CN104183679A - 一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，在发光结构一侧设置欧姆接触层，在欧姆接触层上设置粗化层；在粗化层上形成沟槽，在沟槽中形成扩展电极，扩展电极与欧姆接触层接触形成欧姆接触；采用掩膜、光刻、蒸镀工艺在粗化层表面制作焊盘电极，焊盘电极与扩展电极连接导通。本发明可以提高扩展电极的可靠性，且获得更好电流扩展效果，提高红外发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管。
背景技术
红外发光二极管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等优点，被广泛应用于通信、遥感装置等领域。现有技术中，采用金属有机化合物气相外延生长具有量子阱的外延结构取得较高的内量子效率；同时，采用金属反射镜及表面粗化等倒装芯片制作工艺，提升红外发光二极管的外量子效率。
所述倒装芯片制作工艺通常采用扩展电极提高电流扩展效果，以获得更高的发光效率。然而，现有技术绝大部分倒装芯片制作工艺均采用扩展电极直接形成于外延层上表面，该工艺在腐蚀去除外延层或表面粗化外延层时，容易侧蚀扩展电极下的外延层，导致扩展电极悬空而易脱落的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，以解决传统制作工艺容易引起扩展电极下方的外延层的侧蚀，导致扩展电极悬空而易脱落的问题，且使得红外发光二极管获得更好电流扩展效果，提高发光效率及可靠性。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，在发光结构一侧设置欧姆接触层，在欧姆接触层上设置粗化层；在粗化层上形成沟槽且裸露出欧姆接触层，扩展电极形成于沟槽中的欧姆接触层表面，扩展电极与欧姆接触层接触形成欧姆接触；采用掩膜、光刻、蒸镀工艺在粗化层表面制作焊盘电极，焊盘电极与扩展电极连接导通。
进一步，沟槽设置为“一”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
进一步，沟槽设置为“十”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
进一步，沟槽设置为“Г”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
进一步，发光结构包括第一型电流扩展层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及第二型电流扩展层；有源层一侧设置第一型限制层，第一型限制层上设置第一型电流扩展层，第一型电流扩展层上设置欧姆接触层，欧姆接触层上设置粗化层；有源层另一侧设置第二型限制层，第二型限制层上设置第二型电流扩展层。
进一步，第二型电流扩展层上设置金属反射层。
进一步，金属反射层键合在基板上，基板上设置背电极。
进一步，粗化层的厚度为1.5-2μm。
进一步，粗化层材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P，1≥x≥0，1≥y≥0。
进一步，欧姆接触层材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P，0.1≥x≥0，0.05≥y≥0。
进一步，欧姆接触层的厚度为50-200nm。
一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管制作方法，包括以下步骤：
一，在外延衬底上自下而上依次形成腐蚀截止层、粗化层、欧姆接触层、第一型电流扩展层、第一型限制层、有源层、第二型限制层、第二型电流扩展层；
二，在第二型电流扩展层上蒸镀金属反射镜，形成金属反射层；
三，将金属反射镜的表面键合在具有导电性的基板上；
四，采用湿法腐蚀分别去除外延衬底、腐蚀截止层，露出粗化层；
五，采用掩膜、光刻工艺在粗化层上形成扩展电极的图形，采用湿法腐蚀去除粗化层的扩展电极的图形区域，在粗化层表面形成扩展电极图形的沟槽，沟槽深度至露出欧姆接触层；
六，在沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极；
七，采用掩膜、光刻、蒸镀工艺在粗化层表面制作焊盘电极，且焊盘电极与扩展电极连接相通；
八，在扩展电极和焊盘电极区域形成保护层，去除粗化区域的保护层；
九，采用粗化液蚀刻粗化层的显露区域的表面，形成表面粗化形貌；
十，在基板背面蒸镀背电极，去除焊盘电极、扩展电极的保护层，裂片后得到具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管。
进一步，金属材料填充满沟槽直至与粗化层表面持平或高于粗化层的上表面。
进一步，在粗化层表面中心区域制作焊盘电极。
进一步，沟槽设置为“一”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
进一步，沟槽设置为“十”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
进一步，沟槽设置为“Г”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
进一步，粗化层的厚度为1.5-2μm。
进一步，粗化层材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P，1≥x≥0，1≥y≥0。
