一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制備方法，該發(fā)光二極管包括永久襯底、外延發(fā)光層和背電極，外延發(fā)光層中的N?GaAs歐姆接觸層進(jìn)行圖形化處理，在永久襯底的背面設(shè)有背電極，在永久襯底的上面、永久襯底通過第一金屬鍵合層和第二金屬鍵合層同外延發(fā)光層相連接，在第二金屬鍵合層和外延發(fā)光層之間還設(shè)有鏡面反射層和介質(zhì)膜層，由透明材料制成的擴(kuò)展電極包覆整個(gè)外延發(fā)光層中的粗化層和N?GaAs歐姆接觸層，并同N?GaAs歐姆接觸層上的圖形形成電學(xué)接觸，在擴(kuò)展電極上設(shè)有主電極。本發(fā)明具有可以避免電極遮光、增加電流擴(kuò)展均勻性、提升發(fā)光效率、提升電極的可靠性、不易受到破壞、可靠性好、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】
一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管制造技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]四元系A(chǔ)lGaInP是一種具有直接寬帶隙的半導(dǎo)體材料，已廣泛應(yīng)用于多種光電子器件的制備。由于AlGaInP材料發(fā)光波段可以覆蓋可見光的紅光到黃綠波段，由此制成的可見光高亮度發(fā)光二極管受到廣泛關(guān)注。四元系A(chǔ)lGaInP紅光高亮度發(fā)光二極管已大量用于戶外顯示、交通燈、汽車燈等許多方面。相對于普通結(jié)構(gòu)的AlGaInP LED芯片，高亮度AlGaInP芯片采用鍵合工藝實(shí)現(xiàn)襯底置換，用到熱性能好的硅襯底(硅的熱導(dǎo)率約為1.5W/K.cm)代替砷化鎵襯底(砷化鎵的熱導(dǎo)率約為0.8W/K.cm) ,AlGaInP LED芯片具有更低熱阻值，散熱性能更好，有利于提高可靠性。另外，在P-GaP上鍍反射層，比普通紅光外延層中生長DBR反射鏡出光效率更高。為了克服光在AlGaInP LED芯片與封裝材料界面處的全反射而降低取光效率，還在AlGaInP LED芯片制作一些表面紋理結(jié)構(gòu)。
[0003]由于經(jīng)過襯底轉(zhuǎn)置后，N型外延層反轉(zhuǎn)向上，需要在N-AlGaInP電流擴(kuò)展層上制作N型擴(kuò)展電極，N型擴(kuò)展電極一般為金屬材料，通過N-GaAs歐姆接觸層和N-AlGaInP電流擴(kuò)展層連接。由于N-AlGaInP電流擴(kuò)展能力差，往往需要設(shè)計(jì)較大面積的圖形作為擴(kuò)展電極均勻分布于N型表面，但這樣就存在金屬擴(kuò)展電極遮光問題，造成亮度降低。此外擴(kuò)展電極本身線寬設(shè)計(jì)較窄，且暴露在N-AlGaInP電流擴(kuò)展層上，在進(jìn)行化學(xué)腐蝕N-GaAs歐姆層和進(jìn)行N-AlGaInP粗化時(shí)會(huì)造成擴(kuò)展電極側(cè)蝕刻，易脫落，嚴(yán)重時(shí)造成電壓升高，亮度降低，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種可避免金屬電極的遮光、提升發(fā)光效率、提升電極的可靠性、適合大批量生產(chǎn)的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管。
[0005]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，它能改善帶有轉(zhuǎn)置結(jié)構(gòu)的高亮度的紅光AlGaInP發(fā)光二極管擴(kuò)展電極遮光且易受破壞脫落問題。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括永久襯底、外延發(fā)光層和背電極，外延發(fā)光層包括:P-GaP電流擴(kuò)展層、緩沖層、P-AlGaInP限制層、多量子阱(MQW)有源層、N-AlGaInP限制層、N-AlGaInP電流擴(kuò)展層、粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，N-GaAs歐姆接觸層進(jìn)行圖形化處理，在永久襯底的背面設(shè)有背電極，特征是:還包括第一金屬鍵合層、第二金屬鍵合層、鏡面反射層、介質(zhì)膜層、主電極和由透明材料制成的擴(kuò)展電極，在永久襯底的上面、永久襯底通過第一金屬鍵合層和第二金屬鍵合層同外延發(fā)光層相連接，在第二金屬鍵合層和外延發(fā)光層之間還設(shè)有鏡面反射層和介質(zhì)膜層，擴(kuò)展電極包覆整個(gè)粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，并同N-GaAs歐姆接觸層上的圖形形成電學(xué)接觸，在擴(kuò)展電極上設(shè)有主電極。
