CN1249540A - 制造发光二极管的方法 - Google Patents
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Abstract
制造发光二极管的方法包括:在第一导电型GaAs基底上形成单层或多层AlxGayIn1－x－yP发光层、第二导电型AlxGayIn1－x－yP中间层,第二导电型的AlxGayIn1－x－yP电流扩散层;形成第一导电型的第一电极和第二导电型的第二电极以分别触接GaAs基底和电流扩散层;在所述电流扩散层和第二电极的暴露的表面形成保护膜;用切割形成沟槽以置入所述第二电极并到达GaAs基底;用溴类蚀刻剂将发光层、中间层和电流扩散层蚀刻约4μm或更多;去除所述保护膜。
Description
本发明涉及一种制造用于显示设备、传输设备等的发光二极管的方法。
近年来，发光二极管(LED)广泛用于光学通信、信息显示板等。在传统的将LED形成芯片的处理过程中，切割(dicing)是日常使用的。但是，在切割处理后，通常会在基底的切割表面残留有应力。如果不消除这种应力就将如此形成的芯片用树脂模制，在其工作期间就会由于这种应力使亮度减小。在极端情况下，简单地用树脂模制此芯片可能造成形成肉眼可见的黑道和裂纹。
为了避免此问题，通常采用以下的处理：在基底被切割后将切割的表面蚀刻掉数个微米，来去除芯片的应力部分，然后用树脂来模制芯片。
例如，在传统Gap型LED的情况中，在切割基底后，用硫酸/过氧化氢型的蚀刻剂将切割的表面蚀刻掉约3μm。在传统的使用AlxGa1-xAs(0≤x≤1)来形成电流扩散层的AlGaInp型LED的情况中，用溴和甲醇的混合物来将切割的表面蚀刻掉约2μm。
但是，在使用AlxGa1-xAs(0≤x≤1)来形成电流扩散层的AlGaInp型LED的情况中，当发光波长减小时(例如减小为550-590nm的范围)，光线可能被电流扩散层所吸收，从而使亮度减小。为了减小这种光吸收，可以增加电流扩散层中的混合晶体中的Al的摩尔比。但是，在高温高湿条件下，增大的Al摩尔比通常会使这样的LED的可靠性变差。
为了克服上述问题，可以使用不含Al且与AlGaAs相比有较大能带间隙的GaP来形成电流扩散层。然而，GaP相对GaAs基底有约3.6％的晶格失配(lattice mismatch)。因此，当用GaP来形成要淀积在GaAs基底上的电流扩散层时，在切割后可能从切割表面到较深的AlGaINP发光层(活性层)和GaP电流扩散层之间的接合部分产生应力。其结果是，为了防止亮度减小，需要从切割表面将AlGaINP发光层(活性层)和GaP电流扩散层蚀刻掉到较深的位置。
本发明的制造发光二极管的方法包括以下步骤：在第一导电型的GaAs基底上形成单层或多层的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)发光层、第二导电型的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)中间层，和第二导电型的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)电流扩散层；形成第一导电型的第一电极和第二导电型的第二电极以分别触接GaAs基底和电流扩散层；在电流扩散层和第二电极的暴露的表面上形成保护膜；用切割形成沟槽以置入第二电极并到达GaAs基底；用溴类蚀刻剂从每个面对这些沟槽的位置在平行于基底表面的方向上将发光层、中间层和电流扩散层蚀刻约4μm或更多，不到达每个相邻的第二电极的端部；和去除形成在电流扩散层和第二电极上的保护膜。
电流扩散层可以由GaP制成。
在GaAs基底和单层或多层的AlxGayIn1-x-yP发光层之间可以提供多层反射膜。
该溴类蚀刻剂可以是包含溴的水溶液和硫酸的混合物。
最好是，在切割步骤中形成的每个沟槽的切割宽度等于或大于约50μm。
因此，本发明能够产生下述有益效果，即提供一种以高亮度、改善的可靠性和高效率制造LED的方法。
本领域普通技术人员在阅读和理解以下结合附图的说明后能够了解本发明的上述和其它效果。
图1A至图1E示出了本发明的第一实施例的制造LED的过程的截面图；
图2A至图2E示出了本发明的第二实施例的制造LED的过程的截面图。
以下结合附图对本发明的优选实施例作详细说明。
第一实施例
图1A至图1E示出了本发明的第一实施例的制造LED的过程的截面图。第一实施例的LED100是具有由AlGaInP形成的活性层的AlGaInP型LED。
如图1A所示，用金属有机化学蒸发淀积(MOCVD)技术，在一n型GaAs基底1(厚约350μm)上以下述顺序依序形成一n型GaAs缓冲层2(厚约1μm)、一扩散布喇格(BRAGG)反射(DBR)层3(厚约1μm)作为多层反射膜，由10对n型Al0.5In0.5P和n型(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P组成；n型Al0.5In0.5P第一覆层(Cladding layer)4(厚约1μm)、一p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性层5(厚约0.5μm)、一p型Al0.5In0.5P第二覆层6(厚约1μm)、一p型AlGaInP中间层7(厚约0.15μm)、一p型GaP电流扩散层8(厚约7μm)、和一p型GaAs顶层9(厚约0.01μm)。
之后，如图1B所示，p型GaAs顶层9用硫酸/过氧化氢类蚀刻剂蚀刻掉。然后在p型GaP电流扩散层8上淀积一AuBe/Au层，并用光刻法处理和Au蚀刻剂(例如，碘/碘化铵类蚀刻剂)蚀刻处理进行刻图(patterned)，以形成多个表面电极图案，每个直径约为120μm。然后，对其上带有所得的结构的基底进行加热处理，以获得多个p型欧姆接触的电极10。
将GaAs基底1的底面打磨去约280μm厚，在打磨表面上淀积一AuGe/Au层。然后加热基底1以获得n型欧姆接触电极11。
之后，如图1C所示，在p型电极10和p型GaP电流扩散层8的暴露表面上覆盖一层光致抗蚀剂(photoresist)12，所得结构用蜡(未示出)贴附在一Si晶片上。
而后，用切割处理形成等间距的沟槽13，间距为约280μm，每个沟槽深度为约160μm，宽度为约25μm，使得每个切割的沟槽13位于相邻的p型电极10之间。p型电极10和每个相邻沟槽13的边沿之间的距离为约67.5μm。
然后，将如此切割的晶片浸入溴类蚀刻剂(温度约30℃)中，该蚀刻剂含有在约30℃溶解的溴的饱和水溶液、硫酸和纯水。由此，因切割而带应力的沟槽13的表面被蚀刻掉。通常，在p型GaP电流扩散层8的上表面在平行于基底表面的方向上被蚀刻掉的量是约8μm。面对沟槽13的在下面将述及的各下层的部分在平行于基底表面的方向上被蚀刻掉约5μm：n型Al0.5In0.5P第一覆层4、p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性层5、p型Al0.5In0.5P第二覆层6、和p型AlGaInP中间层7。
之后，将基底1从Si晶片(未示出)上取下，将蜡(未示出)和光致抗蚀剂12洗掉，如图1D所示。接着，如图1E所示，将基底1分为单独的各个LED芯片。结果，制成了LED100。
在所得的LED100的芯片中，p型电极10和每个相邻沟槽13的边沿之间的距离为约59.5μm，即在切割处理中得到的67.5μm减去蚀刻掉的约8μm。该距离足以防止不这样做就会在p型电极10趋于与n型层(例如n型覆层4)接触时所引起的漏电。
当用树脂来模制按照传统方法通过将切割的沟槽的侧面蚀刻掉约2μm而制得的传统LED时，一些这种芯片在约50mA的工作电流和约-30℃的环境温度条件下，在约500个小时的工作测试后，表现出发光强度衰减高达其初始强度70％。另一方面，采用本实施例的LED100，在同样的上述条件下，在约500个小时工作测试后，最大衰减程度只到其初始发光强度的约90％，因而表现出良好的发光特性。
进一步，在本实施例中，p型电流扩散层由GaP制成，不含Al。因此得到了高的抗湿性，使得在环境温度85℃，环境湿度90％，工作电流为30mA的条件下进行500个小时工作测试后，仍保持有初始发光强度的约90％。另外，由于GaP的低阻抗，工作电压低至1.9伏。
还有，由于在本实施例的芯片结构中采用多层反射膜，改善外部发光效率是可能的。
包含溴的饱和水溶液和硫酸的混合物被用作蚀刻剂来蚀刻切割表面，从而减少了需要处理高浓度溴溶液的处理过程。因此，本发明的方法比使用溴和甲醇的混合物为蚀刻剂的传统处理更为安全。
第二实施例
图2A至图2E示意地示出了本发明的第二实施例的制造LED的过程的截面图。本实施例的LED200与第一实施例中相同，是具有由AlGaInP形成的活性层的AlGaInp型LED。要由切割形成的每个沟槽的宽度以及在每个所切割的沟槽处要蚀刻掉的量与第一实施例中的不同。
如图2A所示，在一n型GaAs基底1(厚约350μm)上用MOCVD法以下述顺序依序形成一n型GaAs缓冲层2(厚约1μm)、一DBR层3(厚约1μm)作为多层反射膜，由10对n型Al0.5In0.5P和n型(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P组成；n型Al0.5In0.5P第一覆层4(厚约1μm)、一p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性层5(厚约0.5μm)、一p型Al0.5In0.5P第二覆层6(厚约1μm)、一p型AlGaInP中间层7(厚约0.15μm)、一p型GaP电流扩散层8(厚约7μm)、和一p型GaAs顶层9(厚约0.01μm)。
之后，如图2B所示，p型GaAs顶层9用硫酸/过氧化氢类蚀刻剂蚀刻掉。然后在p型GaP电流扩散层8上淀积一层AuBe/Au层，并用光刻法处理和Au蚀刻剂(例如，碘/碘化铵类蚀刻剂)蚀刻处理进行刻图(patterned)，以形成多个表面电极图案，每个直径约为120μm。然后，对其上带有所得的结构的基底进行加热处理，以获得多个p型欧姆接触的电极10。
将GaAs基底1的底面打磨去约280μm厚，在打磨表面上淀积一AuGe/Au层。然后加热处理基底1以获得n型欧姆接触电极11。
之后，如图2C所示，在p型电极10和p型GaP电流扩散层8的暴露表面上覆盖一层光致抗蚀剂12，所得结构用蜡(未示出)贴附在一Si晶片(未示出)上。
而后，用切割处理形成等间距的沟槽13，间距为约280μm，每个沟槽深度为约160μm，宽度为约25μm，使得每个切割的沟槽13位于相邻的p型电极10之间。p型电极10和每个相邻沟槽13的边沿之间的距离为约55μm。
然后，将带有如此切割的结构的晶片浸入溴类蚀刻剂(温度约30℃)中，该蚀刻剂含有在约30℃溶解的溴的饱和水溶液、硫酸和纯水。由此，因切割而带应力的各沟槽13的切割表面被蚀刻掉。通常，在p型GaP电流扩散层8的上表面(将是LED芯片表面)在平行于基底表面的方向上被蚀刻掉的量是约6μm。面对各沟槽13的在下面将述及的各下层的部分在平行于基底表面的方向上被蚀刻掉约5μm：n型Al0.5In0.5P第一覆层4、p型(Al0.3Ga0.7)0.5In0.5P活性层5、p型Al0.5In0.5P第二覆层6、和p型AlGaInP中间层7。
之后，将基底1从Si晶片(未示出)上取下，将蜡(未示出)和光致抗蚀剂12洗掉，如图2D所示。接着，如图2E所示，将基底1分为单独的各个LED芯片。结果，制成了LED200。
在所得的LED的芯片200中，p型电极10和每个相邻沟槽13的边沿之间的距离为约49μm，即在切割处理中得到的55μm减去蚀刻掉的约6μm。该距离足以防止不这样做就会在p型电极10趋于与n型层(例如n型覆层4)触接时所引起的漏电。
另外，切割宽度设置为相对较宽(例如约50μm)，使得蚀刻剂能到达切割沟槽13的底部。因此，在本实施例中，在中间层7附近，面对切割沟槽13的部分被蚀刻掉一定宽度，该宽度为在电流扩散层8的芯片表面部分处所蚀刻量的约80％到90％。应注意，在第一实施例中，切割宽度设置为约25μm，面对切割沟槽13的中间层7的部分被蚀刻掉一定深度，该深度仅为在电流扩散层8的芯片表面部分处所蚀刻量的约60％到70％。因此，在第二实施例中蚀刻所需的时间与第一实施例中所需时间相比，缩短为约3/4。
在约50mA的工作电流和约30℃的环境温度条件下，在约500个小时的工作测试后，最大发光强度衰减为其初始发光强度的约90％，因此，本实施例中形成的LED表现出良好的发光特性。
发光层、中间层和电流扩散层的组份比例不限于上述第一和第二实施例中的例子。可以采用任何其它的组份比例，只要每一层满足AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)的组份比例。
保护膜不限于光致抗蚀剂层，可以是由任何合适的材料制成。用作保护膜的优选材料有光致抗蚀剂，Al2O3膜，SiO2膜，等等。
最好是，将含有溴的水溶液和硫酸的混合物用作溴类蚀刻剂，且最好在约10℃至约30℃范围的温度下使用。
要形成在芯片表面上的各电极不必与要与其相邻形成的两个沟槽边沿等距离，它可以是在本发明的范围内设于任何位置。还有，在基底上可以形成任意数目的电极。
根据本发明的制作LED的方法，切割分层结构以形成每个到达第一导电型的GaAs基底的各沟槽。然后，分层结构和基底从切割沟槽的侧面在平行于基底表面的方向上被进一步蚀刻掉4μm或更多。因此，可以足够地去除带应力部分，该带应力部分是在切割时产生且是由单层或多层的AlxGayIn1-x-yP发光层、第二导电型的AlxGayIn1-x-yP中间层，和第二导电型的AlxGayIn1-x-yP电流扩散层间的晶格失配引起的。
另外，在到达第二导电型的电极的边沿前停止蚀刻。因此，该第二导电型的电极不与第一导电型的层相触接，从而防止了由于其间的触接造成的漏电。
通过用GaP作第二导电型的电流扩散层，可以产生高抗湿、低阻抗的LED，其中所发的光较不可能被电流扩散层所吸收。
通过在第一导电型的GaAs基底和单层或多层的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)发光层之间放置多层反射膜，就可以在芯片表面的方向上(即沿从GaAs基底朝该第二导电型的电极的方向)反射射向GaAs基底并且不这样做就会为GaAs所吸收的发射的光。结果，可以制造出具有改善的外部发光效率的更亮的LED。
通过使用溴的水溶液和硫酸的混合物作为从切割沟槽的侧面蚀刻基底、AlxGayIn1-x-yP发光层、和AlxGayIn1-x-yP电流扩散层的蚀刻剂，可以使要蚀刻的每层间蚀刻速率的差异较小，从而使蚀刻后的切割沟槽的侧面平整。另外，与将溴甲醇混合物用作蚀刻剂的情况相比，还可以使需要处理危险的高浓度溴溶液的过程大为减少，高浓度溴溶液具有高危险的毒性，从而增强了制造时的安全性。
通过规定沟槽的宽度为约50μm或更大，在后续蚀刻处理中蚀刻剂易于到达沟槽的较深部分。结果，可以减少将AlxGayIn1-x-yP发光层、AlxGayIn1-x-yP中间层和AlxGayIn1-x-yP电流扩散层蚀刻掉约4μm或更多所需的时间。
如上所述，根据本发明的用于制作LED的方法，能够制造具有高亮度、改善的可靠性和优良的效率的LED。
虽然以上描述了本发明的优选实施例，但应理解本发明并不局限于此，对于本领域普通技术人员来说可进行各种修改和变型而不脱离本发明的精神和范围，这些都应涵盖在所附的权利要求界定的范围内。
Claims (5)
1.一种用于制造发光二极管的方法，包括以下步骤：
在第一导电型的GaAs基底上形成单层或多层的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)发光层、第二导电型的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)中间层，和第二导电型的AlxGayIn1-x-yP(0≤x≤1，0≤y≤1)电流扩散层；
形成第一导电型的第一电极和第二导电型的第二电极以分别触接所述GaAs基底和电流扩散层；
在所述电流扩散层和第二电极的暴露的表面上形成保护膜；
用切割形成沟槽以置入所述第二电极并到达所述GaAs基底；
用溴类蚀刻剂从每个面对所述各沟槽的位置在平行于所述基底表面的方向上将所述发光层、中间层和电流扩散层蚀刻约4μm或更多，使得不到达每个相邻的第二电极的端部；和
去除形成在所述电流扩散层和第二电极上的保护膜。
2.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中所述电流扩散层由GaP制成。
3.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中在所述GaAs基底和所述单层或多层的AlxGayIn1-x-yP发光层之间提供一多层反射膜。
4.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中所述溴类蚀刻剂是包含溴的水溶液和硫酸的混合物。
5.如权利要求1所述的制造发光二极管的方法，其中在所述切割步骤中形成的每个沟槽的切割宽度等于或大于约50μm。
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