品。

垂直结构的LED需要至少一根金线，从而与外界电源相连接，每根金线本身及其焊点是良品率和可靠性降低的原因之一，金线所占用的空间增大了垂直氮化镓基LED的封装产品的厚度。

3D垂直结构LED所有的制造工艺都是在晶片(wafer)水平进行的。由于无需打金线与外界电源相联结，采用通孔垂直结构的LED芯片的封装的厚度降低。因此，可以用于制造超薄型的器件，如背光源等。由于无需打金线，良品率和可靠性均提高。在封装前进行老化，对老化后合格的芯片进行封装，降低生产成本。特别是chip-on-board(COB)形式的器件，可以极大的提高良品率和降低生产成本。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种氮化镓基衬底光子晶体发光二极管及其制作方法，其是在发光二极管芯片工艺制作中，对氮化镓基发光二极管衬底用激光加工成横向光子晶体，可以大大提高出光效率，使得发光二极管外量子效率提升，特别适合大尺寸功率型晶粒的制作。

为达到上述目的，本发明提供一种氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：在衬底上依次生长N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层；

步骤2：减薄衬底；

步骤3：在ITO层上面蒸度氧化硅保护膜；

步骤3：在衬底背面蒸度二氧化硅膜，并做出图形，腐蚀掉二氧化硅膜，形成外延片；

步骤4：刻蚀掉衬底上一侧的N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层，形成台面；

步骤5：将刻蚀后的外延片衬底放入浓硫酸和浓磷酸混合液中腐蚀，在衬底的背面腐蚀出沟槽；

步骤6：用激光器在台面上打通孔；

步骤7：在衬底上的N型掺杂层、多量子阱发光层、P型掺杂层和ITO层的侧壁及通孔的侧壁制作绝缘层；

步骤8：在绝缘层上制作导电层，该导电层便覆盖部分ITO层；

步骤9：在ITO层的中心处制作P型电极，该P型电极与导电层连接；

步骤10：在衬底背面蒸度N电极，完成制备。

附图说明

为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：

图1是本发明的制作流程图；

图2是本发明的结构剖面图；

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

请参阅图1、图2及图3所示，本发明提供一种氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：一衬底21，其中衬底21的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该衬底21下面的沟槽211的形状为V字形或矩形，沟槽211的深度与衬底相同，生长N型掺杂层22、其中N型掺杂层22的材料为N--GaN，厚度为1-5um。依次生长多量子阱发光层23，其中多量子阱发光层23的材料为InGaN，厚度为50-500nm。再生长P型掺杂层24，其中P型掺杂层24的材料为的材料为P--GaN，厚度为200-500nm。最后生长ITO层25，其中ITO层25的材料为95％的InO₂，5％SnO₂，厚度为10-1000nm。

步骤2：减薄衬底21；

步骤3：在ITO层25上面蒸度氧化硅保护膜；

步骤3：在衬底21背面蒸度二氧化硅膜，并做出图形，腐蚀掉二氧化硅膜，形成外延片；

步骤4：刻蚀掉衬底21上一侧的N型掺杂层22、多量子阱发光层23、P型掺杂层24和ITO层25，形成台面210；

步骤5：将刻蚀后的外延片衬底放入浓硫酸和浓磷酸混合液中腐蚀，其中浓硫酸∶浓磷酸＝3∶1，温度为200-330℃，腐蚀时间为2-10小时。在衬底21的背面腐蚀出沟槽211；

步骤6：用激光器在台面210上打通孔212；，其中所述的激光器的波长为190nm-1064nm，该激光器为纳秒、皮秒或飞秒激光器。其中衬底21上通孔212的直径为20-200μm。

步骤7：在衬底21上的N型掺杂层22、多量子阱发光层23、P型掺杂层24和ITO层25的侧壁及通孔212的侧壁制作绝缘层26；其中绝缘层26的材料为二氧化硅，厚度为0.001-1000μm。

步骤8：在绝缘层26上制作导电层27，该导电层27便覆盖部分ITO层25；

步骤9：在ITO层25的中心处制作P型电极28，该P型电极28与导电层27连接；

步骤10：在衬底21背面蒸度N电极29，完成制备。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，包括以下步骤：

步骤2：减薄衬底；

步骤3：在ITO层上面蒸度氧化硅保护膜；

步骤6：用激光器在台面上打通孔；

步骤8：在绝缘层上制作导电层，该导电层便覆盖部分ITO层；

步骤10：在衬底背面蒸度N电极，完成制备。

2.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中衬底的材料为蓝宝石、Si、SiC、GaAs或玻璃，该衬底下面的沟槽形状为V字形或矩形，沟槽的深度与衬底相同。

3.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中N型掺杂层的材料为N--GaN，厚度为1-5um。

4.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中多量子阱发光层的材料为InGaN，厚度为50-500nm。

5.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中P型掺杂层的材料为的材料为P--GaN，厚度为200-500nm。

6.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中ITO层的材料为95％的InO₂，5％SnO₂，厚度为10-1000nm。

7.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中绝缘层的材料为二氧化硅，厚度为0.001-1000μm。

8.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中衬底上通孔的直径为20-200μm。

9.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中浓硫酸∶浓磷酸＝3∶1，温度为200-330℃，腐蚀时间为2-10小时。

10.根据权利要求1所述的氮化镓基3D垂直结构发光二极管的制作方法，其中所述的激光器的波长为190nm-1064nm，该激光器为纳秒、皮秒或飞秒激光器。