CN104319332A - 一种发光二极管及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管，属于光电子制造技术领域，包括依次层叠的衬底、缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层、p型欧姆接触层，衬底的与缓冲层相对的一面上设置有n型欧姆接触电极，p型欧姆接触层的与GaP窗口层相反的一面上设置有p面焊线电极，GaP窗口层与p型欧姆接触层之间层叠有C元素重掺杂GaP层，p型欧姆接触层为氧化铟锡膜，p面焊线电极为Al电极。通过采用高透过率导电膜氧化铟锡代替Au/AuBe/Au做p型欧姆接触层，p面焊线电极采用以金属Al为主的电极，可以极大地减少芯片制作过程中的黄金消耗，有效地大幅降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种发光二极管及其制造方法。
背景技术
LED作为一种全新的照明技术，它是利用半导体芯片作为发光材料、直接将电能转换为光能。半导体LED及其应用以其发光效率高、耗电量少、使用寿命长、安全可靠性强、环保卫生等优越性，被认为是2l世纪最具发展前景的高技术领域之一。目前LED的芯片的制造成本的70％左右来源于贵金属，尤其是黄金Au材料的成本，如何能在疯狂的价格战上站稳脚跟，降低成本是其中的重要因素。
目前，传统的红黄光四元发光二极管芯片结构包括p面焊线电极、p型欧姆接触层、GaP窗口层、上限制层、有源层、下限制层、布拉格反射镜、缓冲层、衬底、n型欧姆接触电极，这种结构的LED在p型欧姆接触层通常采用AuBe或AuZn合金，n型欧姆接触电极采用AuGe或AuGeNi合金，p面焊线电极通常用≥2um厚的Au电极。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
传统的红黄光四元发光二极管芯片中的绝大部分金属采用黄金Au，芯片制造过程中的黄金消耗量很大，导致成本较高。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管及其制造方法，技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管，包括依次层叠的衬底、缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层、p型欧姆接触层，所述衬底的与所述缓冲层相对的一面上设置有n型欧姆接触电极，所述p型欧姆接触层的与所述GaP窗口层相反的一面上设置有p面焊线电极，
所述GaP窗口层与所述p型欧姆接触层之间层叠有C元素重掺杂GaP层，所述p型欧姆接触层为氧化铟锡膜，所述p面焊线电极为Al电极。
进一步地，所述C元素重掺杂GaP层中C元素的掺杂浓度大于1x1019cm-3，所述C元素重掺杂GaP层的厚度为400-1000nm。
进一步地，所述氧化铟锡膜的厚度为80-280nm。
进一步地，所述p面焊线电极包括依次层叠的Al电极焊线层，Ti、Ni、Cr中的1-2种金属粘附层及Pt、Ni、Cr中的1-2种金属阻挡层，所述金属阻挡层与所述p型欧姆接触层贴合。
进一步地，所述n型欧姆接触电极采用含Ge的金属材料，所述n型欧姆接触电极中还包括Ni、Ti、Al、Ag、Mo中的1-3种粘附层金属。
进一步地，所述p型欧姆接触层与所述C元素重掺杂GaP层之间层叠有表面粗化层。
另一方面，本发明实施例还提供一种发光二极管的制造方法，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次形成缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层和C元素重掺杂GaP层；
在所述C元素重掺杂GaP层上蒸发一层氧化铟锡膜，形成p型欧姆接触层；
将所述衬底减薄，在所述衬底上蒸发含Ge的金属材料形成n型欧姆接触电极；
对p面和n面进行高温退火处理；
在所述p面做负性光刻胶光刻并在显影后蒸发含Al的金属材料，蒸发完成后剥离光刻胶及所述含Al的金属材料形成p面焊线电极；
