CN112563378B - 一种氧化增光二极管制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种氧化增光二极管制作方法，解决现有二极管制作方法存在氧化不均匀、串联电阻高、造成产品分类多、循环次数较多等问题。该方法包括：步骤一、在GaAs衬底上生长外延结构，在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的氧元素；步骤二、制作正面金属电极；步骤三、制作背面金属；步骤四、图形制作；步骤五、在350～450℃、保护气体环境下进行退火；步骤六、进行切割；步骤七、进行AlAs氧化，氧化气体条件：在保护气体环境下增加水蒸气，混气出口温度90～100℃；步骤八、进行芯片测试。本发明方法在TMAl中加入少量的氧元素，使得产品氧化均匀性提高，同时AlAs氧化后变成Al2O3，折射率由3.09降低到1.77，增加ΔN，提高了器件性能。

Description

一种氧化增光二极管制作方法
技术领域
本发明涉及二极管制作领域，具体涉及一种氧化增光二极管制作方法。
背景技术
由于发光二极管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等优点，其作为主要光源得到较快发展。近年来发光二极管在照明应用领域迅速扩展，且朝着更高发光功率的方向发展。现有技术中，采用多重量子阱(multiple quantum well,MQW)结构作为有源层的发光二极管，该结构能够获得较高内量子效率，而发光二极管外量子效率的提高主要集中在表面粗化、金属反射镜技术、图形衬底等。但是，现有的氧化增光二极管制作方法在进行铝砷氧化时，存在氧化不均匀、串联电阻高、造成产品分类多、良率差等缺点；同时，还存在折射率差过低、导致循环次数多、材料浪费等问题。
发明内容
本发明的目的是解决现有二极管制作方法存在氧化不均匀、串联电阻高、造成产品分类多、循环次数较多等问题，提供一种氧化增光二极管制作方法。
为实现以上发明目的，本发明的技术方案是：
一种氧化增光二极管制作方法，包括以下步骤：
步骤一、在GaAs衬底上生长外延结构，结构生长组分从下至上顺序生长，生长温度为550～700℃，生长压力为40～50torr，，在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的氧元素；
步骤二、制作正面金属电极；
步骤三、制作背面金属；
步骤四、图形制作，制作正面接触电极图形；
步骤五、在350～450℃、保护气体环境下进行退火，促使金属半导体融合减少串联电阻；
步骤六、进行切割，切割深度为5um～50um；
步骤七、进行AlAs氧化，氧化气体条件：在保护气体环境下增加水蒸气，混气出口温度为90～100℃，氧化温度为350～450度，时间为5～50分钟；
步骤八、进行芯片测试，测试芯片的亮度、电压、反向电压。
进一步地，步骤五中，退火时间为0.5～20min。
进一步地，步骤五和步骤七中，保护气体为氮气或氦气。
进一步地，步骤一中，生长压力为40～50torr。
进一步地，步骤一中，生长压力为42torr。
进一步地，步骤一中，在进行AlAs生长时，TMAl中增加50PPM的氧元素。
与现有技术相比，本发明技术方案具有以下技术效果：
1.本发明方法解决了金属与半导体接触问题，现有方法AlAs物质氧化时，表面容易形成Al2O3保护层，导致氧化速度变慢，且各个方向氧化不均匀，本发明方法在TMAl中加入少量的氧元素能有效的解决此问题，使得产品氧化均匀性提高，同时AlAs氧化后变成Al2O3，折射率由3.09降低到1.77，增加ΔN，提高了器件性能，使得器件亮度得到提升，亮度增加20％-30％。
2.本发明方法在二极管制作过程中设置有退火步骤，金属退火后，增加了半导体与金属的融合，降低了串联电阻，从而提升了产品性能，避免了半导体和金属容易接触不良，导致电压升高的问题。同时，进行退火处理后，可以形成合金，隧穿结，降低串联电阻。
3.现有二极管制作方法需要较多的循环次数，在达到同样产品性能时，产品需要生长较多层AlGaAs/AlAs层循环，ΔN的折射率差偏小，本发明方法降低了外延材料成本和生长时间成本，工艺时间减少30分钟以上。
4.本发明方法量子阱采用停顿式生长，增加了成核时间，提高了产品性能；同时，Be金属扩散，降低串联电阻，提升了产品性能。
附图说明
图1为本发明方法实施例中步骤一生长的外延结构示意图；
图2为本发明方法实施例中步骤二处理后的外延结构示意图；
图3为本发明方法实施例中步骤三处理后的外延结构示意图；
图4为本发明方法实施例中步骤四处理后的外延结构示意图；
图5为本发明方法实施例中步骤五处理后的外延结构示意图；
图6为本发明方法实施例中步骤六处理后的外延结构示意图；
图7为本发明方法实施例中步骤七处理后的外延结构示意图；
图8为本发明方法实施例中步骤八处理后的外延结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明的内容作进一步详细描述。
本发明提供一种氧化增光二极管制作方法，本发明方法在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的O(氧)元素，使得产品氧化均匀性提高，同时AlAs氧化后变成Al2O3，折射率由3.09降低到1.77，增加ΔN，提高了器件性能。
本发明提供的氧化增光二极管制作方法包括以下步骤：
步骤一、使用外延MOCVD设备在GaAs衬底上生长外延结构，结构生长组分从下至上顺序进行生长，生长温度为550～700℃，生长压力为40～50torr，优选压力为42torr，在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的O(氧)元素；
步骤二、制作正面金属电极；
步骤三、制作背面金属；
步骤四、图形制作，制作正面接触电极图形；
步骤五、在350～450℃、保护气体环境下进行退火，退火时间为0.5～20min，促使金属半导体融合减少串联电阻，保护气体为氮气或氦气；
步骤六、进行切割，准备AlAs氧化，切割深度5um～50um，该步骤的目的是切透外延层，为氧化做准备；
步骤七、进行AlAs氧化，氧化气体条件：在保护气体环境下(氮气环境下或氦气环境下)增加水蒸气，混气出口温度90～100℃，氧化温度为350～450度，时间为5～50分钟；
步骤八、进行芯片测试，测试芯片的亮度、电压、反向电压。
基于上述步骤，本发明方法具有如下特点：
本发明方法使得ΔN的折射率差增加，反射效率增大，衬底吸收光减小，器件亮度得到提升，亮度增加20％-30％。
本发明方法在TMAl中加入少量的氧元素，AlAs物质氧化时，使氧化的均匀性提高，同时AlAs氧化后变成Al2O3，折射率由3.09降低到1.77，增加ΔN，提高了器件性能，使得器件亮度得到提升。
本发明方法在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的O(氧)元素，使得产品氧化均匀性提高；金属退火后，可以形成合金，隧穿结，降低串联电阻，增加半导体与金属的融合，提升产品性能。
本发明方法量子阱采用停顿式生长，增加成核时间，提高产品性能，同时，本发明方法工艺时间减少30分钟以上。
下面通过具体的结构对本发明方法进行描述，通过本发明方法处理后的结构如下各表所示；
步骤一、如图1所示，使用外延MOCVD设备在GaAs衬底上生长外延结构，结构生长组分从下至上顺序进行生长后，在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的O(氧)元素，生长后的结构如下表：
Figure BDA0002831076340000041
Figure BDA0002831076340000051
步骤二、如图2所示，在步骤一结构的基础上制作正面金属电极；
Figure BDA0002831076340000052
Figure BDA0002831076340000061
步骤三、如图3所示，在步骤二结构的基础上制作背面金属；
Figure BDA0002831076340000062
步骤四、如图4所示，在步骤三结构基础上制作正面接触电极图形
Figure BDA0002831076340000063
Figure BDA0002831076340000071
步骤五，如图5所示，在350～450℃、保护气体环境下进行退火，退火时间为0.5～20min，促使金属半导体融合减少串联电阻；
Figure BDA0002831076340000072
Figure BDA0002831076340000081
步骤六，如图6所示，进行切割，切割深度5um～50um；
Figure BDA0002831076340000082
Figure BDA0002831076340000091
步骤七、如图7所示，进行AlAs氧化，氧化气体条件：在氮气环境下增加水蒸气，混气出口温度90～100℃，氧化温度为350～450度，时间为5～50分钟；
Figure BDA0002831076340000092
Figure BDA0002831076340000101
步骤八，如图8所示，进行芯片测试，测试芯片的亮度、电压、反向电压；
Figure BDA0002831076340000102