进一步，欧姆接触层材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P，0.1≥x≥0，0.05≥y≥0。
进一步，欧姆接触层的厚度为50-200nm。
进一步，腐蚀截止层的材料包括AlGaInP、GaAs或AlGaAs。
进一步，腐蚀截止层的厚度为50-100nm。
进一步，粗化层的材料为砷化物材料，则腐蚀截止层、欧姆接触层的材料为磷化物材料。
进一步，粗化层的材料为磷化物材料，则腐蚀截止层、欧姆接触层的材料为砷化物材料。
采用上述方案后，本发明在粗化层表面形成扩展电极的沟槽，通过在沟槽内填充金属形成扩展电极，且扩展电极形成于欧姆接触层，欧姆接触层采用不同于粗化层的材料体系，避免粗化溶液对欧姆接触层的侧蚀，扩展电极的深埋设计及不同材料层的外延结构设计相结合，彻底解决了腐蚀去除外延层或表面粗化层引起侧蚀扩展电极下的外延层，导致扩展电极产生锯齿状边缘或扩展电极脱落的技术问题。
通过将扩展电极制作在欧姆接触层之上以形成欧姆接触，焊盘电极制作在粗化层之上，形成非欧姆接触，焊盘电极与扩展电极连接导通，获得更好的电流扩展效果。
由于不存在扩展电极侧蚀问题，所以扩展电极周围无需电极保护区域，减少了挡光面积，进而增加了出光面积。本发明提高了红外发光二极管的发光效率和可靠性。
附图说明
图1为本发明第一实施例的外延结构示意图；
图2为本发明第一实施例的沟槽结构示意图；
图3为本发明第一实施例的扩展电极与焊盘电极结构示意图；
图4为本发明第一实施例的芯片结构示意图；
图5为本发明第二实施例的沟槽结构示意图；
图6为本发明第二实施例的扩展电极与焊盘电极结构示意图；
图7为本发明第二实施例的芯片结构示意图。
标号说明
外延衬底1 腐蚀截止层2
粗化层3 欧姆接触层4
第一型电流扩展层5 第一型限制层6
有源层7 第二型限制层8
第二型电流扩展层9 金属反射层10
硅基板11 扩展电极12
沟槽13 焊盘电极14
背电极15。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
参阅图1至图4所示，本发明揭示的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管第一实施例；图1为红外发光二极管的外延结构，该外延结构为制作具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管的中间体。
外延结构包括在外延衬底1上表面自下而上依次为腐蚀截止层2、粗化层3、欧姆接触层4、第一型电流扩展层5、第一型限制层6、有源层7、第二型限制层8及第二型电流扩展层9。
其中，外延衬底1采用GaAs衬底且厚度为300μm。腐蚀截止层2的材料采用(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P三五族化合物。腐蚀截止层2的厚度为100nm。粗化层3的构成材料采用Al0.4Ga0.6As三五族化合物。粗化层3的厚度范围为2μm。欧姆接触层4的构成材料采用Ga0.5In0.5P三五族化合物。欧姆接触层4的厚度为100nm。第一型电流扩展层5的组成材料为Al0.2Ga0.8As三五族化合物，且厚度为4μm；第一型限制层6的材料为Al0.5Ga0.5As三五族化合物，且厚度为400nm；第二型限制层8的材料为Al0.5Ga0.5As三五族化合物，且厚度为500nm；第二型电流扩展层9的材料为Al0.2Ga0.8A三五族化合物，且厚度为6μm。有源层7采用AlGaInAs、AlGaAs三五族化合物交替生长的量子阱结构，量子阱的对数为8对，发光波长为850nm。
使用该外延结构制作一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管时，包括以下步骤：
一，在外延衬底1上面自下而上依次形成腐蚀截止层2、粗化层3、欧姆接触层4、第一型电流扩展层5、第一型限制层6、有源层7、第二型限制层8及第二型电流扩展层9。
二，在第二型电流扩展层9上蒸镀金属反射镜，形成金属反射层10。
三，将金属反射镜的表面键合在具有导电性的硅基板11。
四，采用湿法腐蚀分别去除外延衬底1、腐蚀截止层2，露出粗化层3。
五，采用掩膜、光刻等工艺在粗化层3上形成扩展电极12的图形，采用湿法腐蚀去除粗化层3的扩展电极12图形区域，在粗化层3表面形成具有扩展电极图形的沟槽13，沟槽13的深度至露出欧姆接触层4，如图2所示。
六，在沟槽13内蒸镀金属材料，形成扩展电极12，且金属材料填充满沟槽13直至与粗化层3表面持平或高于粗化层3的上表面。
七，采用掩膜、光刻、蒸镀等工艺在粗化层3表面的中心区域制作焊盘电极14，且焊盘电极14与扩展电极12连接相通，如图3所示。
本实施例中，沟槽13设置为“一”字型，设置为四个，在四个沟槽13内蒸镀金属材料形成扩展电极12，焊盘电极14设置在粗化层3表面中心区域，与四个沟槽13形成扩展电极12分别连接导通，该结构制作较为简单，方便，获得较好电流扩展效果。
步骤八，在扩展电极12和焊盘电极14区域形成保护层，去除粗化区域的保护层。
步骤九，采用粗化液蚀刻粗化层3的显露区域的表面，形成表面粗化形貌。
步骤十，在硅基板11背面蒸镀背电极15，去除焊盘电极13、扩展电极12的保护层，裂片后得到具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，如图4所示。
