CN109244205A - 一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于LED生产制造技术领域，涉及一种倒装结构AlGaInP红光Micro‑LED及其制备方法，由n‑GaAs欧姆接触层101、n‑AlGaInP扩展层102、DBR层103、n‑AlInP限制层104、发光层105、p‑AlInP限制层106、p‑AlGaInP扩展层107、p‑GaP电流扩展层108、p‑GaP欧姆接触层109、p‑GaP粗化键合层110、ITO层200、固化层300、衬底400、电极层501、第一金属层502、保护层600、ODR层601和第二金属层700构成，结构新颖，工作原理清晰，本发明可以提升出光效率，用在氧化铟锡(ITO)与紫外固化光学胶作为连接蓝宝石间的键合层，可以提升键合良率，发明工艺技术路线可靠、工艺基础成熟，原材料容易取得，利于批量化生产。
Description
技术领域
本发明属于LED生产制造技术领域，涉及一种倒装结构AlGaInP红光 Micro-LED及其制备方法。
背景技术
发光二极管(LED)是广泛应用的固态发光器件，LED固有物理特性使其能够在低电压/电流下工作，具有效率高、可靠好、寿命长等特点。LED还能在极高或极低的温度条件下工作。因此，被广泛应用于室内外照明，汽车前大灯，交通信号灯和与显示屏。其中小尺寸的微发光二极管LED(Micro-LED)已成为近两年来具有相当发展前景的技术，在汽车，可穿戴设备，军事应用，生物传感器，光学生物芯片，微型集成全色系列显示器(集成红、绿、蓝色三种颜色波段)领域极具潜在应用价值。
随着多年的技术研究开发，AlGaInP红光LED的外延、芯片技术非常成熟。外延技术是通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)，在GaAs衬底上生长(AlxGa1-x)0.5In0.5P发光材料，外延生长的P型层、发光层、N型层、DBR层晶格可以精准与GaAs衬底匹配，位错少，其内部量子效率超过95%。但是GaAs能隙比较小，对于AlGaInP 发出光具有吸收作用，因此限制了红色LED的光提取性能。
发明内容
本发明的目的是针对上述技术中存在的不足，提出一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED及其制备方法，工艺技术路线可靠、工艺基础成熟，使用MOCVD外延生长DBR层、GaP粗化层、ODR层可以提升出光效率，用在氧化铟锡(ITO)与紫外固化光学胶作为连接蓝宝石间的键合层，可以提升键合良率，利于批量化生产。
本发明的技术方案是：一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，包括n型GaAs衬底，其特征在于：所述n型GaAs衬底背面上依次设有n-GaAs欧姆接触层、n-AlGaInP扩展层、DBR层、n-AlInP限制层、发光层、p-AlInP限制层、p-AlGaInP扩展层、p-GaP电流扩展层、p-GaP欧姆接触层和p-GaP粗化键合层，所述p-GaP粗化键合层上设有ITO层，所述ITO层上设有固化层，所述固化层上设有衬底；所述p-GaP欧姆接触层正面上设有电极层，所述n型GaAs衬底正面上设有第一金属层，所述电极层和第一金属层正面设有保护层和ODR层，所述ODR层的正面设有第二金属层，所述第二金属层与电极层接触连接。
所述倒装结构采用倒装水平同侧电极结构AlGaInP基微发光二极管，发光面积尺寸为3～5mil，芯片厚度为60～100μm。
所述ITO层的厚度为100～1000nm。
所述抛光的蓝宝石衬底使用酸、碱处理后与芯片进行键合，酸处理中的酸由H2SO4、双氧水构成的混合溶液，碱处理中的碱由氨水、双氧水构成的混合溶液。
所述n-GaAs欧姆接触层掺杂浓度6×1018cm-3以上，p-GaP欧姆接触层掺杂浓度7×1019cm-3以上。
所述紫外固化光学胶在波长400nm以上，透过率达到99%，涂覆厚度约为2～30μm，将膜用UV固化5～500min，UV处理后的固化层的平均厚度为1～28μm。
所述ODR层材料为TiO2或MgF2或SiO2或是TiO2、MgF2、SiO2三者的组合。
所述第一金属层是用电子束蒸镀的方法依次沉积金属Au、AuGe和Au层，第二金属层是使用电子束蒸发方法依次沉积金属层Cr、Ti、Al、Ti和Au层。
一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED的制备方法，包括如下制备步骤：
(1)AlGaInP LED外延层通过金属有机化学气相沉积在n型GaAs衬底上依次生长腐蚀停层、n-GaAs欧姆接触层、n-AlGaInP扩展层、DBR层、n-AlInP限制层、发光层、p-AlInP限制层、p-AlGaInP扩展层、p-GaP电流扩展层、p-GaP欧姆接触层、p-GaP粗化键合层；
(2)使用酸体系粗化液粗化p-GaP粗化键合层，在粗化后的表面以电子束蒸发沉积ITO层；
