CN107546303A - 一种AlGaInP基发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种AlGaInP基发光二极管及其制造方法，其中，P电极采用贯穿孔技术，即沿垂直于外延层所在平面的方向上，打贯穿外延层的P电极贯穿孔，使得P电极主体部分位于n型外延层上，并制作出P电极以及N电极，进而使得P电极和N电极等高。解决了现有LED中由于P电极和N电极之间存在较大的高度差，导致的在进行芯片封装键合时，LED芯片容易发生侧倾，增加了封装难度的问题。除此，本发明提供的LED还在上述基础上，开设了隔离沟道，解决了现有LED在封装键合过程中，由于焊料挤压变形导致的P/N电极之间容易漏电的问题。并且，本发明中ODR反射镜的结构为ODR反射镜介质膜层与ODR反射镜金属层，反射效率高。

Description

一种AlGaInP基发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，更具体地说，涉及一种AlGaInP基发光二极管及其制造方法。
背景技术
LED凭借其诸多优点，正在快速发展。如图1所示，图1为一种常用的基于透明衬底的倒装AlGaInP基的LED的结构示意图，该LED的制造流程如下：
首先在GaAs衬底上生长AlGaInP外延片，然后将外延片表面进行粗化处理，并采用BCB将外延片键合到透明衬底101上，之后，移除GaAs衬底(GaAs衬底作为临时衬底)，并蚀刻出P型AlGaInP台面102，其中，P型AlGaInP台面102与透明衬底101之间设置有透明粘结层103，且，P型AlGaInP台面102与N型AlGaInP表面105之间设置有有源层104，然后在P型AlGaInP台面102以及N型AlGaInP表面105镀上金属反射层106以及阻挡层107，最后制作N电极108以及P电极109。
然而，发明人发现，采用目前的制作工艺制造的LED中P电极和N电极之间存在较大的高度差，在进行芯片封装键合时，LED芯片容易发生侧倾，增加了封装难度。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种AlGaInP基发光二极管及其制造方法，其中，P电极采用贯穿孔技术，使P电极位于N型层表面，实现了P/N电极的等高设计，降低了LED芯片的封装难度。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种AlGaInP基发光二极管的制造方法，包括：
提供AlGaInP基LED外延片，所述AlGaInP基LED外延片包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层；
在所述外延片的P型GaP窗口层上形成电流扩展层；
将所述外延片与透明衬底键合，形成第一半导体结构；
去除所述第一半导体结构中的所述GaAs衬底、所述GaAs缓冲层以及所述GaInP腐蚀截止层，直至露出所述n-GaAs欧姆接触层，形成AlGaInP基LED外延层；
在所述n-GaAs欧姆接触层上蚀刻预设图形，形成具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层；
沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，打贯穿所述外延片的P电极贯穿孔；
在所述外延层远离所述透明衬底的一侧形成钝化层，并光刻出P电极以及N电极窗口，制作出P电极以及N电极。
优选的，在所述外延层的表面形成钝化层之前，还包括：
沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，在所述AlGaInP基LED外延层中形成贯穿所述外延层的隔离沟道。
优选的，在所述形成AlGaInP基LED外延层之后，还包括：
在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面形成ODR反射镜介质膜层，并在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔；
在所述ODR反射镜介质膜层上形成ODR反射镜金属层。
优选的，所述提供所述AlGaInP基LED外延片，包括：
提供GaAs衬底；
在所述GaAs衬底上依次形成GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层。
优选的，所述在所述外延片的P型GaP窗口层上形成电流扩展层，包括：
在所述P型GaP窗口层上沉积透明导电氧化物ITO、IZO、AZO或IGZO，所述透明氧化物形成所述电流扩展层。
优选的，所述将所述外延片与透明衬底键合，包括：
采用BCB键合工艺、SOG键合工艺、硅橡胶粘结剂键合工艺或氧化物键合工艺将所述外延片与所述透明衬底进行键合。
优选的，所述在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面形成ODR反射镜介质膜层，并在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔，包括：
在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面沉积MgF2或SiO2作为所述ODR反射镜介质膜层，并采用剥离工艺在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔。
优选的，所述在所述ODR反射镜介质膜层上形成ODR反射镜金属层，包括：
在所述ODR反射镜介质膜层表面蒸镀预设金属作为所述ODR反射镜金属层，所述预设金属至少包括AuGeNi、AuGe、Au、Pt、Ti、Ni、Al和/或Ag。
