CN112054098A - 一种柔性反极性红光发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柔性反极性红光发光二极管及其制作方法，柔性反极性红光发光二极管包括按照从下往上的顺序依次层叠的N型接触层、N型限制层、多量子阱、P型限制层、P型窗口层；P型窗口层上表面依次设有透明导电层、金属反射层、金属阻挡层、金属支撑衬底；N型接触层下表面设有N电极和钝化层。本发明通过将原衬底转移至较薄金属衬底，可以保证衬底的全柔性红光，并与柔性红光封装基板良好贴合，同时引入了热解膜工艺，在衬底转移时，热解膜可将LED晶圆牢固的固定在平整的刚性衬底上，在原衬底剥离过程中，避免了翘曲引起的过烧蚀，可大幅提升衬底剥离的生产良率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管的技术领域，尤其是指一种柔性反极性红光发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。现有的LED芯片主流均采用刚性衬底，在柔性红光显像与照明等应用领域目前均使用柔性红光封装基板搭配刚性衬底LED芯片来实现柔性红光显像与照明，该方案在反复弯折后极易出现固晶胶失效，继而引起脱焊LED芯片的失效，导致整个发光器件可靠性降低。
此外，现有的反极性红光LED芯片需要进行晶圆键合，然后将原衬底腐蚀达到衬底转移的目的，在晶圆键合时受热压影响，晶圆极易破片，对衬底进行湿法腐蚀时又容易造成过腐蚀或腐蚀不净，严重影响生产良率，因此降低剥离时的翘曲可大幅提升衬底剥离的生产良率。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，实现高亮全柔的柔性红光二极管和提高红光二极管的良品生产率，提出了一种柔性反极性红光发光二极管及其制作方法，通过将原衬底转移至较薄金属衬底，可以保证衬底的全柔性红光，并与柔性红光封装基板良好贴合，同时引入了热解膜工艺，在衬底转移时，热解膜可将LED晶圆牢固的固定在平整的刚性衬底上，在原衬底剥离过程中，避免了翘曲引起的过烧蚀，可大幅提升衬底剥离的生产良率。
为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种柔性反极性红光发光二极管，包括按照从下往上的顺序依次层叠的N型接触层、N型限制层、多量子阱、P型限制层、P型窗口层；所述P型窗口层的上表面依次设有透明导电层、金属反射层、金属阻挡层、金属支撑衬底；所述N型接触层的下表面设有N电极和钝化层，并对钝化层进行刻蚀使N电极露出。
进一步，所述透明导电层由氧化铟锡构成。
进一步，所述金属反射层由Ag、Al、Cr中的一种或几种材料组成。
进一步，所述金属支撑衬底由Cu、Ag、Au、Ti、Pt中的一种或几种材料组成。
进一步，所述金属支撑衬底厚度不大于50微米。
本发明也提供了一种上述柔性反极性红光发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
提供GaAs衬底；
在GaAs衬底表面依次生长缓冲层、腐蚀截止层、N型接触层、N型限制层、多量子阱、P型限制层、P型窗口层，得到外延片；
在外延片的上表面制作透明导电层，在透明导电层的上表面制作金属反射层，在金属反射层的上表面制作金属阻挡层，在金属阻挡层与外延片的上表面制作金属支撑衬底，得到金属外延层；
在金属支撑衬底的上表面贴附热解膜，在热解膜的上表面贴附刚性衬底，得到假衬底外延层；
对GaAs衬底进行机械减薄后，使用湿法刻蚀对GaAs衬底进行腐蚀至腐蚀截止层，使用干法刻蚀对腐蚀截止层进行腐蚀至N型接触层；
对N型接触层进行粗化处理后，进行干法贯穿刻蚀至金属支撑衬底；
在N型接触层下表面制作N电极，在N电极和N型接触层下表面制作钝化层，并对钝化层进行刻蚀使N电极露出；
对假衬底外延层加热使热解膜丧失粘性，进而使刚性衬底与金属支撑衬底分离，最后对金属支撑衬底进行切割，获得柔性反极性红光发光二极管。
进一步，制作金属支撑衬底的方式为化学镀或电镀。
进一步，湿法刻蚀GaAs衬底的溶液为H3PO4或NH4OH水溶液。
进一步，热解膜丧失粘性的加热温度不高于250℃。