(3)在ITO层上通过高速旋涂一层紫外固化光学胶，涂覆后使用UV固化5～500min，形成UV处理后的固化层；
(4)将抛光的蓝宝石衬底使用酸、碱处理后与芯片进行键合，通过湿法化学蚀刻去除GaAs衬底、腐蚀停层，而后光刻匀胶保护发光区台面，以ICP刻蚀至p-GaP欧姆接触层并露出发光台面，以负胶光刻后，在p-GaP欧姆接触层上用电子束蒸镀的方法依次沉积金属Cr、Ti、Au电极层，剥离去除负胶；
(5)再以负胶光刻，在n-GaAs欧姆接触层上用电子束蒸镀的方法沉积第一金属层，剥离去除负胶；
(6)使用ICP去除电极覆盖外的n-GaAs层，然后进行退火处理形成良好欧姆接触，以负胶光刻保护电极与发光台面后，用ICP蚀刻至蓝宝石层，剥离去除负胶；
(7)在芯片表面用PECVD法依次Si3N4保护层以保护发光层、以电子束蒸发的方式沉积ODR层以增加顶面光的反射率，以负胶光刻发光台面后，在p、n电极的Si3N4、ODR层开成开孔的图案，然后使用BOE去除图案化孔内Si3N4、ODR层，剥离去除负胶；
(8)以负胶光刻发光台面后，使用电子束蒸发方法沉积第二金属层，剥离去除负胶；
(9)将芯片进行蓝宝石衬底减薄，将芯片进行激光切割分离得到设计尺寸的倒装结构AlGaInP 红光 Micro-LED。
本发明的有益效果为：本发明提供的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED及其制备方法，结构新颖，制备原理清晰，使用MOCVD外延生长DBR层、GaP粗化层、ODR层可以提升出光效率，用在氧化铟锡(ITO)与紫外固化光学胶作为连接蓝宝石间的键合层，可以提升键合良率，发明的工艺技术路线可靠、工艺基础成熟，原材料容易取得，利于批量化生产。
附图说明
图1 为本发明倒装AlGaInP红光 Micro-LED侧面结构示意图。
图2 为本发明倒装AlGaInP红光 Micro-LED正面结构示意图。
图中：n-GaAs欧姆接触层101、n-AlGaInP扩展层102、DBR层103、n-AlInP限制层104、发光层105、p-AlInP限制层106、p-AlGaInP扩展层107、p-GaP电流扩展层108、p-GaP欧姆接触层109、p-GaP粗化键合层110、ITO层200、固化层300、衬底400、电极层501、第一金属层502、保护层600、ODR层601、第二金属层700。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
如图1-2所示，一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED的制作方法，AlGaInP LED外延层通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)在n型GaAs衬底上依次生长腐蚀停层、n-GaAs欧姆接触层101、n-AlGaInP扩展层102、DBR层103、n-AlInP限制层104、发光层105、p-AlInP限制层106、p-AlGaInP扩展层107、p-GaP电流扩展层108、p-GaP欧姆接触层109、p-GaP粗化键合层110，使用酸体系粗化液粗化p-GaP粗化键合层110、在粗化后的表面以电子束蒸发沉积ITO层200，在ITO层上通过高速旋涂一层紫外固化光学胶(NOA73)，涂覆后使用UV固化5～500min，形成UV处理后的固化层300，将抛光的蓝宝石衬底400使用酸、碱处理(其中的酸包括H2SO4、双氧水的混合溶液，碱包括氨水、双氧水的混合溶液等)后与芯片进行键合，通过湿法化学蚀刻去除GaAs衬底、腐蚀停层，而后光刻匀胶保护发光区台面，以ICP刻蚀至p-GaP欧姆接触层109并露出发光台面，以负胶光刻后，在p-GaP欧姆接触层109上用电子束蒸镀的方法依次沉积金属Cr/Ti/Au电极层501，剥离去除负胶；再以负胶光刻，在n-GaAs欧姆接触层101上用电子束蒸镀的方法依次沉积由Au层、AuGe层和Au层构成的第一金属层502，剥离去除负胶；使用ICP去除电极覆盖外的n-GaAs层，然后进行退火处理形成良好欧姆接触，以负胶光刻保护电极与发光台面后，用ICP蚀刻至蓝宝石层，剥离去除负胶；然后在芯片表面用PECVD法依次Si3N4保护层600以保护发光层、以电子束蒸发的方式沉积ODR层601以增加顶面光的反射率，以负胶光刻发光台面后，在p、n电极的Si3N4、ODR层开成开孔的图案，然后使用BOE去除图案化孔内Si3N4、ODR层，剥离去除负胶，以负胶光刻发光台面后，使用电子束蒸发方法依次沉积由Cr层、Ti层、Al层、Ti层和Au层构成的第二金属层700，剥离去除负胶，将芯片进行蓝宝石衬底减薄，然后将芯片进行激光切割分离得到设计尺寸的倒装结构AlGaInP 红光 Micro-LED。
Claims (9)
