CN115207182B - 具有P面薄膜导电层的红光mini LED及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明具体涉及一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED及其制备方法，该LED包括蓝宝石基板、SiO2键合层、ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层、P型欧姆接触点、P型预留电极接触点、外延层、N电极、钝化层和焊盘电极；ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层位于SiO2键合层和外延层之间，并连接P型欧姆接触点；P型欧姆接触点均匀分布在外延层的P型GaP层表面；P型预留电极接触点位于P型GaP层表面的一侧。本发明在P型GaP表面制作均匀分布的P型欧姆接触点，用薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点，形成整面的P电极，使得电流分布非常平均，降低GaP材料厚度的同时，提升电流扩展能力，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED及其制备方法。
背景技术
AlGaInP mini LED作为一种红光mini LED，其主流制造流程是台面器件结构，这种结构需要在器件上首先蚀刻出台面形状，以便露出底层的GaP材料，来制作P电极。这样制作一是需要牺牲较大面积的发光层材料，二是P电极只能制作在一侧，使得电流扩展的距离很长。另外为了达到符合要求的电流扩展效果，GaP材料必须要生长的非常厚，相比常规LED仅需2μm GaP结构，通常mini LED需要生产10μm的GaP，厚度达5倍以上，极大的增加制造难度与生产成本。因此，急需解决AlGaInP mini LED电流扩展效果差以及成本高的问题。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED及其制备方法，本发明通过在整个芯片的P型GaP表面制作出均匀分布的P型欧姆接触点，同时使用ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点，形成整面的P电极，从而使电流分布非常平均，可降低GaP材料厚度的同时，提升电流扩展能力，提高芯片的发光效率。
本发明的第一个目的是提供一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED，包括蓝宝石基板、SiO2键合层、ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层、P型欧姆接触点、P型预留电极接触点、外延层、N电极、钝化层和焊盘电极；
所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层位于SiO2键合层和外延层之间，并连接所述P型欧姆接触点；
所述P型欧姆接触点均匀分布在外延层的P型GaP层表面；
所述P型预留电极接触点位于所述P型GaP层表面的一侧。
本发明通过在整个芯片的P型GaP表面制作出均匀分布的P型欧姆接触点，同时使用ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点，将GaP层、P型欧姆接触点与ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接起来，形成整面的P电极，电流分布更加均匀，出光效率高；在P面预留P型预留电极接触点，可方便ICP刻蚀导电孔到截止层，同时可作为焊线电极引出点；通过上述结构的配合，只需蚀刻出接触通孔就可以达到扩大台面尺寸的目的，无需根据电极面积来蚀刻台面，工艺得到简化。
进一步的，上述技术方案中，所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层包括底层ZnO层、中层Ag层和顶层ZnO层，其中，每层ZnO层的厚度为100nm-120nm，中层Ag层的厚度为13nm-15nm。本技术方案中，ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层主要兼顾透光性和导电性的作用。ZnO层的厚度主要由导电性与折射率共同确定，而发明人经过大量实际验证，发现在Ag层厚度为13nm-15nm时，该ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层的厚度组合，对可见光尤其是红光透过率最佳。
进一步的，上述技术方案中，所述P型欧姆接触点的直径为2μm-3μm。本技术方案中通过控制P型欧姆接触点的直径，使得每个P型欧姆接触点的面积很小，对于出光效率的影响可以忽略不计。
进一步的，上述技术方案中，所述P型预留电极接触点的直径为24μm-30μm。本技术方案中对P型预留电极接触点的直径尺寸进行控制，主要是为了匹配光刻工艺。
进一步的，上述技术方案中，所述P型GaP层厚度为1.5μm-2μm。本技术方案中，通过在整个芯片的P型GaP表面制作出均匀分布的P型欧姆接触点，同时使用ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点后，电流分布非常平均，只需沉积较薄的GaP材料就可实现良好的电流扩展，可降低制造难度和生产成本。
本发明的第二个目的是提供一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED的制备方法，包括以下具体步骤：
S1、使用MOCVD（金属有机物化学气相淀积）技术，在GaAs基板上生长AlGaInP miniLED的外延层，其中，表面一层是P型GaP层；