进一步，对金属支撑衬底进行切割的方法包括机械切割、化学腐蚀切割和紫外激光烧蚀切割。
本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：
1、本发明通过在晶圆表面制作较薄的金属支撑衬底，使红光芯片具有优良的柔性可绕性能，并能够与柔性红光封装基板良好贴合。
2、本发明引入了热解膜工艺，在衬底转移时，热解膜可将LED晶圆牢固固定在平整的刚性衬底上，不需要使用键合技术进行中间衬底的转移，避免键合破片，可大幅提升衬底转移的生产良率。
附图说明
图1为柔性反极性红光发光二极管的结构示意图。
图2为柔性反极性红光发光二极管的制作流程图。
图3为制作过程中的外延片的结构示意图。
图4为制作过程中的金属外延层的结构示意图。
图5为制作过程中的假衬底外延层的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
参见图1所示，本实施例所提供的柔性反极性红光发光二极管，包括按照从下往上的顺序依次层叠的N型接触层103、N型限制层104、多量子阱105、P型限制层106、P型窗口层107；
P型窗口层107的上表面依次设有透明导电层201、金属反射层202、金属阻挡层203、金属支撑衬底204；
N型接触层103的下表面设有N电极301和钝化层302。
参见图2至图5所示，上述柔性反极性红光发光二极管的制作方法，包括以下步骤：
S101：提供GaAs衬底100；
所述GaAs衬底100为不掺杂单晶砷化镓材料；
具体的，GaAs衬底厚度不超过650um。
S102：在GaAs衬底100表面依次生长缓冲层101、腐蚀截止层102、N型接触层103、N型限制层104、多量子阱105、P型限制层106、P型窗口层107，得到外延片；
具体的，生长缓冲层与N型接触层为GaAs材料，腐蚀截止层为GaInP材料，P型窗口层为GaP材料；
此外，本申请实施例提供的N型接触层、腐蚀截止层、P型窗口层的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。
S103：在P型窗口层107上表面制作透明导电层201；
具体的，本申请实施例提供的透明导电层201由氧化铟锡组成；
此外，本申请实施例提供的透明导电层201还可以为氧化锌等材质，对此本申请不做具体限制。
S104：在透明导电层201表面制作金属反射层202；
具体的，本申请实施例提供的金属反射层202由Ag、Al组成；
具体的，本申请实施例提供的在透明导电层201表面制作金属反射层202的方法为电子束蒸镀；
此外，本申请实施例提供的金属反射层202的方法还可以为磁控溅射、热蒸镀等方法，对此本申请不做具体限制。
S105：在金属反射层202表面制作金属阻挡层203；
具体的，本申请实施例提供的金属阻挡层203由Ti、W、Ni、Pt、Pd组成；
具体的，本申请实施例提供的金属阻挡层203面积大于金属反射层202
具体的，本申请实施例提供的在金属反射层202表面制作金属阻挡层203的方法为电子束蒸镀；
此外，本申请实施例提供的金属阻挡层203的方法还可以为磁控溅射、热蒸镀等方法，对此本申请不做具体限制。
S106：在金属阻挡层203表面制作金属支撑衬底204；
具体的，本申请实施例提供的金属支撑衬底204材料为铜；
具体的，本申请实施例提供的金属支撑衬底204制作方法为电镀；
具体的，本申请实施例提供的金属支撑衬底204使用硫酸铜、磷铜球电镀完成；
此外，本申请实施例提供的金属支撑衬底204的方法还可以为磁控溅射、热蒸镀、化学镀膜等方法，对此本申请不做具体限制。
S107：在金属支撑衬底204表面贴附热解膜205，在热解膜205表面贴附刚性衬底206，得到假衬底外延层；
具体的，本申请实施例提供的刚性衬底为硅片；
S108：对GaAs衬底100进行机械减薄，使用湿法刻蚀对GaAs衬底100腐蚀，腐蚀至腐蚀截止层101；
具体的，本申请实施例提供的湿法刻蚀溶液为氨水与双氧水混合溶液；
S109：对N型接触层103进行粗化处理，进行干法贯穿刻蚀至金属支撑衬底204；
具体的，本申请实施例提供的干法贯穿刻蚀使用电感耦合等离子体刻蚀；
