CN104733583A - 一种反极性的AlGaInP基发光二极管的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种反极性的AlGaInP基发光二极管的制造方法，属于光电子技术领域，本发明在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层上先通过生长一层临时性的介质薄膜，避免在制作n主电极工艺中对ｎ型铝镓铟磷限制层造成二次污染，同时避免了ｎ型铝镓铟磷限制层长时间暴露在空气中而产生氧化，并通过湿法清洗和腐蚀工艺，再次暴露出粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层，保持新鲜的粗化界面，提高了电极与外延层的附着性，极大地提升了产品的质量可靠性和良率。

Description

一种反极性的AlGaInP基发光二极管的制造方法

技术领域

本发明属于光电子技术领域，特别是高亮度AlGaInP基发光二极管的生产技术领域。

背景技术

高亮度AlGaInP发光二极管已广泛应用于高效固态照明领域中，如显示屏、汽车用灯、背光源、交通信号灯、景观照明等。由于常规的GaAs衬底的禁带宽度比AlGaInP窄，有源区所产生的向下方发射的光子将会被吸收，导致发光效率大幅度降低。为了避免向下方发射的光子被吸收，提高发光效率，可利用禁带宽度比AlGaInP宽的GaP衬底取代GaAs衬底，但是该工艺技术存在使用设备复杂、合格率低、制造成本高的缺点。针对衬底材料和工艺技术的限制，采用衬底转移方式，并增加金属全方位反射镜来制造反极性结构的AlGaInP基发光二极管，可以大幅度发光效率，降低制造成本。

现有的反极性AlGaInP发光二极管工艺流程是：通过金属粘结层将外延片倒装在永久衬底上，然后去除临时衬底、缓冲层和阻挡层，再在ｎ型砷化镓层表面制作图案化n型扩展电极，再去除n型扩展电极以外区域的ｎ型砷化镓层，并对ｎ型铝镓铟磷限制层表面进行粗化处理后直接在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层局部区域上制作n主电极。在制作n主电极过程中很容易对ｎ型铝镓铟磷限制层造成二次污染，而且容易造成ｎ型铝镓铟磷限制层长时间暴露在空气中而产生氧化，导致n主电极与ｎ型铝镓铟磷限制层的附着性差，在封装时焊线的作用下容易造成n主电极脱落，造成产品不能正常使用，严重影响产品的使用可靠性。

发明内容

为解决上述问题，本发明旨在提供种一种便于生产、高可靠性、制造成本低的反极性的AlGaInP基发光二极管的制造方法。

本发明包括以下步骤：

1）在临时衬底上外延制成包括缓冲层、阻挡层、ｎ型砷化镓层、ｎ型铝镓铟磷限制层、有源层、p型铝镓铟磷限制层和p型导电窗口层的发光二极管外延片；

2）在发光二极管外延片的p型导电窗口层上制作全反射镜结构层；

3）通过金属粘结层，将具有全反射镜结构层的外延片倒装在永久衬底上；

4）去除临时衬底、缓冲层和阻挡层；

5）在ｎ型砷化镓层表面制作与ｎ型砷化镓层具有欧姆接触的图案化n型扩展电极；

6）去除n型扩展电极以外区域的ｎ型砷化镓层，对ｎ型铝镓铟磷限制层表面进行粗化处理；

7）在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层局部区域上制作n主电极，并使n主电极与n扩展电极形成电学连接；

8）在永久衬底表面制作p电极；

本发明特征是：在所述步骤7）之前，在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层表面生长介质薄膜层，在介质薄膜层上面制作图案化的保护层和主电极光刻工艺，再去除图案化区域的介质膜层，然后制作n主电极。

本发明在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层上先通过生长一层临时性的介质薄膜，避免在制作n主电极工艺中对ｎ型铝镓铟磷限制层造成二次污染，同时避免了ｎ型铝镓铟磷限制层长时间暴露在空气中而产生氧化，并通过湿法清洗和腐蚀工艺，再次暴露出粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层，保持新鲜的粗化界面，提高了电极与外延层的附着性，极大地提升了产品的质量可靠性和良率。

另外，本发明所述介质薄膜层为采用PECVD生长的SiO₂或SiN。采用SiO₂或SiN材料作为介质薄膜层的工艺与相应芯片制作工序的工艺配性佳，起到了防护ｎ型铝镓铟磷限制层造成二次污染和氧化作用，而且容易去除。 

以HF、NH₄F或CH₃COOH去除图案化区域的介质膜层。采用HF、NH₄F或CH₃COOH作为去除材料可彻底去除临时介质膜层，同时适当蚀刻ｎ型铝镓铟磷限制层，获得图案化区域新鲜的粗化界面。

