CN113192883A - 红外发光二极管及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种红外发光二极管及其制备方法，该红外发光二极管包括衬底、半导体堆叠层和透明导电层；衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；半导体堆叠层沿第一方向形成在第一表面，第一方向垂直于第一表面；透明导电层覆盖半导体堆叠层远离衬底的表面；衬底的侧壁为第一侧壁，第一侧壁的部分壁面或全部壁面为经过粗化处理的粗糙侧壁；粗糙侧壁的粗糙度大于半导体堆叠层和透明导电层的侧壁的粗糙度。本申请中对衬底的部分或全部侧壁进行粗化处理，半导体堆叠层和透明导电层的全部侧壁均未经过粗化处理，避免粗化处理中粗化液渗透至半导体堆叠层和透明导电层，进而避免半导体堆叠层和透明导电层出现侧蚀现象，以提高该红外发光二极管的良率。
Description
技术领域
本申请涉及半导体制造相关技术领域，尤其涉及一种红外发光二极管及其制备方法。
背景技术
由于红外发光二极管具有低功耗、尺寸小和稳定性高的特性，其在很多领域均有广泛的应用，因此，对红外发光二极管的亮度提出了更高要求。为了进一步提高红外发光二极管的亮度，需对红外发光二极管的侧壁进行粗化处理。
红外发光二极管的传统制备方法为采用正全切的方法将整个晶片切割成单个红外发光二极管，然后对红外发光二极管的侧壁粗化处理。在粗化处理中，由于相邻红外发光二极管之间存在切割道，根据虹吸原理粗化液会沿切割道渗透至透明导电层及半导体堆叠层，并使透明导电层和半导体堆叠层出现侧蚀现象，影响红外发光二极管的良率。
发明内容
本申请的目的是提供一种红外发光二极管，在其粗化过程中能够避免粗化液渗透至半导体堆叠层和透明导电层，并避免半导体堆叠层和透明导电层出现侧蚀现象，以提高该红外发光二极管的良率。
另一目的还在于提供一种红外发光二极管的制备方法。
第一方面，本申请实施例提供一种红外发光二极管，其包括：
衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；
半导体堆叠层沿第一方向形成在第一表面；第一方向垂直于第一表面；
透明导电层覆盖半导体堆叠层远离衬底的表面；
衬底的侧壁为第一侧壁，且第一侧壁的部分壁面或全部壁面为经过粗化处理的粗糙侧壁；粗糙侧壁的粗糙度大于半导体堆叠层和透明导电层的侧壁的粗糙度。
在一种可能的实施方案中，粗糙侧壁的高度H2为第一侧壁的高度H1的80％～100％。
在一种可能的实施方案中，粗糙侧壁的粗糙度等于或大于2μm。
在一种可能的实施方案中，半导体堆叠层和透明导电层的侧壁的粗糙度小于0.5μm。
在一种可能的实施方案中，第一侧壁的高度H1等于或大于195μm，且小于或等于220μm。
在一种可能的实施方案中，衬底的第二表面连接有第一电极，透明导电层远离半导体堆叠层的表面连接有第二电极。
在一种可能的实施方案中，衬底为半导体衬底，且该衬底为砷化镓衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、硅衬底或碳化硅衬底的一种。
第二方面，本申请实施例提供一种红外发光二极管的制备方法，其包括：
提供一衬底，衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；在衬底的第一表面上形成半导体堆叠层；
在半导体堆叠层远离衬底的表面形成透明导电层；
自衬底的第二表面沿第二方向切割并形成切割槽，切割槽的深度等于或小于衬底的高度；第二方向垂直于第二表面；
对切割槽的内表面进行粗化处理。
在一种可能的实施方案中，在对切割槽的内表面进行粗化处理之后，还包括：
在衬底的第二表面形成第一电极；
在透明导电层远离半导体堆叠层的表面形成第二电极。
在一种可能的实施方案中，在透明导电层远离半导体堆叠层的表面形成第二电极之后，还包括：
采用劈裂工艺自切割槽沿第二方向切割半导体堆叠层和透明导电层，并形成独立的芯粒。