Claims (5)

1.一种氧化增光二极管制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、在GaAs衬底上生长外延结构，结构生长组分从下至上顺序生长，包括由下至上顺序生长的GaAs衬底、GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs布拉格反射层、Al(X)In(1-X)P的N型半导体层、(Al(X)Ga(1-X))YIn(1-Y)P电子阻挡层、(Al(X)Ga(1-X))YIn(1-Y)P/(Al(X)Ga(1-X))YIn(1-Y)P量子阱/量子垒、(Al(X)Ga(1-X))YIn(1-Y)P空穴阻挡层、Al(X)In(1-X)P的P型半导体层、(Al(X)Ga(1-X))YIn(1-Y)P过渡层、GaP电流扩展层、GaP金属接触层；生长温度为550～700℃，生长压力为40～50torr，在进行AlAs生长时，TMAl中增加40～100PPM的氧元素；
步骤二、制作正面金属电极；
步骤三、制作背面金属；
步骤四、图形制作，制作正面接触电极图形；
步骤五、在350～450℃、保护气体环境下进行退火，促使金属半导体融合减少串联电阻；
步骤六、进行切割，切割深度为5um～50um；
步骤七、进行AlAs氧化，氧化气体条件：在保护气体环境下增加水蒸气，混气出口温度为90～100℃，氧化温度为350～450度，时间为5～50分钟；
步骤八、进行芯片测试，测试芯片的亮度、电压、反向电压。
2.根据权利要求1所述的氧化增光二极管制作方法，其特征在于：步骤五中，退火时间为0.5～20min。
3.根据权利要求2所述的氧化增光二极管制作方法，其特征在于：步骤五和步骤七中，保护气体为氮气或氦气。
4.根据权利要求1或2或3所述的氧化增光二极管制作方法，其特征在于：步骤一中，生长压力为42torr。
5.根据权利要求4所述的氧化增光二极管制作方法，其特征在于：步骤一中，在进行AlAs生长时，TMAl中增加50PPM的氧元素。
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