优选的，所述在所述外延层远离所述透明衬底的一侧形成钝化层，包括：
在所述外延层的表面沉积氮化硅SiN或氧化铝Al2O3或二氧化硅SiO2，形成钝化层。
一种AlGaInP基发光二极管，基于任意一项上述的制造方法制作，包括：
透明衬底；
AlGaInP基LED外延层，所述外延层与所述透明衬底键合，所述外延层包括n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层，沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，所述外延层开设有P电极贯穿孔以及隔离沟道；
ODR反射镜，设置在所述外延层远离所述透明衬底的一侧，包括ODR反射镜介质膜层以及ODR反射镜金属层；
P电极以及N电极，所述P电极通过所述P电极贯穿孔与所述P型GaP窗口层电连接，所述N电极与所述n-GaAs欧姆接触层电连接。
与现有技术相比，本发明所提供的技术方案具有以下优点：
本发明提供的一种AlGaInP基发光二极管的制造方法中，将P电极采用贯穿孔技术，即沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，在所述外延层中打贯穿所述外延片的P电极贯穿孔，使得P电极主体部分位于所述n型外延层的表面，并在该外延层的表面制作出P电极以及N电极，进而使得P电极和N电极等高。解决了现有LED中由于P电极和N电极之间存在较大的高度差，导致的在进行芯片封装键合时，LED芯片容易发生侧倾，增加了封装难度的问题。
除此，本发明提供的LED还在上述基础上，开设了隔离沟道，解决了现有LED在封装键合过程中，由于焊料挤压变形导致的P/N电极之间容易漏电的问题。并且，本发明中ODR反射镜的结构为ODR反射镜介质膜层与ODR反射镜金属层，其反射效率远高于现有技术中采用导电层、附着层以及金属反射层构成的ODR反射镜的反射率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术中一种常用的基于透明衬底的倒装AlGaInP基的LED的结构示意图；
图2为本实施例提供的一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图；
图3为本实施例提供的一种AlGaInP基发光二极管的制作流程图；
图4为本实施例提供的一种AlGaInP基LED外延片的制作流程图；
图5为本实施例提供的又一种AlGaInP基发光二极管的制作流程图；
图6为采用图5的工艺流程制作的一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图；
图7为本实施例提供的一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图；
图8为本实施例提供的又一种AlGaInP基发光二极管的制作流程图；
图9为采用图8的工艺流程制作的一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图；
图10为本实施例提供的又一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图；
图11为本实施例提供的又一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图2，图2为本实施例提供的一种AlGaInP基发光二极管的结构示意图，包括：透明衬底21、AlGaInP基LED外延层22、P电极23以及N电极24。
其中，所述外延层22与所述透明衬底21键合，所述外延层包括n-GaAs欧姆接触层221、N型电流扩展层222、N型限制层223、多量子阱有源层224、P型限制层225以及P型GaP窗口层226，其中，沿垂直于所述外延层22的方向上，所述外延层22开设有P电极贯穿227。所述P电极23通过所述P电极贯穿孔227与所述P型GaP窗口层226电连接，所述N电极24与所述n-GaAs欧姆接触层221电连接。
其制作流程如图3所示，包括步骤：
S31、提供AlGaInP基LED外延片。
其中，所述AlGaInP基LED外延片包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层。具体的，如图4所示，提供所述AlGaInP基LED外延片的制作流程如下：
S311、提供GaAs衬底；
S312、在所述GaAs衬底上依次形成GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层。
S32、在所述外延片的P型GaP窗口层上形成电流扩展层。
具体的，可以在所述P型GaP窗口层上沉积透明导电氧化物ITO、IZO、AZO或IGZO，所述透明氧化物形成所述电流扩展层，该电流扩展层可以在P型GaP窗口层减薄时仍保持P面电流扩展均匀。
S33、将所述外延片与透明衬底键合，形成第一半导体结构。
具体的，可以采用BCB键合工艺、SOG键合工艺、硅橡胶粘结剂键合工艺或氧化物键合工艺将所述外延片与所述透明衬底进行键合。
S34、去除所述第一半导体结构中的所述GaAs衬底、所述GaAs缓冲层以及所述GaInP腐蚀截止层，直至露出所述n-GaAs欧姆接触层，形成AlGaInP基LED外延层。
S35、在所述n-GaAs欧姆接触层上蚀刻预设图形，形成具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层。
S36、沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，在所述外延层的表面打贯穿所述外延层的P电极贯穿孔。
S37、在所述外延层远离所述透明衬底的一侧形成钝化层，并光刻出P电极以及N电极窗口，制作出P电极以及N电极。