切割所述衬底并进行光电测试。
进一步地，在所述形成p型欧姆接触层之前，所述方法还包括：
在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化以形成表面粗化层。
进一步地，在所述将所述衬底减薄之前，所述方法还包括：
在所述氧化铟锡膜上做负性光刻胶光刻，显影后腐蚀掉氧化铟锡膜的用于设置p面焊线电极的部分，并露出部分所述表面粗化层。
进一步地，所述在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化的过程中，使用的粗化液包括氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的1-5种。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果是：
通过采用高透过率导电膜氧化铟锡代替Au/AuBe/Au做p型欧姆接触层，p面焊线电极采用以金属Al为主的电极，可以极大地减少芯片制作过程中的黄金消耗，有效地大幅降低成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是常规发光二极管的结构图；
图2是本发明实施例1提供的一种发光二极管的结构图；
图3是本发明实施例1提供的一种发光二极管的结构图；
图4是本发明实施例1提供的一种发光二极管的结构图；
图5是本发明实施例2提供的一种发光二极管的制备方法流程图；
图6是本发明实施例3提供的一种发光二极管的制备方法流程图；
图7是本发明实施例4提供的一种发光二极管的制备方法流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
如图1所示，为传统的红黄光四元发光二极管芯片结构，这种二极管芯片包括依次层叠的p面焊线电极1a、p型欧姆接触层1b、GaP窗口层2、上限制层3、有源层4、下限制层5、布拉格反射镜6、缓冲层7、衬底8、n型欧姆接触电极9。
实施例1
参见图2，本发明实施例提供了一种发光二极管，包括依次层叠的衬底11、缓冲层12、分布布拉格反射镜13、n型限制层14、有源层15、p型限制层16、GaP窗口层17、P型欧姆接触层18，衬底11的与缓冲层12相反的一面上设置有n型欧姆接触电极10，p型欧姆接触层18的与GaP窗口层17相反的一面上设置有p面焊线电极19，GaP窗口层17与p型欧姆接触层18之间层叠有C元素重掺杂GaP层20，p型欧姆接触层18为氧化铟锡膜，p面焊线电极19为Al电极。
具体地，本实施例中衬底11可以选用GaAs基板，缓冲层12可以采用GaAs，分布布拉格反射镜13可以采用AlInP/AlGaInP，n型限制层可以采用n-AlInP，有源层可以采用AlGaInP，p型限制层可以采用p-AlInP，容易知道，本实施例中发光二极管各层材料的选用仅为举例，并不作为对本发明的限制；C元素重掺杂GaP层20是通过在GaP窗口层17的最表面采用C元素进行p型重掺杂形成，能够与透明导电膜氧化铟锡形成良好的欧姆接触，成型的发光二极管具有良好的电流扩展能力，同时可将界面反射率降到最低来形成增透作用，极大提高了外量子效率，经试验发光二极管芯片的裸芯亮度能够提高10-20％；p面焊线电极采用Al电极，同时下文提到的n型欧姆接触电极采用含金属Ge的但不带Au的金属材料代替Au/AuGe/Au，经测定可以减少芯片制程中的黄金消耗90％，可有效地大幅降低成本。
进一步地，C元素重掺杂GaP层20中C元素的掺杂浓度大于1x1019cm-3，C元素重掺杂GaP层20的厚度为400-1000nm，优选厚度500-600nm，使透明导电氧化铟锡膜(p型欧姆接触层18)与C元素重掺杂GaP层20形成良好的p型欧姆接触。
进一步地，氧化铟锡膜的厚度为80-280nm，优选厚度为100-200nm。
进一步地，p面焊线电极19包括依次层叠的Al电极焊线层，Ti、Ni、Cr中的1-2种金属粘附层及Pt、Ni、Cr中的1-2种金属阻挡层，所述金属阻挡层与所述p型欧姆接触层贴合。