一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，有源层7一侧设置第一型限制层6，第一型限制层6上设置第一型电流扩展层5，第一型电流扩展层5上设置欧姆接触层4，在欧姆接触层4上设置粗化层3；在粗化层3上形成沟槽13，在沟槽13中形成扩展电极12，扩展电极12与欧姆接触层4接触形成欧姆接触；采用掩膜、光刻、蒸镀工艺在粗化层3表面制作焊盘电极14，焊盘电极14与扩展电极12连接导通。
有源层7另一侧设置第二型限制层8，第二型限制层8上设置第二型电流扩展层9；第二型电流扩展层9上设置金属反射层10；金属反射层10键合在硅基板11上，硅基板11上设置背电极15。
如图5至图7所示，本发明揭示的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管第二实施例，与第一实施例不同在于：
外延衬底1采用GaAs衬底且厚度为300μm。腐蚀截止层2的材料采用GaAs三五族化合物，腐蚀截止层2的厚度d2为60nm。粗化层3的材料采用(Al0.7Ga0.3)0.5In0.5P三五族化合物，粗化层3的厚度为1.8μm。欧姆接触层4的材料采用Al0.1Ga0.9As三五族化合物，欧姆接触层4的厚度为90nm。第一型电流扩展层5的材料为(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P三五族化合物，且厚度为4.5μm。第一型限制层6的材料为(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P三五族化合物，且厚度为500nm。第二型限制层8的材料为(Al0.5Ga0.5)0.5In0.5P三五族化合物，且厚度为550nm。第二型电流扩展层9的材料为(Al0.1Ga0.9)0.5In0.5P三五族化合物，且厚度为5μm。有源层7采用AlGaInAs、AlGaAs三五族化合物交替生长的量子阱结构，量子阱的对数为8对，发光波长为850nm。
沟槽13设置为“十”字型，设置为四个，在四个沟槽13内蒸镀金属材料形成扩展电极12，焊盘电极14设置在粗化层3表面中心区域，与四个沟槽13形成扩展电极12分别连接导通，该结构使得嵌入式扩展电极结构更为稳定，获得较好电流扩展效果。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (10)
1.一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：在发光结构一侧设置欧姆接触层，在欧姆接触层上设置粗化层；在粗化层上形成沟槽，在沟槽中裸露的欧姆接触层表面形成扩展电极，在粗化层表面形成焊盘电极，焊盘电极与扩展电极连接导通。
2.如权利要求1所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：沟槽设置为“一”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
3.如权利要求1所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：沟槽设置为“十”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
4.如权利要求1所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：沟槽设置为“Г”字型，设置为四个，在四个沟槽内蒸镀金属材料形成扩展电极，焊盘电极设置在粗化层表面中心区域，与四个沟槽形成扩展电极分别连接导通。
5.如权利要求1至4任一项所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：发光结构包括第一型电流扩展层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及第二型电流扩展层；有源层一侧设置第一型限制层，第一型限制层上设置第一型电流扩展层，第一型电流扩展层上设置欧姆接触层，欧姆接触层上设置粗化层；有源层另一侧设置第二型限制层，第二型限制层上设置第二型电流扩展层。
6.如权利要求5所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：第二型电流扩展层上设置金属反射层。
7.如权利要求6所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：金属反射层键合在基板上，基板上设置背电极。
8.如权利要求5所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：粗化层的厚度为1.5-2μm。
9.如权利要求5所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：粗化层材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P，1≥x≥0，1≥y≥0。
10.如权利要求5所述的一种具有嵌入式扩展电极的红外发光二极管，其特征在于：欧姆接触层材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P，0.1≥x≥0，0.05≥y≥0；欧姆接触层的厚度为50-200nm。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20141203 |
|
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |