CN117497654B - 一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片及其制作方法，该Ag反射镜红光芯片自下而上依次包括P电极、转移基板、第二键合金属层、第一键合金属层、第二阻挡金属层、Ag反射镜、第一阻挡金属层、欧姆接触金属层、介质膜层、GaP接触图形、有源层、GaAs欧姆接触层、N电极、钝化层；所述欧姆接触金属层镶嵌在所述介质膜层内，并通过第一阻挡金属层与所述Ag反射镜隔离。本发明通过将介质膜层与Ag反射镜工艺相结合，可大幅提升反射效果；将欧姆接触金属层用介质膜层包覆，同时结合阻挡金属层，可与Ag反射镜完全隔离，可进一步确保Ag反射镜的反射效果，大幅度提高LED芯片出光效率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片及其制作方法。
背景技术
现有的AlGaInP LED中一般使用Au反射镜工艺来提高红光LED亮度，通常采用的方式是在介质膜上开出接触孔，整体镀Au反射层，这种方式虽然可以兼顾反射率与欧姆接触，但是在接触孔位置，因为膜层是不平整的，所以会形成键合层的空洞，进而影响芯片的键合良率与可靠性。也有人使用ITO或其他透明导电层代替介质膜，这样的好处是利用ITO欧姆接触的特性，形成一层完整的导电层，规避开孔导致的空洞。但是由于ITO的折射率较高，在一定程度上降低了反射效果，虽然使用Ag作为反射金属可以在一定程度上提升反射率，但是Ag作为比较活泼的金属，容易与ITO或者下层键合金属进行互扩散，从而影响反射效果。另外，在使用Ag反射镜的情况下，继续使用Au来做欧姆接触，无论是制作接触点还是整面金属，均难以阻止金属的互扩散，从而引起反射效果的退化。
因此，开发一种既能提升反射效果提高出光效率又能保证芯片可靠性的技术显得很有必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片及其制作方法，通过采用介质膜层+Ag反射镜工艺，大幅度提升反射效果，提高出光效率；在欧姆接触金属与Ag反射镜之间采用阻隔层进行隔离，并利用CMP（化学机械抛光）技术，使欧姆接触金属的侧面被介质膜层全部包裹，完全隔离Ag反射镜面与欧姆接触金属之间的接触，可靠性好。
本发明的第一目的是提供一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，包括以下步骤：
在GaAs基板上生长AlGaInP LED的外延结构，形成外延片；
在所述外延片上制作出GaP接触图形；
在制作完GaP接触图形的外延片上沉积介质膜层，并利用光刻掩膜做出接触孔图形，使用化学腐蚀方法制作出接触孔；
在接触孔内使用电子束蒸镀或磁控溅射技术，依次沉积欧姆接触金属层和第一阻挡金属层；
利用CMP技术，将介质膜层与第一阻挡金属层减薄至指定厚度；
在CMP后的外延片上，依次溅射Ag反射镜层和第二阻挡金属层；
在制作好Ag反射镜的外延片和一转移基板分别沉积第一键合金属层和第二键合金属层，然后使用金属键合技术，将外延片与转移基板金属面对金属面贴合在一起，进行键合；
进行芯片前段工艺，制作台面、GaAs欧姆接触图形、N电极、钝化层以及P电极；
进行芯片后段工艺，进行减薄、切割、劈裂、测试工艺，形成AlGaInP LED芯片。
本发明将介质膜层与Ag反射镜工艺相结合可大幅提升反射效果，将欧姆接触金属层在与GaP材料形成良好欧姆接触的情况下被介质膜层包覆，同时又与Ag反射镜完全隔离，可进一步确保Ag反射镜的效果，大幅度提高LED芯片出光效率，另外，通过巧妙使用CMP工艺，使得键合面为平面，可大大提高键合良率，芯片的可靠性好。
进一步的，上述技术方案中，所述外延片依次包括GaAs基板、GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层、GaInP保护层、AlGaInP电流扩展层、第一AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构（MQW）、第二AlGaInP波导层、第二AlInP限制层、过渡层、GaP窗口层；其中，GaAs欧姆接触层至GaP窗口层的外延层，统称为有源层。
进一步的，上述技术方案中，所述GaP接触图形的深度大于0.5μm但小于1μm，角度为65°-75°，并在远离GaAs基板的一侧形成凸起。本技术方案中通过对GaP面进行图形化设计，不仅可为后续欧姆接触提供特定区域，同时通过设置成斜面，可强迫电流扩展并且增大了反射面，有利于光的反射，提高出光效率。
进一步的，上述技术方案中，所述介质膜层的材料为SiO2或MgF2；厚度为0.5μm-1μm。本技术方案中所选介质膜层材料为低折射率材料，可降低反射损失。
进一步的，上述技术方案中，所述接触孔设置在所述GaP接触图形的凸起部位上，并截止于GaP材料。
进一步的，上述技术方案中，所述欧姆接触金属层的材料为Au、AuZn、AuBe中的任一种，厚度为150nm±10nm，进一步的，材料优选为AuZn；所述第一阻挡金属层的材料为TW合金、Mo、W、Pt中的任一种，厚度为300nm±10nm，进一步的，材料优选为TW合金。
进一步的，上述技术方案中，抛光后的厚度依照发光波长3/4光学厚度结合实际介质膜折射率进行设计，为3/4光学厚度奇数倍，且大于欧姆接触金属层的厚度，低于欧姆接触金属层和第一阻挡金属层的总厚度。本技术方案中通过控制抛光厚度，可以确保芯片介质膜层表面整体平整，同时又保证欧姆接触金属层被全面包裹，不会与后续Ag反射镜有接触，避免影响其反射效果。
进一步的，上述技术方案中，所述第二阻挡金属层的材料为TW合金、Mo、W、Pt中的任一种；所述第一键合金属层和第二键合金属层的材料均依次为Ti-Pt-Au，且Ti层的厚度为50nm±10nm，Pt层的厚度为100nm±10nm，Au层的厚度大于1μm。
进一步的，上述技术方案中，所述转移基板为Si片。具体地，转移基板还可以是其它导电基板。
本发明的第二目的是还提供一种由上述制作方法制作的镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片，所述Ag反射镜红光芯片自下而上依次包括P电极、转移基板、第二键合金属层、第一键合金属层、第二阻挡金属层、Ag反射镜、第一阻挡金属层、欧姆接触金属层、介质膜层、GaP接触图形、有源层、GaAs欧姆接触层、N电极、钝化层；所述欧姆接触金属层镶嵌在所述介质膜层内，并通过第一阻挡金属层与所述Ag反射镜隔离。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
本发明通过将介质膜层与Ag反射镜工艺相结合，可大幅提升反射效果；将欧姆接触金属层在与GaP材料形成良好欧姆接触的情况下用介质膜层包覆，同时结合阻挡金属层，可与Ag反射镜完全隔离，可进一步确保Ag反射镜的反射效果，大幅度提高LED芯片出光效率。
本发明通过巧妙使用CMP工艺，并控制抛光减薄厚度，在确保键合面为平面的情况下，欧姆接触金属层被完全包裹，可大大提高键合良率和芯片的可靠性。
附图说明
图1为本发明镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片制作完键合金属层后的结构示意图；
图2为本发明镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的截面结构示意图。
示意图中标号说明：
1、GaAs基板；2、有源层；3、GaP接触图形；4、介质膜层；5、接触孔；6、欧姆接触金属层；7、第一阻挡金属层；8、Ag反射镜；9、第二阻挡金属层；10、第一键合金属层；11、第二键合金属层；12、转移基板；13、P电极；14、N电极；15、GaAs欧姆接触层；16、钝化层。
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。
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。
本发明的实施例中提供一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，包括以下具体步骤：
1、在GaAs基板1上生长AlGaInP LED的外延结构，形成外延片；
具体地，在GaAs基板上，使用MOCVD（金属有机化学气相沉积）技术，依次外延生长GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层15、GaInP保护层、AlGaInP电流扩展层、第一AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构、第二AlGaInP波导层、第二AlInP限制层、过渡层、GaP窗口层。其中，AlGaInP电流扩展层的厚度为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；GaP窗口层的厚度为1μm -3μm，其最表层约0.5μm为重掺杂层，用来实现欧姆接触。为了描述方便，将GaAs欧姆接触层至GaP窗口层的外延层，统称为有源层2。
2、在所述外延片上制作出GaP接触图形3；
具体地，使用ICP蚀刻出GaP接触图形，图形深度大于0.5μm但小于1μm，角度为65°-75°，并在远离GaAs基板的一侧形成凸起。其主要目的是在特定区域内形成欧姆接触的位置，并且制成斜面可强迫电流扩展并增大发射面，有利于光的反射，提高出光效率。
3、在制作完GaP接触图形的外延片上沉积介质膜层4，并利用光刻掩膜做出接触孔图形，使用化学腐蚀方法制作出接触孔5；
具体地，使用光刻技术，在介质膜层上形成接触孔，接触孔的位置在形成的GaP接触图形的凸起部分上，然后使用干法或湿法蚀刻技术，将接触孔位置上的介质膜层蚀刻掉，去除介质膜层后接触孔内露出GaP窗口层材料。
4、在接触孔内使用电子束蒸镀或磁控溅射技术，依次沉积欧姆接触金属层和第一阻挡金属层；
具体地，使用磁控溅射或电子束蒸镀等方式，在接触孔内一次沉积欧姆接触金属层6和第一阻挡层金属层7。其中，欧姆接触金属层的材料可以是Au、AuZn、AuBe等可以与GaP窗口层材料形成欧姆接触的材料，本实施例中具体使用AuZn合金；第一阻挡金属层的材料可以是TW合金、Mo、W、Pt等金属，本实施例具体优先使用TW合金。同时，欧姆接触层金属的厚度为150nm±10nm，第一阻挡金属层的厚度为300nm±10nm。
5、利用CMP技术，将介质膜层与第一阻挡金属层减薄至指定厚度；
具体地，使用CMP技术，对制作完欧姆接触金属和第一阻挡层金属层的外延片进行化学机械抛光。其中，抛光后的厚度依照发光波长3/4光学厚度结合实际介质膜折射率进行设计，为3/4光学厚度奇数倍，且大于欧姆接触金属层的厚度，低于欧姆接触金属层和第一阻挡金属层的总厚度。也就是，抛光的厚度依照发光波长1/4光学厚度结合实际介质膜折射率来设计，一般为1/4光学厚度奇数倍，例如发光波长620nm，SiO2在620nm处的折射率为1.41，则CMP控制的实际物理厚度d=620nm×（3/4）/1.41≈330nm；同时要求CMP后的厚度，低于欧姆接触金属层+第一阻挡层金属层的总体厚度，且不低于欧姆接触层的厚度，这样是为了保证达到表面整体是平面并且全面包裹欧姆接触层金属的目的。
6、在CMP后的外延片上，依次溅射Ag反射镜8和第二阻挡金属层9；
具体地，在CMP后的外延片上，先形成一层Ag反射镜，再在Ag反射镜上再制作一层第二阻挡金属层，可以使用电子束蒸镀或者磁控溅射等方式制作，同样第二阻挡层金属可以是TW合金、Mo、W、Pt等金属，本实施例中优先使用TW合金。
7、在制作好Ag反射镜的外延片和一转移基板12分别沉积第一键合金属层10和第二键合金属层11，然后使用金属键合技术，将外延片与转移基板金属面对金属面贴合在一起，进行键合；
具体地，第一键合金属层和第二键合金属层的材料均依次为Ti-Pt-Au，可以使用电子束蒸镀或磁控溅射方式制作，其中Ti层的厚度为50nm±10nm，Pt层的厚度为100nm±10nm，Au层的厚度大于1μm，其中制作完键合金属层后的结构示意图如图1所示；转移基板可以是Si片等导电基板，本实施例优先选择Si片；
将镀好键合金属层的外延片与转移基板，金属面对金属面贴合在一起，其中，键合温度为320℃±10℃，压力为9000kg-12000kg，持续时间30min；使用NH4OH、H2O2、H2O体积比为1:5:5的混合溶液进行衬底去除，反应直到GaInP腐蚀截止层截止，然后使用盐酸漂洗去除GaInP腐蚀截止层，截止层去除后，露出GaAs欧姆接触层。至此，有源层转移至转移基板上。
8、进行芯片前段工艺，制作台面、GaAs欧姆接触图形、N电极14、钝化层16以及P电极13；
具体地，先制作台面，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（电感耦合等离子体）蚀刻出台面，蚀刻气体为Cl2/BCl3，一直将有源层蚀刻完，露出GaP窗口层；
然后进行GaAs接触图形制作，使用光刻掩膜蚀刻技术，将表面的GaAs欧姆接触层腐蚀出特定的形状，用H3PO4、H2O2、H2O体积比为1:1:3的混合溶液腐蚀，GaAs欧姆接触层图形的排列，并与接触孔的排列具有对应关系，这样可以保证电流均匀扩散至整个芯片表面，而不会集中在某个局部区域，可靠性好；
再制作N电极，使用负胶剥离，结合电子束蒸发技术，制作N电极，其中，N电极的材料包括Au/AuGeNi或AuGe，最表层为Au，总厚度为3μm±0.5μm；在N电极制作完成后，进行合金，其中，合金温度为320℃-350℃，时间为5min-10min；
再制作钝化层，使用PECVD（等离子体增强化学的气相沉积法）技术沉积SiO2或氮化硅，光学厚度选择为出1/4光波长的奇数倍，然后利用光刻掩膜技术制作出接触孔图形，利用光刻胶作为掩膜，ICP蚀刻出电极接触孔，一直蚀刻到N电极，其中，蚀刻气体为CF4/BCl3；
最后，制作P电极，先对转移基板进行减薄、抛光，抛光后的最终厚度为80μm-100μm，然后沉积P电极，其中，P电极的材料为Ti-Au，Ti厚度为50nm±10nm，Au厚度为100nm±10nm。
9、进行芯片后段工艺，进行减薄、切割、劈裂、测试等工艺，形成AlGaInP LED芯片。
本发明的另一实施例还提供一种由上述制作方法制作的镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片，其截面结构示意图如图2所示，所述Ag反射镜红光芯片自下而上依次包括P电极13、转移基板12、第二键合金属层11、第一键合金属层10、第二阻挡金属层9、Ag反射镜8、第一阻挡金属层7、欧姆接触金属层6、介质膜层4、GaP接触图形3、有源层2、GaAs欧姆接触层15、N电极14、钝化层16；所述欧姆接触金属层镶嵌在所述介质膜层内，并通过第一阻挡金属层与所述Ag反射镜隔离。
综上所述，本发明通过将介质膜层与Ag反射镜工艺相结合，可大幅提升反射效果；将欧姆接触金属层用介质膜层包覆，同时结合阻挡金属层，可与Ag反射镜完全隔离，可进一步确保Ag反射镜的反射效果，大幅度提高LED芯片出光效率和可靠性。
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 (6)
1.一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
在GaAs基板上生长AlGaInP LED的外延结构，形成外延片；
在所述外延片上制作出GaP接触图形；所述GaP接触图形的深度大于0.5μm但小于1μm，角度为65°-75°，并在远离GaAs基板的一侧形成凸起；
在制作完GaP接触图形的外延片上沉积介质膜层，并利用光刻掩膜做出接触孔图形，使用化学腐蚀方法制作出接触孔；所述介质膜层的材料为SiO2或MgF2，厚度为0.5μm-1μm；所述接触孔设置在所述GaP接触图形的凸起部位上，并截止于GaP材料；
在接触孔内使用电子束蒸镀或磁控溅射技术，依次沉积欧姆接触金属层和第一阻挡金属层；
利用CMP技术，将介质膜层与第一阻挡金属层减薄至指定厚度；抛光后的厚度依照发光波长3/4光学厚度结合实际介质膜折射率进行设计，为3/4光学厚度奇数倍，且大于欧姆接触金属层的厚度，低于欧姆接触金属层和第一阻挡金属层的总厚度；
在CMP后的外延片上，依次溅射Ag反射镜和第二阻挡金属层；
在制作好Ag反射镜的外延片和一转移基板分别沉积第一键合金属层和第二键合金属层，然后使用金属键合技术，将外延片与转移基板金属面对金属面贴合在一起，进行键合；
进行芯片前段工艺，制作台面、GaAs欧姆接触图形、N电极、钝化层以及P电极；
进行芯片后段工艺，进行减薄、切割、劈裂、测试工艺，形成AlGaInP LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，其特征在于，所述外延片依次包括GaAs基板、GaAs缓冲层、GaInP 腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层、GaInP保护层、AlGaInP电流扩展层、第一AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构、第二AlGaInP波导层、第二AlInP限制层、过渡层、GaP窗口层；其中，GaAs欧姆接触层至GaP窗口层的外延层，统称为有源层。
3.根据权利要求1所述的一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，其特征在于，所述欧姆接触金属层的材料为Au、AuZn、AuBe中的任一种，厚度为150nm±10nm；所述第一阻挡金属层的材料为TW合金、Mo、W、Pt中的任一种，厚度为300nm±10nm。
4.根据权利要求1所述的一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，其特征在于，所述第二阻挡金属层的材料为TW合金、Mo、W、Pt中的任一种；所述第一键合金属层和第二键合金属层的材料均依次为Ti-Pt-Au，且Ti层的厚度为50nm±10nm，Pt层的厚度为100nm±10nm，Au层的厚度大于1μm。
5.根据权利要求1所述的一种镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片的制作方法，其特征在于，所述转移基板为Si片。
6.一种由权利要求1-5任一项所述的制作方法制作的镶嵌式接触的Ag反射镜红光芯片，其特征在于，所述Ag反射镜红光芯片自下而上依次包括P电极、转移基板、第二键合金属层、第一键合金属层、第二阻挡金属层、Ag反射镜、第一阻挡金属层、欧姆接触金属层、介质膜层、GaP接触图形、有源层、GaAs欧姆接触层、N电极、钝化层；所述欧姆接触金属层镶嵌在所述介质膜层内，并通过第一阻挡金属层与所述Ag反射镜隔离。
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