进一步地，n型欧姆接触电极10采用含Ge的金属材料，n型欧姆接触电极中还可以包括Ni、Ti、Al、Ag、Mo中的1-3种粘附层金属。
进一步地，如图3所示，在本实施例的另一种实现方式中，发光二极管的p型欧姆接触层18与C元素重掺杂GaP层20之间层叠有表面粗化层21。
表面粗化层21由C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化形成，使用的粗化液包括氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的1-5种，表面粗化之后发光二极管上形成表面高掺区，能够实现p型欧姆接触层18与C元素重掺杂GaP层20之间良好的欧姆接触。
进一步地，如图4所示，在本实施例的另一种实现方式中，发光二极管的p型欧姆接触层18与C元素重掺杂GaP层20之间层叠有表面粗化层21，且氧化铟锡膜的中部用于设置p面焊线电极19处被腐蚀掉一部分形成孔隙22，p面焊线电极19与表面粗化层21接触。
表面粗化层21是在C元素重掺杂GaP层20上使用粗化液表面粗化后形成的，P型欧姆接触层18(氧化铟锡膜)与表面粗化层21结合对二极管的发光亮度有所提高。
本发明实施例提供的发光二极管通过采用高透过率导电膜氧化铟锡代替Au/AuBe/Au做p型欧姆接触层，p面焊线电极采用金属Al电极，芯片n面的n型欧姆接触电极采用含金属Ge的材料代替Au/AuGe/Au，可以极大地减少芯片制作过程中的黄金消耗，有效地大幅降低成本；使用氧化铟锡使得二极管在实现良好的电流扩展的同时，能够将界面反射率降到最低来形成增透作用，极大提高了外量子效率，使芯片裸芯亮度提高。
实施例2
参见图5，本发明实施例提供了一种发光二极管的制造方法，可用于制备实施例1提供的发光二极管(尤其是红黄光发光二极管)，该方法包括：
S10：提供一衬底；
本实施例中，发光二极管的衬底选用GaAs基板。
S11：在衬底上依次形成缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层和表面C元素重掺杂层；
其中，C元素的掺杂浓度大于1x1019cm-3，C元素重掺杂GaP层20的度为400-1000nm。
S12：在C元素重掺杂GaP层上蒸发一层氧化铟锡膜，形成p型欧姆接触层；
本实施例中，使用电子束蒸发一层透明导电氧化铟锡膜，膜的厚度在80-280nm之间。
S13：将衬底减薄，在衬底上蒸发含Ge的金属材料形成n型欧姆接触电极；
具体地，会将GaAs基板减薄至180-210um，并在基板的与缓冲层相反的一面上蒸发含金属Ge的材料。
S14：对p面和n面进行高温退火处理；
具体地，进行高温退火处理时会将衬底放入通N2的高温退火炉中，在360-500度的温度下进行退火处理。
S15：在p面做负性光刻胶光刻并在显影后蒸发含Al的金属材料，蒸发完成后剥离光刻胶及含Al的金属材料形成p面焊线电极；
本实施例中，在发光二极管的p面氧化铟锡膜上做负性光刻胶光刻，在显影后蒸发纯Al，将材料剥离后即形成p面焊线电极。
S16：切割衬底并进行光电测试。
将减薄后的GaAs基板进行机械半切割，切割深度30-50um，进行光电参数测试后对基板实施全切割以得到二极管芯片。
本发明实施例提供的发光二极管通过采用高透过率导电膜氧化铟锡代替Au/AuBe/Au做p型欧姆接触层，p面焊线电极采用金属Al电极，芯片n面的n型欧姆接触电极采用含金属Ge的材料代替Au/AuGe/Au，可以极大地减少芯片制作过程中的黄金消耗，有效地大幅降低成本；使用氧化铟锡使得二极管在实现良好的电流扩展的同时，能够将界面反射率降到最低来形成增透作用，极大提高了外量子效率，使芯片裸芯亮度提高。
实施例3
参见图6，本发明实施例提供了一种发光二极管的制造方法，可用于制备实施例1提供的发光二极管(尤其是红黄光发光二极管)，与实施例2中二极管的制造方法的不同之处在于增加了一层表面粗化层，该方法包括：
S20：提供一衬底；
本实施例中，发光二极管的衬底选用GaAs基板。
S21：在衬底上依次形成缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层和表面C元素重掺杂层；