1.一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，包括n型GaAs衬底，其特征在于：所述n型GaAs衬底背面上依次设有n-GaAs欧姆接触层(101)、n-AlGaInP扩展层(102)、DBR层(103)、n-AlInP限制层(104)、发光层(105)、p-AlInP限制层(106)、p-AlGaInP扩展层(107)、p-GaP电流扩展层(108)、p-GaP欧姆接触层(109)和p-GaP粗化键合层(110)，所述p-GaP粗化键合层(110)上设有ITO层(200)，所述ITO层上设有固化层(300)，所述固化层(300)上设有衬底(400)；所述p-GaP欧姆接触层(109)正面上设有电极层(501)，所述n型GaAs衬底正面上设有第一金属层(502)，所述电极层(501)和第一金属层(502)正面设有保护层(600)和ODR层(601)，所述ODR层(601)的正面设有第二金属层(700)，所述第二金属层(700)与电极层(501)接触连接。
2.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述倒装结构采用倒装水平同侧电极结构AlGaInP基微发光二极管，发光面积尺寸为3～5mil，芯片厚度为60～100μm。
3.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述ITO层(200)的厚度为100～1000nm。
4.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述抛光的蓝宝石衬底(400)使用酸、碱处理后与芯片进行键合，酸处理中的酸由H2SO4、双氧水构成的混合溶液，碱处理中的碱由氨水、双氧水构成的混合溶液。
5.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述n-GaAs欧姆接触层(101)掺杂浓度6×1018cm-3以上，p-GaP欧姆接触层(109)掺杂浓度7×1019cm-3以上。
6.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述紫外固化光学胶在波长400nm以上，透过率达到99%，涂覆厚度约为2～30μm，将膜用UV固化5～500min，UV处理后的固化层的平均厚度为1～28μm。
7.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述ODR层(601)材料为TiO2或MgF2或SiO2或是TiO2、MgF2、SiO2三者的组合。
8.根据权利要求1所述的一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，其特征在于：所述第一金属层(502)是用电子束蒸镀的方法依次沉积金属Au、AuGe和Au层，第二金属层(700)是使用电子束蒸发方法依次沉积金属层Cr、Ti、Al、Ti和Au层。
9.一种倒装结构AlGaInP红光Micro-LED的制备方法，其特征在于，制备权利要求1-8任一项所述的倒装结构AlGaInP红光Micro-LED，包括如下制备步骤：
(1)AlGaInP LED外延层通过金属有机化学气相沉积在n型GaAs衬底上依次生长腐蚀停层、n-GaAs欧姆接触层(101)、n-AlGaInP扩展层(102)、DBR层(103)、n-AlInP限制层(104)、发光层(105)、p-AlInP限制层(106)、p-AlGaInP扩展层(107)、p-GaP电流扩展层(108)、p-GaP欧姆接触层(109)、p-GaP粗化键合层(110)；
(2)使用酸体系粗化液粗化p-GaP粗化键合层(110)，在粗化后的表面以电子束蒸发沉积ITO层(200)；
(3)在ITO层(200)上通过高速旋涂一层紫外固化光学胶，涂覆后使用UV固化5～500min，形成UV处理后的固化层(300)；
(4)将抛光的蓝宝石衬底(400)使用酸、碱处理后与芯片进行键合，通过湿法化学蚀刻去除GaAs衬底、腐蚀停层，而后光刻匀胶保护发光区台面，以ICP刻蚀至p-GaP欧姆接触层(109)并露出发光台面，以负胶光刻后，在p-GaP欧姆接触层(109)上用电子束蒸镀的方法依次沉积金属Cr、Ti、Au电极层(501)，剥离去除负胶；
(5)再以负胶光刻，在n-GaAs欧姆接触层(101)上用电子束蒸镀的方法沉积第一金属层(502)，剥离去除负胶；
(6)使用ICP去除电极覆盖外的n-GaAs层，然后进行退火处理形成良好欧姆接触，以负胶光刻保护电极与发光台面后，用ICP蚀刻至蓝宝石层，剥离去除负胶；
(7)在芯片表面用PECVD法依次Si3N4保护层(600)以保护发光层、以电子束蒸发的方式沉积ODR层(601)以增加顶面光的反射率，以负胶光刻发光台面后，在p、n电极的Si3N4、ODR层开成开孔的图案，然后使用BOE去除图案化孔内Si3N4、ODR层，剥离去除负胶；
(8)以负胶光刻发光台面后，使用电子束蒸发方法沉积第二金属层(700)，剥离去除负胶；
(9)将芯片进行蓝宝石衬底减薄，将芯片进行激光切割分离得到设计尺寸的倒装结构AlGaInP 红光 Micro-LED。
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