CN106129224B - 一种水平电极倒装红光led芯片及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

一种水平电极倒装红光LED芯片及其制备方法，涉及LED芯片的生产技术领域。本发明方法无需在ODR介质层内开孔，而是利用整面ODR介质层与键合层形成ODR全方位反射镜，使P面保证较高的反射水平；通过湿法腐蚀从N面刻蚀至P‑GaP层，在P‑GaP电流扩展层上淀积金属，光刻实现P‑Pad中心电极的制作，最后形成水平电极结构的AlGaInP倒装红光芯片。本发明工艺简单、合理，可使RGB混合应用端封装成本较低。

Description

一种水平电极倒装红光LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED芯片的生产技术领域。
背景技术
目前提高AlGaInP四元系红光芯片光效的最有效方式为采用晶圆键合（Waferbonding）的衬底转移技术，并结合制作P面全方位反射镜（ODR）及N面粗化工艺，结合这三种工艺可使得制备的AlGaInP红光LED芯片光效为传统正装结构芯片的3～4倍；但是，在制作高反射率的ODR时，常采用SiO2或MgF2作为介质层，这两种材质均不导电，为使P极载流子顺利通过介质层并到达有源区，需要在介质层中刻蚀出一定大小和数量的孔洞，并填充金属导电欧姆接触材料，介质孔的存在会大幅降低ODR对从有源区射向P面的光的反射率，此外工艺上由于ODR介质孔内导电金属与P面GaP欧姆接触难以控制，容易造成芯片局部电流集中，顺向电压Vf偏高，抗静电等可靠性差的问题；而且其N、P电极在芯片的上下两侧，为垂直结构，与蓝绿光芯片电极结构上的差异，使RGB混合应用端封装成本提高。
发明内容
本发明目的是提出一种N、P电极在芯片的同侧，芯片顺向电压Vf较低、抗静电性能较好的水平电极倒装红光LED芯片。
本发明在衬底的同一侧依次设置有键合层、ODR介质层、P-GaP电流扩展层，在一小部分P-GaP电流扩展层上设置P面P-Finger扩展电极和P-Pad 中心电极，在大部分P-GaP电流扩展层上依次设置P-Space限制层、MQW有源区、N-Space限制层和N-AlGaInP粗化层。在部分N-AlGaInP粗化层上设置N-GaAs欧姆接触层，在N-GaAs欧姆接触层上设置N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极。
与含介质孔的倒装红光垂直结构芯片相比，本发明采用水平电极结构设计，可使P面电流得到很好的扩展，可使18mil尺寸的芯片顺向电压Vf降低至2.02V，发光强度4800mcd，芯片的抗静电能力达到5kV；使AlGaInP倒装红光芯片实现同蓝绿光相似的电极结构，降低RGB混合应用端封装成本。
本发明的另一目的是提出以上产品的制备方法。
发明方法包括以下步骤：
1）采用MOCVD方法，在一临时衬底的同一侧依次生长N-Ga0.5In0.5P腐蚀停层、N-GaAs欧姆接触层、N-AlGaInP粗化层、N-Space限制层、MQW有源区、P-Space限制层和P-GaP电流扩展层，取得外延片；
2）在外延片的P-GaP电流扩展层上依次淀积ODR介质层和键合层；
3）在转移衬底的一侧蒸镀键合层，通过键合层，将外延片的P-GaP电流扩展层和转移衬底键合在一起，取得键合后的半制品；
4）去除键合后的半制品的临时衬底后，再去除N-Ga0.5In0.5P腐蚀停止层，直至暴露出N-GaAs欧姆接触层；
5）在N-GaAs欧姆接触层上制作金属层，经剥离形成N面N-Finger扩展电极和N-Pad中心电极；
6）去除N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极区域以外的N-GaAs欧姆接触层，直至暴露出N-AlGaInP粗化层；光刻后，自暴露的N-AlGaInP粗化层表面向下湿法腐蚀，直至暴露出P-GaP电流扩展层；
7）在P-GaP电流扩展层上制作金属层，经剥离形成P面P-Finger扩展电极和P-Pad中心电极；
8）在P面蚀刻沟道内沉积SiN层，对PN结侧壁钝化处理；
9）对暴露的N-AlGaInP粗化层进行粗化处理；
10）退火、激光划片、劈裂。
本制备方法无需在ODR介质层内开孔，而是利用整面ODR介质层与键合层形成ODR全方位反射镜，使P面保证较高的反射水平；通过湿法腐蚀从N面刻蚀至P-GaP层，在P-GaP电流扩展层上淀积金属，光刻实现P-Pad 中心电极的制作，最后形成水平电极结构的AlGaInP倒装红光芯片。
本发明工艺简单、合理，可使RGB混合应用端封装成本较低。
附图说明
图1为本发明的外延片结构示意图。
图2为本发明的一种结构示意图。
具体实施方式
一、生产工艺步骤：
1、采用MOCVD技术在厚度为200μm的GaAs衬底1的同一侧生长如图1所示结构的外延片，依次包括：厚度为200nm的N-Ga0.5In0.5P腐蚀停层2、厚度为50nm的N-GaAs欧姆接触层3、厚度为2μm的N-AlGaInP粗化层4、N-Space限制层5、MQW有源区6、P-Space限制层7和厚度为0.6μm的P-GaP电流扩展层8。
2、将外延片经丙酮有机清洗后，采用PECVD技术，在P-GaP电流扩展层8上淀积厚度为107nm的SiO2作为ODR介质层9，接着沉积厚度为0.3μm的Au用于键合。
3、采用厚度为200μm的Si片作为转移衬底11，经丙酮有机清洗后，在转移衬底11的一侧蒸镀厚度为0.3μm的Au键合层10。
利用键合机在温度为260℃，压力3MPa，作用时间为1h的条件下，通过Au键合层10，将GaAs外延片的P-GaP电流扩展层8与转移衬底11键合在一起，取得键合后的半制品。
4、采用氨水、双氧水混合溶液去除键合后的半制品的GaAs衬底1，再利用盐酸、磷酸混合溶液去除N-Ga0.5In0.5P腐蚀停止层2，腐蚀均匀地停在N-GaAs欧姆接触层3上。
5、在N-GaAs欧姆接触层3上溅射Au/AuGeNi/Au金属层，再利用负胶剥离方法制作N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极12。
6、以氨水和双氧水的混合溶液去除N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极12区域以外的N-GaAs欧姆接触层，直至暴露出N-AlGaInP粗化层4。
然后在暴露出N-AlGaInP粗化层4表面制出P-Pad 中心电极13区域图案，利用盐酸从N-AlGaInP粗化层4向下腐蚀，直至暴露出P-GaP电流扩展层8。
7、在P-GaP电流扩展层8上溅射Au/AuBe/Au/Ti/Au金属层，制作P面P-Finger扩展电极和P-Pad 中心电极13。
再利用PECVD在P面蚀刻沟道内沉积厚度为0.54μm的SiN层，对PN结侧壁钝化处理。
8、采用盐酸和磷酸的混合溶液对暴露的N-AlGaInP粗化层4进行表面湿法粗化处理；然后研磨减薄转移衬底11，再经250℃快速退火，激光划片、劈裂，最后制作成功的水平电极倒装红光芯片，如图2所示。
二、产品结构特点：
如图2所示，在Si衬底11的同一侧依次设置有键合层10、ODR介质层9、P-GaP电流扩展层8，在一小部分P-GaP电流扩展层8上设置P面P-Finger扩展电极和P-Pad 中心电极13，在大部分P-GaP电流扩展层8上依次设置P-Space限制层7、MQW有源区6、N-Space限制层5和N-AlGaInP粗化层4。
在部分N-AlGaInP粗化层4上设置N-GaAs欧姆接触层3，在N-GaAs欧姆接触层3上设置N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极12。
三、产品性能特点：
该型18mil芯片厚度190μm，在150mA驱动电流下，顺向电压Vf为2.02V，主波长621.7nm，单颗芯片发光强度4800mcd，抗静电能力达到5kV。