与现有技术相比，本申请的有益效果至少如下：
1)本申请对衬底的部分或全部侧壁进行粗化处理，半导体堆叠层和透明导电层的全部侧壁均未经过粗化处理，避免粗化处理中粗化液渗透至半导体堆叠层和透明导电层，进而避免半导体堆叠层和透明导电层出现侧蚀现象，以提高该红外发光二极管的良率。
2)在红外发光二极管的制备过程中，首先自衬底的第二表面沿垂直于第二表面的方向切割并形成切割槽，该切割槽的深度等于或小于衬底的高度，然后对切割槽的内表面进行粗化处理。在对切割槽的内表面粗化处理中，由于切割槽未延伸至半导体堆叠层和透明导电层，则粗化液不会渗透至半导体堆叠层和透明导电层，保证半导体堆叠层和透明导电层不会出现侧蚀现象，提高该红外发光二极管的良率。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为根据本申请实施例示出的一种红外发光二极管的结构示意图；
图2为根据本申请实施例示出的一种红外发光二极管的结构示意图；
图3为根据本申请实施例示出的一种红外发光二极管的制备方法的流程示意图；
图4～图9为根据本申请实施例示出的一种红外发光二极管处于不同制备过程中的结构示意图。
图示说明：
10衬底；20半导体堆叠层；21第一类型半导体层；22有源层；23第二类型半导体层；30透明导电层；40第一侧壁；41粗糙侧壁；50第一电极；51第二电极；60切割槽。
具体实施方式
以下通过特定的具体实施例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或营业，本申请中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。
在本申请的描述中，需要说明的是，术语“内”和“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该申请产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，术语“第一”和“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
根据本申请的一个方面，提供了一种红外发光二极管。参见图1和图2，该红外发光二极管包括衬底10、半导体堆叠层20和透明导电层30。衬底10具有相对设置的第一表面和第二表面；半导体堆叠层20沿第一方向形成在第一表面，第一方向垂直于第一表面。透明导电层30覆盖半导体堆叠层20远离衬底10的表面。衬底10的侧壁为第一侧壁40，第一侧壁40的部分壁面或全部壁面为经过粗化处理的粗糙侧壁41。半导体堆叠层20和透明导电层30的全部侧壁均为未经过粗化处理的侧壁，粗糙侧壁41的粗糙度大于半导体堆叠层20和透明导电层30的侧壁的粗糙度。本实施例中，半导体堆叠层20和透明导电层30的侧壁的粗糙度均小于0.5μm。该红外发光二极管能够避免粗化液渗透至半导体堆叠层20和透明导电层30，进而避免半导体堆叠层20和透明导电层30出现侧蚀现象，提高该红外发光二极管的良率。
衬底10为半导体衬底，具体为砷化镓衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、硅衬底或碳化硅衬底的一种。在本实施例中，衬底10为砷化镓衬底，其化学稳定性好、硬度强、抗恶劣环境能力强，且在2～14um光谱范围有良好的透过率。衬底10的第二表面连接有第一电极50，透明导电层30远离半导体堆叠层20的表面连接有第二电极51，第一电极50和第二电极51的制备材料为Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种材料或者这些材料中至少两种材料所组成的合金。