S110：在N型接触层103表面制作N电极301，在N电极301和N型接触层103表面制作钝化层302，对钝化层302进行刻蚀使N电极301露出；
具体的，本申请实施例提供的N电极301依次由Ge层、Au层、Ti层、Cu层、Au层组成；
其中，Ge层厚度30-50nm，Au层厚度30-50nm，Ti层厚度50-200nm，Cu层厚度1000-3000nm，Au层厚度50-200nm；
其中，Ge层作用为取代N型GaAs接触层104表面的As原子，与N型GaAs接触层104形成欧姆接触；Au层可加速Ge取代As的过程，有助于形成欧姆接触；Ti层可有效阻挡As、Au、Ge向上扩散；Cu层为电极导电主体，利用Cu良好的导电性；Au层为保护N型电极301表面不被腐蚀氧化，保证电性良好；
具体的，在N型接触层103表面制作N电极301的方法为电子束蒸镀；
具体的，本申请实施例提供的钝化层302为SiO2；
此外，本申请实施例提供的钝化层302的材料还可以为SiON、SiNx、Al2O3等，对此本申请不做具体限制。
S111：对假衬底外延层加热使热解膜丧失粘性，进而使刚性衬底与金属支撑衬底分离，对金属支撑衬底进行切割，获得所述柔性反极性红光发光二极管；
具体的，本申请实施例提供的加热使热解膜丧失粘性温度为200℃，不可高于250℃；
具体的，本申请实施例提供的对GaAs基晶圆进行切割方式为机械切割。
以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种柔性反极性红光发光二极管，其特征在于：包括按照从下往上的顺序依次层叠的N型接触层、N型限制层、多量子阱、P型限制层、P型窗口层；所述P型窗口层的上表面依次设有透明导电层、金属反射层、金属阻挡层、金属支撑衬底；所述N型接触层的下表面设有N电极和钝化层，并对钝化层进行刻蚀使N电极露出。
2.根据权利要求1所述的一种柔性反极性红光发光二极管，其特征在于：所述透明导电层由氧化铟锡构成。
3.根据权利要求1所述的一种柔性反极性红光发光二极管，其特征在于：所述金属反射层由Ag、Al、Cr中的一种或几种材料组成。
4.根据权利要求1所述的一种柔性反极性红光发光二极管，其特征在于：所述金属支撑衬底由Cu、Ag、Au、Ti、Pt中的一种或几种材料组成。
5.根据权利要求1所述的一种柔性反极性红光发光二极管，其特征在于：所述金属支撑衬底厚度不大于50微米。
6.一种权利要求1至5任意一项所述柔性反极性红光发光二极管的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供GaAs衬底；
在GaAs衬底表面依次生长缓冲层、腐蚀截止层、N型接触层、N型限制层、多量子阱、P型限制层、P型窗口层，得到外延片；
在外延片的上表面制作透明导电层，在透明导电层的上表面制作金属反射层，在金属反射层的上表面制作金属阻挡层，在金属阻挡层与外延片的上表面制作金属支撑衬底，得到金属外延层；
在金属支撑衬底的上表面贴附热解膜，在热解膜的上表面贴附刚性衬底，得到假衬底外延层；
对GaAs衬底进行机械减薄后，使用湿法刻蚀对GaAs衬底进行腐蚀至腐蚀截止层，使用干法刻蚀对腐蚀截止层进行腐蚀至N型接触层；
对N型接触层进行粗化处理后，进行干法贯穿刻蚀至金属支撑衬底；
在N型接触层下表面制作N电极，在N电极和N型接触层下表面制作钝化层，并对钝化层进行刻蚀使N电极露出；
对假衬底外延层加热使热解膜丧失粘性，进而使刚性衬底与金属支撑衬底分离，最后对金属支撑衬底进行切割，获得柔性反极性红光发光二极管。
7.根据权利要求6所述的一种柔性反极性红光发光二极管的制作方法，其特征在于：制作金属支撑衬底的方式为化学镀或电镀。
8.根据权利要求6所述的一种柔性反极性红光发光二极管的制作方法，其特征在于：湿法刻蚀GaAs衬底的溶液为H3PO4或NH4OH水溶液。
9.根据权利要求6所述的一种柔性反极性红光发光二极管的制作方法，其特征在于：热解膜丧失粘性的加热温度不高于250℃。
10.根据权利要求6所述的一种柔性反极性红光发光二极管的制作方法，其特征在于：对金属支撑衬底进行切割的方法包括机械切割、化学腐蚀切割和紫外激光烧蚀切割。
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