Claims (1)

1.一种水平电极倒装红光LED芯片的制备方法，所述水平电极倒装红光LED芯片包括衬底、键合层，在键合层上依次设置ODR介质层和P-GaP电流扩展层，在一小部分P-GaP电流扩展层上设置P面P-Finger扩展电极和P-Pad 中心电极，在大部分P-GaP电流扩展层上依次设置P-Space限制层、MQW有源区、N-Space限制层和N-AlGaInP粗化层；在部分N-AlGaInP粗化层上设置N-GaAs欧姆接触层，在N-GaAs欧姆接触层上设置N面N-Finger扩展电极和N-Pad中心电极；
其特征在于包括以下步骤：
1）采用MOCVD方法，在一临时衬底的同一侧依次生长N-Ga0.5In0.5P腐蚀停层、N-GaAs欧姆接触层、N-AlGaInP粗化层、N-Space限制层、MQW有源区、P-Space限制层和P-GaP电流扩展层，取得外延片；
2）在外延片的P-GaP电流扩展层上依次淀积ODR介质层和键合层；
3）在转移衬底的一侧蒸镀键合层，通过键合层，将外延片的P-GaP电流扩展层和转移衬底键合在一起，取得键合后的半制品；
4）去除键合后的半制品的临时衬底后，再去除N-Ga0.5In0.5P腐蚀停止层，直至暴露出N-GaAs欧姆接触层；
5）在N-GaAs欧姆接触层上制作金属层，经光刻、剥离形成N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极；
6）去除N面N-Finger扩展电极和N-Pad 中心电极区域以外的N-GaAs欧姆接触层，直至暴露出N-AlGaInP粗化层；光刻后，自暴露的N-AlGaInP粗化层表面向下湿法腐蚀，直至暴露出P-GaP电流扩展层；
7）在P-GaP电流扩展层上制作金属层，光刻后，经剥离形成P面P-Finger扩展电极和P-Pad 中心电极；
8）在P面蚀刻沟道内沉积SiN层，对PN结侧壁钝化处理；
9）对N-AlGaInP粗化层进行粗化处理；
10）退火、激光划片、劈裂。
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