具体的，在外延层的表面沉积氮化硅SiN或氧化铝Al2O3或二氧化硅SiO2，形成钝化层。并光刻出P电极和N电极窗口，蒸镀并Lift-off制作出P电极和N电极，通过适当条件退火，使P电极与P型GaP或ITO透明氧化物电流扩展层形成欧姆接触，N电极与ODR金属反射层熔合，形成良好导电通道。
需要说明的是，在本实施例中，P电极23除底部与P型GaP窗口层226电连接外，P电极23的其余部分需要包围绝缘层，以使得P电极23和N电极24之间不能通过n-GaAs欧姆接触层221以及N型电流扩展层222形成电流导通回路，这样才能保证在该LED工作时，多量子阱有源层224注入有效电流，进行发光。
可见，本发明中将P电极采用贯穿孔技术，即沿垂直于所述外延片所在平面的方向上，在所述外延层的表面打贯穿所述外延片的P电极贯穿孔，使得P电极主体部分位于所述n型外延层的表面，并制作出P电极以及N电极，进而使得P电极和N电极等高。解决了现有LED中由于P电极和N电极之间存在较大的高度差，导致的在进行芯片封装键合时，LED芯片容易发生侧倾，增加了封装难度的问题。
除此，在上述实施例的基础上，本实施例为了解决现有LED在封装键合过程中，由于焊料挤压变形导致的P/N电极之间容易漏电的问题。如图5所示，还在步骤S37之前，增设步骤S51：沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，在外延层中形成贯穿所述外延层的隔离沟道。
其形成的LED如图6所示，在图2的基础上，开设了隔离沟道61，防止P电极63与N电极64之间产生漏电流。需要说明的是，本实施例中不限定隔离沟道与P电极贯穿孔的制作先后顺序，即，可以是隔离沟道与P电极贯穿孔同时打孔，也可以是先制作隔离沟道后，在打P电极贯穿孔，或者，在打完P电极贯穿孔后，再打隔离沟道。但，为了简化工艺流程，可以将隔离沟道与P电极贯穿孔同时打孔。
除此，在本实施例中，P电极贯穿孔和隔离沟道的深度为至少进入P型GaP窗口层，至多达到P型GaP窗口层与透明氧化物电流扩展层界面。
需要说明的是，由于图6中设置了隔离沟道61，因此，P电极与N电极之间实现了隔离，那么此时，P电极除底部与P型GaP窗口层接触外，P电极的其余部分可以不需要被绝缘层包围，如图7所示。
更进一步的，如图8所示，本实施例步骤S34之后，还包括步骤：
S71、在所述n-GaAs欧姆接触层上光刻预设图形，形成具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层；
S72、在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面形成ODR反射镜介质膜层，并在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔。
具体的，在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面沉积MgF2或SiO2作为所述ODR反射镜介质膜层，并采用剥离工艺在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔。
S73、在所述ODR反射镜介质膜层上形成ODR反射镜金属层。
具体的，在所述ODR反射镜介质膜层表面蒸镀预设金属作为所述ODR反射镜金属层，所述预设金属包括AuGeNi、AuGe、Au、Pt、Ti、Ni、Al以及Ag中的一种或多种。
结合上述所有制作步骤，可以得到如图9以及图10所示的AlGaInP基发光二极管，其中，图9为该LED的剖面图，图10为该LED的俯视图，该LED包括：
透明衬底80；
AlGaInP基LED外延层81。
其中，所述外延层81与所述透明衬底80键合，所述外延层包括n-GaAs欧姆接触层811、N型电流扩展层812、N型限制层813、多量子阱有源层814、P型限制层815以及P型GaP窗口层816。
除此，沿垂直于外延层81所在平面的方向Y上，所述外延层81开设有P电极贯穿孔817以及隔离沟道818。
ODR反射镜82，设置在外延层81远离所述透明衬底的一侧，包括ODR反射镜介质膜层821以及ODR反射镜金属层822。
P电极83以及N电极84，所述P电极83通过所述P电极贯穿孔817与所述P型GaP窗口层816电连接，所述N电极84通过ODR反射镜金属层822与所述n-GaAs欧姆接触层811电连接。
可见，本实施例在上述实施例的基础上，增加了反射镜，提高了LED的反射率(亮度)，值得一提的是，本实施例中ODR反射镜的结构为ODR反射镜介质膜层与ODR反射镜金属层，其反射效率远高于现有技术中采用导电层、附着层以及金属反射层构成的ODR反射镜的反射率。
请参阅图11，本实施例提供的AlGaInP基发光二极管在制造过程中，除上述制作步骤外，还可以在形成了外延层之后，设置反射镜，然后在进行P电极打孔，此时，将ODR反射镜平铺到P电极区域，增大ODR反射镜的面积，即该结构中，P电极附近区域是可以发光的。
需要说明的是，在上述结构中不包括隔离沟道，需要在P电极周围设置钝化层。而，当在上述结构中设计了隔离沟道后，此时，P电极附近不能发光，因此，P电极处的反射镜是非必要的，即P电极处的反射镜可以有也可以没有，其中，图9中示出的发光二极管的结构中，P电极附近不包含反射镜。
又由于目前的工艺限制，在P电极贯穿孔内侧壁保留完整的绝缘钝化层的工艺难度较大，因此，本方案中优先选用在P/N电极之间增加隔离沟槽的方案，此时，P电极贯穿孔内侧壁不需要绝缘钝化层。