S2、使用光刻剥离技术，在P型GaP表面制作P型欧姆接触点和P型预留电极接触点；
S3、使用磁控溅射技术，在P型GaP表面制作ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层，并连接所有P型欧姆接触点，使用PECVD（等离子体增强化学气相沉积）技术在ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层表面沉积SiO2键合层；
S4、通过键合翻转，将外延层转移至蓝宝石基板上；
S5、在与P型预留电极接触点相对应的位置，使用化学溶液去除外延层的GaAs衬底，反应至GaInP 腐蚀截止层截止，然后使用盐酸漂洗去除GaInP 腐蚀截止层，露出GaAs欧姆接触层；
S6、使用ICP（电感耦合等离子体蚀刻）在GaAs欧姆接触层表面蚀刻接触通孔；
S7、使用光刻掩膜蚀刻技术，然后再使用负胶剥离，结合电子束蒸发技术，制作N电极；
S8、使用PECVD技术沉积一层SiO2作为钝化层；
S9、使用ICP蚀刻制作P/N接触孔；
S10、利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术，制作焊盘电极；
S11、将蓝宝石基板减薄、抛光，进行激光隐形切割、劈裂，完成芯粒制作。
进一步的，上述技术方案S2中，所述P型预留电极接触点与P型欧姆接触点同时制作，所用的材料包括Au、AuZn或AuBe，总体厚度为70nm-100nm，其中，AuZn或AuBe的含量不少于70%。
进一步的，上述技术方案S3中，底层ZnO层的溅射功率为100W-110W，中间Ag层的溅射功率为40W-60W，顶层ZnO层的溅射功率为50W-60W。
进一步的，上述技术方案S5中，所述化学溶液为NH4OH、H2O2、H2O体积比为1:5:5的混合溶液。
进一步的，上述技术方案S6中，所述接触通孔的蚀刻深度为5.5μm-6.5μm，与台面的角度为65°-70°。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
1、本发明通过在整个芯片的P型GaP表面制作出均匀分布的P型欧姆接触点，同时使用ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点，将GaP层、P型欧姆接触点与ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接起来，形成整面的P电极，电流分布更加均匀，出光效率高。
2、本发明通过控制P型欧姆接触点的直径，使得每个P型欧姆接触点的面积很小，不影响出光效率；在P面预留P型预留电极接触点，可方便ICP刻蚀导电孔到截止层，同时可作为焊线电极引出点。
3、本发明制备方法在蚀刻台面时，无需根据电极面积来蚀刻台面，而是仅仅蚀刻出接触通孔来达到扩大台面尺寸的目的，不仅可以简化制备工序，而且还可以增加发光面积，提高出光效率。
附图说明
图1为本发明S2制作完P型欧姆接触点和P型预留电极接触点的芯粒结构示意图；
图2为本发明S3溅射完ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层和SiO2键合层的芯粒结构示意图；
图3为本发明S4键合翻转后的芯粒结构示意图；
图4为本发明S6制作接触通孔后的芯粒结构示意图；
图5为本发明S7制作N电极后的芯粒结构示意图；
图6为本发明S9沉积钝化层后并蚀刻接触孔后的芯粒结构示意图；
图7为本发明S11制作完成的芯粒结构示意图。
示意图中标号说明：
1、蓝宝石基板；2、SiO2键合层；3、ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层；301、底层ZnO层；302、中间Ag层；303、顶层ZnO层；4、P型欧姆接触点；5、P型预留电极接触点；6、外延层；7、N电极；8、钝化层；9、焊盘电极；10、接触通孔；11、接触孔。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1至图7，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明的实施例中一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED，包括蓝宝石基板1、SiO2键合层2、ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层3、P型欧姆接触点4、P型预留电极接触点5、外延层6、N电极7、钝化层8、接触通孔10、接触孔11和焊盘电极9；
具体地，所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层3位于SiO2键合层2和外延层6之间，并连接所述P型欧姆接触点4；所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层3包括底层ZnO层301、中间Ag层302、顶层ZnO层303，所述底层ZnO层301连接所述P型欧姆接触点4和所述P型预留电极接触点5；
具体地，所述P型欧姆接触点4均匀分布在外延层的P型GaP层表面；P型GaP层为外延层6 P面的最外一层；通过控制P型欧姆接触点4的直径为2μm-3μm，使得每个单独的接触点面积很小，对于出光的影响可以忽略不计；
具体地，所述P型预留电极接触点5位于所述P型GaP层表面的一侧；
通过将ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层3、P型欧姆接触点4、P型预留电极接触点5与P型GaP层欧姆接触后形成整块的P电极，这样电流分布非常均匀，对GaP材料的厚度要求可以降低至1.5μm-2μm，无需沉积很厚也可实现良好的电流扩展。