在一种实施方式中，参见图1，半导体堆叠层20的厚度介于8～12μm。该半导体堆叠层20至少包括顺序排列的第一类型半导体层21、有源层22和第二类型半导体层23，第一类型半导体层21位于靠近第一表面的一侧。在本实施例中，第一类型半导体层21为N型半导体层，有源层22为多层量子阱层，第二类型半导体层23为P型半导体层。第一类型半导体层21、有源层22和第二类型半导体层23仅是半导体堆叠层20的基本构成单元，在此基础上，半导体堆叠层20还可以包括其他对红外发光二极管的性能具有优化作用的功能结构层。
在一种实施方式中，参见图1和图2，粗糙侧壁41覆盖衬底10的部分侧壁或全部侧壁。粗糙侧壁41的高度H2为第一侧壁40的高度H1的80％～100％。在本实施例中，第一侧壁40的高度H1等于或大于195μm，且小于或等于220μm。
粗糙侧壁41的粗糙度等于或大于2μm，该粗糙度取决于粗糙侧壁41粗化过程中所使用粗化液的浓度和粗化时间。根据红外发光二极管的实际需求亮度，计算出粗糙侧壁41粗糙度的目标值，进而选择合适浓度的粗化液以及合适粗化时间对粗糙侧壁41粗化。
在一种实施方式中，透明导电层30位于第二类型半导体层23和第二电极51之间，主要起到欧姆接触与横向电流扩展作用。透明导电层30的厚度介于2～3μm。透明导电层30的材料可选择为具有透明性质的导电材料，具体包括金、镍等薄金属或选自锌、铟、锡等金属的氧化物，其可采用电子束蒸镀或离子束溅射等技术形成于第二类型半导体层23上。在本实施例中，透明导电层30的材料为氧化铟锡。
根据本申请的一个方面，提供了一种红外发光二极管的制备方法。参见图3，该制备方法包括以下步骤：
S1、参见图4，提供一衬底10，衬底10具有相对设置的第一表面和第二表面。衬底10的厚度等于或大于195μm，且小于或等于220μm。衬底10为半导体衬底，具体为砷化镓衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、硅衬底或碳化硅衬底的一种。在本实施例中，衬底10为砷化镓衬底，其化学稳定性好、硬度强、抗恶劣环境能力强，且在2～14um光谱范围有良好的透过率。
采用化学气相沉积的方法在衬底10的第一表面上形成半导体堆叠层20。半导体堆叠层20的厚度介于8～12μm。该半导体堆叠层20至少包括顺序排列的第一类型半导体层21、有源层22和第二类型半导体层23，第一类型半导体层21位于靠近第一表面的一侧。在本实施例中，第一类型半导体层21为N型半导体层，有源层22为多层量子阱层，第二类型半导体层23为P型半导体层。第一类型半导体层21、有源层22和第二类型半导体层23仅是半导体堆叠层20的基本构成单元，在此基础上，半导体堆叠层20还可以包括其他对红外发光二极管的性能具有优化作用的功能结构层。
S2、参见图5，在半导体堆叠层20远离衬底10的表面形成透明导电层30。透明导电层30的厚度介于2～3μm。透明导电层30的材料一般选择具有透明性质的导电材料，具体包括金、镍等薄金属或选自锌、铟、锡等金属的氧化物，在本实施例中，透明导电层30的材料为氧化铟锡。透明导电层30可采用电子束蒸镀或离子束溅射等技术形成于半导体堆叠层20中的第二类型半导体层23上，其主要起到欧姆接触与横向电流扩展作用。
S3、参见图6，自衬底10的第二表面沿第二方向切割并形成切割槽60，切割槽60的深度等于或小于衬底10的高度；第二方向垂直于第二表面。切割槽60自衬底10的第二表面延伸至衬底10的内部。或者，切割槽60自衬底10的第二表面延伸至衬底10的第一表面。
S4、参见图7，对切割槽60的内表面进行粗化处理。根据红外发光二极管的实际需求亮度，计算出切割槽60内表面的粗糙度的目标值，进而选择合适浓度的粗化液以及合适粗化时间对切割槽60内表面进行粗化。切割槽60内表面的粗糙度等于或大于2μm，该粗糙度取决于粗化过程中所使用粗化液的浓度和粗化时间。
在对切割槽60的内表面粗化处理过程中，由于切割道60并未延伸至半导体堆叠层20和透明导电层30，能够避免粗化液渗透至半导体堆叠层20和透明导电层30，进而避免半导体堆叠层20和透明导电层30出现侧蚀现象。