综上所述，本发明提供的一种AlGaInP基发光二极管的制造方法中，将P电极采用贯穿孔技术，即沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，在所述外延层中打贯穿所述外延片的P电极贯穿孔，使得P电极主体部分位于所述n型外延层的表面，并在该外延层的表面制作出P电极以及N电极，进而使得P电极和N电极等高。解决了现有LED中由于P电极和N电极之间存在较大的高度差，导致的在进行芯片封装键合时，LED芯片容易发生侧倾，增加了封装难度的问题。
除此，本发明提供的LED还在上述基础上，开设了隔离沟道，解决了现有LED在封装键合过程中，由于焊料挤压变形导致的P/N电极之间容易漏电的问题。并且，本发明中ODR反射镜的结构为ODR反射镜介质膜层与ODR反射镜金属层，其反射效率远高于现有技术中采用导电层、附着层以及金属反射层构成的ODR反射镜的反射率。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种AlGaInP基发光二极管的制造方法，其特征在于，包括：
提供AlGaInP基LED外延片，所述AlGaInP基LED外延片包括GaAs衬底、GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层；
在所述外延片的P型GaP窗口层上形成电流扩展层；
将所述外延片与透明衬底键合，形成第一半导体结构；
去除所述第一半导体结构中的所述GaAs衬底、所述GaAs缓冲层以及所述GaInP腐蚀截止层，直至露出所述n-GaAs欧姆接触层，形成AlGaInP基LED外延层；
在所述n-GaAs欧姆接触层上蚀刻预设图形，形成具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层；
沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，打贯穿所述外延片的P电极贯穿孔；
在所述外延层远离所述透明衬底的一侧形成钝化层，并光刻出P电极以及N电极窗口，制作出P电极以及N电极。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，在所述外延层远离所述透明衬底的一侧形成钝化层之前，还包括：
沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，在所述AlGaInP基LED外延层中形成贯穿所述外延层的隔离沟道。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，在所述形成AlGaInP基LED外延层之后，还包括：
在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面形成ODR反射镜介质膜层，并在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔；
在所述ODR反射镜介质膜层上形成ODR反射镜金属层。
4.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述提供所述AlGaInP基LED外延片，包括：
提供GaAs衬底；
在所述GaAs衬底上依次形成GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层。
5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述在所述外延片的P型GaP窗口层上形成电流扩展层，包括：
在所述P型GaP窗口层上沉积透明导电氧化物ITO、IZO、AZO或IGZO，所述透明氧化物形成所述电流扩展层。
6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述将所述外延片与透明衬底键合，包括：
采用BCB键合工艺、SOG键合工艺、硅橡胶粘结剂键合工艺或氧化物键合工艺将所述外延片与所述透明衬底进行键合。
7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面形成ODR反射镜介质膜层，并在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔，包括：
在所述具有预设图形的n-GaAs欧姆接触层表面沉积MgF2或SiO2作为所述ODR反射镜介质膜层，并采用剥离工艺在所述ODR反射镜介质膜层上打N电极贯穿孔。
8.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述在所述ODR反射镜介质膜层上形成ODR反射镜金属层，包括：
在所述ODR反射镜介质膜层表面蒸镀预设金属作为所述ODR反射镜金属层，所述预设金属至少包括AuGeNi、AuGe、Au、Pt、Ti、Ni、Al和/或Ag。
9.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在所述外延层远离所述透明衬底的一侧形成钝化层，包括：
在所述外延层的表面沉积氮化硅SiN或氧化铝Al2O3或二氧化硅SiO2，形成钝化层。
10.一种AlGaInP基发光二极管，其特征在于，基于权利要求1-9中任意一项所述的制造方法制作，包括：
透明衬底；
AlGaInP基LED外延层，所述外延层与所述透明衬底键合，所述外延层包括n-GaAs欧姆接触层、N型电流扩展层、N型限制层、多量子阱有源层、P型限制层以及P型GaP窗口层，沿垂直于所述外延层所在平面的方向上，所述外延层开设有P电极贯穿孔以及隔离沟道；
ODR反射镜，设置在所述外延层远离所述透明衬底的一侧，包括ODR反射镜介质膜层以及ODR反射镜金属层；
P电极以及N电极，所述P电极通过所述P电极贯穿孔与所述P型GaP窗口层电连接，所述N电极与所述n-GaAs欧姆接触层电连接。
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