以H₃PO₄、HCL、HBr、HF、H₂O₂或I₂中的至少任意一种溶液对ｎ型铝镓铟磷限制层表面进行粗化处理，可以获得均匀可控的粗糙表面，直接增强了芯片的出光效率。

附图说明

 图1至6为本发明的制作过程形成的制品截面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的制造方法进一步说明。

  1、制备发光二极管外延片：在一临时GaAs衬底100上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长缓冲层101、阻挡层102、n-GaAs欧姆接触层103、n-AIGaInP限制层104、MQW有源层105、p-AIGaInP限制层106和p-GaP窗口层107，其中n-GaAs欧姆接触层103 的厚度优选300埃，掺杂浓度优选1×10¹⁹cm^-3以上。

  在p-GaP窗口层107上蒸镀一反射镜层108，材料为SiO₂/ Ag，厚度为20/500nm，SiO₂开导电小孔，反射镜108同时也起到与p-GaP层109形成欧姆接触的作用。

至此，制备取得发光二极管外延片，结构如图1所示。

     2、在一永久Si衬底200上表面，蒸镀2微米厚的Au作为粘结层201。形成的结构如图2所示。

3、将完成上述步骤的发光二极管外延片通过粘结层201倒装在Si衬底200上，并在350℃温度、4000kg压力条件下实现两者共晶键合。如图3所示。

4、采用氨水和双氧水混合溶液完全去除GaAs衬底100和缓冲层101，采用盐酸、磷酸和水的混合溶液完全去除阻挡层102，然后制作图案化n型扩展电极202，电极材料选用AuGeNi/Au，厚度为100/200nm，将其在420℃氮气氛围中进行熔合以获得n扩展电极202和n-GaAs欧姆接触层103形成良好的欧姆接触。形成的结构如图4所示。

5、采用磷酸和双氧水的混合溶液去除n扩展电极202以外区域的n-GaAs欧姆接触层103。

以H₃PO₄、HCL、HBr、HF、H₂O₂或I₂中的至少任意一种溶液对n-AIGaInP层104表面进行粗化处理。

再以SiO₂或SiN为材料采用PECVD方式在n-AIGaInP粗化层104上生长一层临时性的介质薄膜层203，然后再在介质薄膜层203上面制作图案化的保护层和主电极光刻工艺。形成的结构如图5所示。

6、采用氢氟酸、氟化铵或冰醋酸形成的溶液去除图案化区域的介质膜层203。

在粗化的n-AIGaInP层104的中央局部区域上制作n主电极205，主电极为圆形，直径110微米，材料为Cr/Au，厚度100/3000nm，并使n主电极205与n扩展电极202形成电学连接。

最后，在Si衬底200的下表面制作p电极204，材料采用Ti/Pt/Au，厚度为30/50/300nm。

最终形成的产品结构如图6所示。

Claims (4)

1.一种反极性的AlGaInP基发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

1）在临时衬底上外延制成包括缓冲层、阻挡层、ｎ型砷化镓层、ｎ型铝镓铟磷限制层、有源层、p型铝镓铟磷限制层和p型导电窗口层的发光二极管外延片；

2）在发光二极管外延片的p型导电窗口层上制作全反射镜结构层；

3）通过金属粘结层，将具有全反射镜结构层的外延片倒装在永久衬底上；

4）去除临时衬底、缓冲层和阻挡层；

5）在ｎ型砷化镓层表面制作与ｎ型砷化镓层具有欧姆接触的图案化n型扩展电极；

6）去除n型扩展电极以外区域的ｎ型砷化镓层，对ｎ型铝镓铟磷限制层表面进行粗化处理；

7）在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层局部区域上制作n主电极，并使n主电极与n扩展电极形成电学连接； 

8）在永久衬底表面制作p电极；

其特征在于：在所述步骤7）之前，在粗化的ｎ型铝镓铟磷限制层表面生长介质薄膜层，在介质薄膜层上面制作图案化的保护层和主电极光刻工艺，再去除图案化区域的介质膜层，然后制作n主电极。

2.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于：所述介质薄膜层为采用PECVD生长的SiO₂或SiN。

3.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于：以HF、NH₄F或CH₃COOH去除图案化区域的介质膜层。

4.根据权利要求1所述制造方法，其特征在于：以H₃PO₄、HCL、HBr、HF、H₂O₂或I₂中的至少任意一种溶液对ｎ型铝镓铟磷限制层表面进行粗化处理。