具体地，所述接触通孔10贯穿外延层6，并与台面的角度为65°-70°，之后被钝化层8和焊盘电极9填充；所述接触孔11是连接焊盘电极9与P/N电极的通孔，并被焊盘电极9填充。
本发明的AlGaInP mini LED通过在整个芯片的P型GaP表面制作出均匀分布的P型欧姆接触点，同时使用ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点，将GaP层、P型欧姆接触点与ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接起来，形成整面的P电极，电流分布更加均匀，出光效率高；在P面预留P型预留电极接触点，可方便ICP刻蚀导电孔到截止层，同时可作为焊线电极引出点；通过上述结构的配合，只需蚀刻出接触通孔就可以达到扩大台面尺寸的目的，无需根据电极面积来蚀刻台面，工艺得到简化，成本降低。
本发明的另一实施例中提供一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED的制备方法，包括以下具体步骤：
S1、使用MOCVD技术，在GaAs基板上生长AlGaInP mini LED的外延层，其中，表面一层是P型GaP层；
具体地，在GaAs基板上，使用MOCVD技术，依次外延生长GaAs 缓冲层、GaInP 腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层、AlGaInP电流扩展层、AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构（MQW）、第二AlGaInP波导层、AlInP限制层、过渡层、P型GaP层。其中，AlGaInP电流扩展层厚度为3μm-3.5μm，第一AlGaInP波导层的厚度为100nm±5nm，第二AlGaInP波导层的厚度为90nm±5nm，P型GaP层的厚度为1.5μm-2μm。
S2、使用光刻剥离技术，在P型GaP表面制作P型欧姆接触点和P型预留电极接触点；
具体地，首先用光刻胶作出电极图形，然后使用电子束蒸发技术，将金属蒸发至wafer表面，再去除光刻胶，光刻胶上的金属随着光刻胶被移除，从而留下特定图形的金属作为P型欧姆接触点和P型预留电极接触点。此处，负胶剥离的好处是电极图形均匀一致。P型欧姆接触点和P型预留电极接触点的电极材料均包括Au、AuZn或AuBe，总体厚度为70nm-100nm，其中，P型欧姆接触点的直径为2μm-3μm，P型预留电极接触点的直径为24μm-30μm。其所制作完P型欧姆接触点和P型预留电极接触点的芯粒结构示意图如图1所示。
S3、使用磁控溅射技术，在P型GaP表面制作ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层，并连接所有P型欧姆接触点，使用PECVD技术在ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层表面沉积SiO2键合层；其所溅射完ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层和SiO2键合层的芯粒结构示意图如图2所示；
具体地，ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层依次为底层ZnO层、中间Ag层、顶层ZnO层，其中，底层ZnO层溅射功率为100W-110W，厚度为100nm-120nm，中间Ag层溅射功率为40W-60W，厚度为13nm-15nm，顶层ZnO层溅射功率为50W-60W，厚度为100nm-120nm。此处，溅射功率与厚度选择依据是：以在该条件下ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层对可见光透过率为最高原则。分别在顶层ZnO层和蓝宝石基板上沉积3μm的SiO2，其中，在沉积SiO2前，将顶层ZnO层上的SiO2键合层进行粗化处理，其中粗化溶液使用碘酸溶液，溶液包含碘酸、硫酸、氢氟酸、水，粗化深度为0.3μm-0.5μm。
S4、通过键合翻转，将外延层转移至蓝宝石基板上；
具体地，将外延层和蓝宝石基板上的SiO2进行抛光后，然后将两者进行翻转键合在一起，形成SiO2键合层，其键合翻转后的芯粒结构示意图如图3所示。
S5、在与P型预留电极接触点相对应的位置，使用化学溶液去除外延层的GaAs衬底，反应至GaInP 腐蚀截止层截止，然后使用盐酸漂洗去除GaInP 腐蚀截止层，露出GaAs欧姆接触层；
具体地，使用NH4OH、H2O2、H2O体积比为1:5:5的化学溶液进行GaAs衬底去除，反应直到GaInP 腐蚀截止层截止，而截止层去除使用盐酸进行漂洗，在截止层去除后，露出GaAs欧姆接触层。
S6、使用ICP在GaAs欧姆接触层表面蚀刻接触通孔10；
具体地，首先利用光刻掩膜技术制作出台面图形，利用光刻胶作为掩膜，ICP蚀刻出接触通孔，其中，台面的深度控制在5.5μm-6.5μm，蚀刻气体为Cl2/BCl3/HBr，台面角度控制在65°-70°，其制作接触通孔后的芯粒结构示意图如图4所示。
S7、使用光刻掩膜蚀刻技术，然后再使用负胶剥离，结合电子束蒸发技术，制作N电极；
具体地，首先使用光刻掩膜蚀刻技术，然后再使用负胶剥离，结合电子束蒸发技术，制作N电极。制作流程与S2中一致，电极包括Au/AuGeNi或AuGe，厚度为50nm-100nm，其制作N电极后的芯粒结构示意图如图5所示。
S8、使用PECVD技术沉积一层SiO2作为钝化层；