其中，C元素的掺杂浓度大于1x1019cm-3，C元素重掺杂GaP层20的度为400-1000nm。
S22：在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化。
其中，在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化的过程中，使用的粗化液包括氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的1-5种，粗化层与氧化铟锡膜结合对二极管的发光亮度有所提高。
S23：在C元素重掺杂GaP层上蒸发一层氧化铟锡膜，形成p型欧姆接触层；
本实施例中，使用电子束蒸发一层透明导电氧化铟锡膜，膜的厚度在80-280nm之间。
S24：将衬底减薄，在衬底上蒸发含Ge的金属材料形成n型欧姆接触电极；
具体地，会将GaAs基板减薄至180-210um，并在基板的与缓冲层相反的一面上蒸发含金属Ge的材料。
S25：对p面和n面进行高温退火处理；
具体地，进行高温退火处理时会将衬底放入通N2的高温退火炉中，在360-500度的温度下进行退火处理。
S26：在p面做负性光刻胶光刻并在显影后蒸发含Al的金属材料，蒸发完成后剥离形成p面焊线电极；
本实施例中，在发光二极管的p面氧化铟锡膜上做负性光刻胶光刻，在显影后蒸发含Al的金属材料，将光刻胶及含Al的金属材料剥离后即形成p面焊线电极。
S27：切割衬底并进行光电测试。
将减薄后的GaAs基板进行机械半切割，切割深度30-50um，进行光电参数测试后对基板实施全切割以得到二极管芯片。
本发明实施例提供的发光二极管通过采用高透过率导电膜氧化铟锡代替Au/AuBe/Au做p型欧姆接触层，p面焊线电极采用金属Al电极，芯片n面的n型欧姆接触电极采用含金属Ge的材料代替Au/AuGe/Au，可以极大地减少芯片制作过程中的黄金消耗，有效地大幅降低成本；使用氧化铟锡使得二极管在实现良好的电流扩展的同时，能够将界面反射率降到最低来形成增透作用，极大提高了外量子效率，使芯片裸芯亮度提高。
实施例4
参见图7，本发明实施例提供了一种发光二极管的制造方法，可用于制备实施例1提供的发光二极管(尤其是红黄光发光二极管)，与实施例3中二极管的制造方法的不同之处在于对氧化铟锡膜进行了部分腐蚀，使得表面粗化层与p面焊线电极接触，该方法包括：
S30：提供一衬底；
本实施例中，发光二极管的衬底选用GaAs基板。
S31：在衬底上依次形成缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层和表面C元素重掺杂层；
其中，C元素的掺杂浓度大于1x1019cm-3，C元素重掺杂GaP层20的度为400-1000nm。
S32：在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化；
其中，在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化的过程中，使用的粗化液包括氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的1-5种，粗化层与氧化铟锡膜结合对二极管的发光亮度有所提高。
S33：在C元素重掺杂GaP层上蒸发一层氧化铟锡膜，形成p型欧姆接触层；
本实施例中，使用电子束蒸发一层透明导电氧化铟锡膜，膜的厚度在80-280nm之间。
S34：在氧化铟锡膜上做负性光刻胶光刻，显影后腐蚀掉氧化铟锡膜的用于设置p面焊线电极的部分，并露出部分表面粗化层；
本实施例中腐蚀掉部分氧化铟锡膜对设置p面焊线电极较好，电极做在粗化层上相比于实施例3中做在氧化铟锡膜上有更好的牢固性。
S35：将衬底减薄，在衬底上蒸发含Ge的金属材料形成n型欧姆接触电极；
具体地，会将GaAs基板减薄至180-210um，并在基板的与缓冲层相反的一面上蒸发含金属Ge的材料。
S36：对p面和n面进行高温退火处理；
具体地，进行高温退火处理时会将衬底放入通N2的高温退火炉中，在360-500度的温度下进行退火处理。