S5、参见图8，在衬底10的第二表面形成第一电极50，在透明导电层30远离半导体堆叠层20的表面形成第二电极51。第一电极50和第二电极51的制备材料为Al、Ni、Ti、Pt、Au中的一种材料或者这些材料中至少两种材料所组成的合金，其可采用诸如电子束蒸镀或者离子束溅射等技术形成。
S6、参见图9，采用劈裂工艺自切割槽60沿第二方向切割半导体堆叠层20和透明导电层30，并形成独立的芯粒。最后得到的芯粒即为红外发光二极管，半导体堆叠层20和透明导电层30的侧壁的粗糙度小于0.5μm。
需要说明的是，步骤S5和步骤S6的先后顺序可以互换，先执行步骤S6以形成独立的芯粒，然后执行步骤S5以在每个独立芯粒中形成第一电极50和第二电极51，也可得到上述红外发光二极管。
由以上的技术方案可知，本申请中对衬底10的部分或全部侧壁进行粗化处理，半导体堆叠层20和透明导电层30的全部侧壁均未经过粗化处理，避免粗化处理中粗化液渗透至半导体堆叠层20和透明导电层30，进而避免半导体堆叠层20和透明导电层30出现侧蚀现象，以提高该红外发光二极管的良率。
进一步地，在红外发光二极管的制备过程中，首先自衬底10的第二表面沿垂直于第二表面的方向切割并形成切割槽60，该切割槽60的深度等于或小于衬底10的高度，然后对切割槽60的内表面进行粗化处理。在对切割槽60的内表面粗化处理中，由于切割槽60未延伸至半导体堆叠层20和透明导电层30，则粗化液不会渗透至半导体堆叠层20和透明导电层30，保证半导体堆叠层20和透明导电层30不会出现侧蚀现象，提高该红外发光二极管的良率。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本申请的保护范围。
Claims (10)
1.一种红外发光二极管，其特征在于，包括：
衬底，具有相对设置的第一表面和第二表面；
半导体堆叠层沿第一方向形成在所述第一表面；所述第一方向垂直于所述第一表面；
透明导电层覆盖所述半导体堆叠层远离衬底的表面；
所述衬底的侧壁为第一侧壁，所述第一侧壁的部分壁面或全部壁面为经过粗化处理的粗糙侧壁；所述粗糙侧壁的粗糙度大于所述半导体堆叠层和透明导电层的侧壁的粗糙度。
2.根据权利要求1所述的红外发光二极管，其特征在于，所述粗糙侧壁的高度H2为所述第一侧壁的高度H1的80％～100％。
3.根据权利要求1所述的红外发光二极管，其特征在于，所述粗糙侧壁的粗糙度等于或大于2μm。
4.根据权利要求1所述的红外发光二极管，其特征在于，所述半导体堆叠层和透明导电层的侧壁的粗糙度小于0.5μm。
5.根据权利要求1所述的红外发光二极管，其特征在于，所述第一侧壁的高度H1等于或大于195μm，且小于或等于220μm。
6.根据权利要求1所述的红外发光二极管，其特征在于，所述衬底的第二表面连接有第一电极，所述透明导电层远离所述半导体堆叠层的表面连接有第二电极。
7.根据权利要求1所述的红外发光二极管，其特征在于，所述衬底为半导体衬底，所述衬底为砷化镓衬底、氮化镓衬底、氧化镓衬底、硅衬底或碳化硅衬底的一种。
8.一种红外发光二极管的制备方法，其特征在于，包括：
提供一衬底，所述衬底具有相对设置的第一表面和第二表面；在所述衬底的第一表面上形成半导体堆叠层；
在所述半导体堆叠层远离衬底的表面形成透明导电层；
自所述衬底的第二表面沿第二方向切割并形成切割槽，所述切割槽的深度等于或小于所述衬底的高度；所述第二方向垂直于所述第二表面；
对所述切割槽的内表面进行粗化处理。
9.根据权利要求8所述的红外发光二极管的制备方法，其特征在于，在所述对所述切割槽的内表面进行粗化处理之后，还包括：
在所述衬底的第二表面形成第一电极；
在所述透明导电层远离所述半导体堆叠层的表面形成第二电极。
10.根据权利要求9所述的红外发光二极管，其特征在于，在所述透明导电层远离所述半导体堆叠层的表面形成第二电极之后，还包括：
采用劈裂工艺自所述切割槽沿所述第二方向切割所述半导体堆叠层和透明导电层，并形成独立的芯粒。
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