具体地，钝化层覆盖整个器件表面，厚度要求为2μm-5μm；使用PECVD技术沉积SiO2时，折射率控制在1.45-1.46之间，PECVD使用的反应气体为SiH4与N2O，流量比1:4，载气使用的是N2，占总体气流量的50%，射频功率为50W-60W，腔体压力90Pa-110Pa。
S9、使用ICP蚀刻制作P/N接触孔；
具体地，首先利用光刻掩膜技术制作出P/N接触孔图形，利用光刻胶作为掩膜，ICP蚀刻出接触孔11，一直蚀刻到P/N电极，其中，蚀刻气体为CF4/BCl3。其沉积钝化层后并蚀刻接触孔后的芯粒结构示意图如图6所示。
S10、利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术，制作焊盘电极；
具体地，焊盘电极的结构为Ti100nm/Al500nm，循环5次，Ni100nm，Au300nm，总厚度为3.5μm。
S11、将蓝宝石基板减薄、抛光，进行激光隐形切割、劈裂，完成芯粒制作。具体地，使用机械研磨机对蓝宝石基板进行减薄，然后进行CMP抛光（化学机械抛光），其中，减薄的厚度为80μm-100μm，该抛光过程与之前SiO2过程一致。其制作完成的芯粒结构示意图如图7所示。
综上所述，本发明通过在整个芯片的P型GaP表面制作均匀分布的P型欧姆接触点，同时使ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层连接所有的P型欧姆接触点和P型预留电极接触点，形成整面的P电极，从而使电流分布非常平均，在降低GaP材料厚度的同时，提升电流扩展能力，提高芯片的发光效率。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED，其特征在于，包括蓝宝石基板、SiO2键合层、ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层、P型欧姆接触点、P型预留电极接触点、外延层、N电极、钝化层和焊盘电极；
所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层位于SiO2键合层和外延层之间，并连接所述P型欧姆接触点；
所述P型欧姆接触点均匀分布在外延层的P型GaP层表面；
所述P型预留电极接触点位于所述P型GaP层表面的一侧；
所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层覆盖P型欧姆接触点和P型预留电极接触点，接触通孔穿过外延层至P型预留电极接触点，焊盘电极通过接触通孔连接至P型预留电极接触点；
所述ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层包括底层ZnO层、中层Ag层和顶层ZnO层，其中，每层ZnO层的厚度为100nm-120nm，中层Ag层的厚度为13nm-15nm；
所述P型欧姆接触点的直径为2μm-3μm；
所述P型GaP层厚度为1.5μm-2μm。
2.根据权利要求1所述的一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED，其特征在于，所述P型预留电极接触点的直径为24μm-30μm。
3.根据权利要求1-2任一项所述的一种具有P面薄膜导电层的红光mini LED的制备方法，其特征在于，包括以下具体步骤：
S1、使用MOCVD技术，在GaAs基板上生长AlGaInP mini LED的外延层，其中，最表面一层为P型GaP层；
S2、使用光刻剥离技术，在P型GaP表面制作P型欧姆接触点和P型预留电极接触点；
S3、使用磁控溅射技术，在P型GaP表面制作ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层，并连接所有P型欧姆接触点，使用PECVD技术在ZnO/Ag/ZnO薄膜导电层表面沉积SiO2键合层；
S4、通过键合翻转，将外延层转移至蓝宝石基板上；
S5、在与P型预留电极接触点相对应的位置，使用化学溶液去除外延层的GaAs衬底，反应至GaInP 腐蚀截止层截止，然后使用盐酸漂洗去除GaInP 腐蚀截止层，露出GaAs欧姆接触层；
S6、使用ICP在GaAs欧姆接触层表面蚀刻接触通孔；
S7、使用光刻掩膜蚀刻技术，然后再使用负胶剥离，结合电子束蒸发技术，制作N电极；
S8、使用PECVD技术沉积一层SiO2作为钝化层；
S9、使用ICP蚀刻制作P/N接触孔；
S10、利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术，制作焊盘电极；
S11、将蓝宝石基板减薄、抛光，进行激光隐形切割、劈裂，完成芯粒制作。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S2中，所述P型预留电极接触点与P型欧姆接触点同时制作，所用的材料为Au与AuZn或Au与AuBe的组合，总体厚度为70nm-100nm，其中，AuZn或AuBe的含量不少于70%。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S3中，底层ZnO层的溅射功率为100W-110W，中间Ag层的溅射功率为40W-60W，顶层ZnO层的溅射功率为50W-60W。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S5中，所述化学溶液为NH4OH、H2O2、H2O体积比为1:5:5的混合溶液。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，S6中，所述接触通孔的蚀刻深度为5.5μm-6.5μm，与台面的角度为65°-70°。
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