S37：在p面做负性光刻胶光刻并在显影后蒸发含Al的金属材料，蒸发完成后剥离光刻胶及含Al的金属材料形成p面焊线电极；
本实施例中，在发光二极管的p面氧化铟锡膜上做负性光刻胶光刻，在显影后蒸发含Al的金属材料，将含Al的金属材料剥离后即形成p面焊线电极。
S38：切割衬底并进行光电测试。
将减薄后的GaAs基板进行机械半切割，切割深度30-50um，进行光电参数测试后对基板实施全切割以得到二极管芯片。
本发明实施例提供的发光二极管通过采用高透过率导电膜氧化铟锡代替Au/AuBe/Au做p型欧姆接触层，p面焊线电极采用金属Al电极，芯片n面的n型欧姆接触电极采用含金属Ge的材料代替Au/AuGe/Au，可以极大地减少芯片制作过程中的黄金消耗，有效地大幅降低成本；使用氧化铟锡使得二极管在实现良好的电流扩展的同时，能够将界面反射率降到最低来形成增透作用，极大提高了外量子效率，使芯片裸芯亮度提高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管，包括依次层叠的衬底、缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层、p型欧姆接触层，所述衬底的与所述缓冲层相对的一面上设置有n型欧姆接触电极，所述p型欧姆接触层的与所述GaP窗口层相反的一面上设置有p面焊线电极，其特征在于，
所述GaP窗口层与所述p型欧姆接触层之间层叠有C元素重掺杂GaP层，所述p型欧姆接触层为氧化铟锡膜，所述p面焊线电极为Al电极。
2.根据权利要求1所述发光二极管，其特征在于，所述C元素重掺杂GaP层中C元素的掺杂浓度大于1x1019cm-3，所述C元素重掺杂GaP层的厚度为400-1000nm。
3.根据权利要求1所述发光二极管，其特征在于，所述氧化铟锡膜的厚度为80-280nm。
4.根据权利要求1所述发光二极管，其特征在于，所述p面焊线电极包括依次层叠的Al电极焊线层，Ti、Ni、Cr中的1-2种金属粘附层及Pt、Ni、Cr中的1-2种金属阻挡层，所述金属阻挡层与所述p型欧姆接触层贴合。
5.根据权利要求1所述发光二极管，其特征在于，所述n型欧姆接触电极采用含Ge的金属材料，所述n型欧姆接触电极中还包括Ni、Ti、Al、Ag、Mo中的1-3种粘附层金属。
6.根据权利要求1所述发光二极管，其特征在于，所述p型欧姆接触层与所述C元素重掺杂GaP层之间层叠有表面粗化层。
7.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次形成缓冲层、分布布拉格反射镜、n型限制层、有源层、p型限制层、GaP窗口层和C元素重掺杂GaP层；
在所述C元素重掺杂GaP层上蒸发一层氧化铟锡膜，形成p型欧姆接触层；
将所述衬底减薄，在所述衬底上蒸发含Ge的金属材料形成n型欧姆接触电极；
对p面和n面进行高温退火处理；
在所述p面做负性光刻胶光刻并在显影后蒸发含Al的金属材料，蒸发完成后剥离光刻胶及所述含Al的金属材料形成p面焊线电极；
切割所述衬底并进行光电测试。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述形成p型欧姆接触层之前，所述方法还包括：
在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化以形成表面粗化层。
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述将所述衬底减薄之前，所述方法还包括：
在所述氧化铟锡膜上做负性光刻胶光刻，显影后腐蚀掉氧化铟锡膜的用于设置p面焊线电极的部分，并露出部分所述表面粗化层。
10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述在C元素重掺杂GaP层上进行表面粗化的过程中，使用的粗化液包括氢氧化钠、氢氧化钾、磷酸铵、过氧化氢、次氯酸钠中的1-5种。
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