[0007]歐姆接觸層的厚度在50±10nm，圖形化后面積占發(fā)光區(qū)總面積比例在20%-40%。
[0008]本發(fā)明的第二個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
(1)、利用MOCVD設(shè)備在臨時(shí)襯底上依次外延生長緩沖層、截止層、N-GaAs歐姆接觸層、粗化層、N-AlGaInP電流擴(kuò)展層、N-AlGaInP限制層、多量子阱(MQW)有源層、P-AlGaInP限制層、過渡層、P-GaP電流擴(kuò)展層，形成完整結(jié)構(gòu)的外延發(fā)光層；
(2)、在P-GaP電流擴(kuò)展層上制作鏡面反射層和金屬鍵合層，在永久襯底上蒸鍍金屬鍵合層，通過金屬鍵合層將臨時(shí)襯底和永久襯底進(jìn)行鍵合；
(3)、通過物理研磨和化學(xué)腐蝕方法去除臨時(shí)襯底以及緩沖層和截止層，漏出N-GaAs歐姆接觸層；
(4)、利用N-GaAs蝕刻液將N-GaAs歐姆接觸層腐蝕出圖形，將除GaAs外其他區(qū)域進(jìn)行化學(xué)溶液粗化處理；
(5)、在圖形化的GaAs區(qū)域和粗化層上制作透明擴(kuò)展電極，通過退火工藝使透明擴(kuò)展電極和GaAs形成電學(xué)連接；
(6)、在透明擴(kuò)展電極上通過負(fù)膠剝離方式制作主電極；
(7)、在永久襯底的背面制作背電極。
[0009]在步驟(I)中，臨時(shí)襯底為GaAs襯底。
[0010]在步驟(2)中，鏡面反射層由10nm的Si02和100-400nm的AuBe組成，在Si02上制作出導(dǎo)電孔，用于AuBe和GaP形成電學(xué)接觸;將臨時(shí)襯底和永久襯底粘結(jié)在一起的粘結(jié)層為600—100nm的Au。
[0011]在步驟(3)中，物理研磨方式為砂輪研磨，化學(xué)腐蝕采用NH40H和H202的水溶液，緩沖層為GaAs，截止層為GaInP。
[0012]在步驟(4)中，N-GaAs蝕刻液為H3P04和H202的水溶液，粗化液為HF、HC1、H2S04、H3P04、HN03、HBr、12、CH3C00H 中的一種或多種組合。
[0013]在步驟(5)中，透明的擴(kuò)展電極為銦錫氧化物，厚度300土50nm，折射率1.9_2.1，經(jīng)過300—400 0C N2氛圍下退火工藝，銦錫氧化物同N-GaAs歐姆接觸層形成良好的電學(xué)接觸。
[0014]在步驟(6)中，主電極是厚度3_5μπι的Au。
[0015]本發(fā)明由于擴(kuò)展電極為透明材料，可整個(gè)覆蓋N面發(fā)光區(qū)，既保證了N-GaAs歐姆層同擴(kuò)展電極的良好接觸，也對N-GaAs歐姆層有很好的保護(hù)作用，同時(shí)作為增透膜層，提升發(fā)光效率。
[0016]同傳統(tǒng)的金屬擴(kuò)展電極相比，本發(fā)明具有可以避免電極遮光、增加電流擴(kuò)展均勻性、提升發(fā)光效率、提升電極的可靠性、不易受到破壞、可靠性好、適合大批量生產(chǎn)的優(yōu)點(diǎn)。
【附圖說明】
[0017]圖1為實(shí)施例中步驟1-3的制作過程示意圖；
圖2為實(shí)施例中在永久襯底制作第二金屬鍵合層和背電極的示意圖；
圖3為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合實(shí)施例并對照附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括永久襯底201、第一金屬鍵合層202、第二金屬鍵合層114、鏡面反射層113、介質(zhì)膜層112、外延發(fā)光層、擴(kuò)展電極203、主電極204和背電極205，在永久襯底201的上面、永久襯底201通過第一金屬鍵合層202和第二金屬鍵合層114同外延發(fā)光層相連接，在第二金屬鍵合層114和外延發(fā)光層之間還設(shè)有鏡面反射層113和介質(zhì)膜層112，外延發(fā)光層從下至上包括:P-GaP電流擴(kuò)展層111、緩沖層110、P-AlGaInP限制層109、多量子阱(MQW)有源層108、N-AlGaInP限制層107、N-AlGaInP電流擴(kuò)展層106、粗化層105和N-GaAs歐姆接觸層104，N-GaAs歐姆接觸層104進(jìn)行圖形化處理，由透明材料制成的擴(kuò)展電極203包覆整個(gè)粗化層105和N-GaAs歐姆接觸層104，并同N-GaAs歐姆接觸層104上的圖形形成電學(xué)接觸，在擴(kuò)展電極203上設(shè)有主電極204，在永久襯底201的背面設(shè)有背電極205。
[0020]歐姆接觸層14的厚度在5 O ± 1 n m，圖形化后面積占發(fā)光區(qū)總面積比例在2 O % -40%。
[0021]—種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，包括以下步驟:
1、如圖1所示，利用MOCVD設(shè)備在一臨時(shí)的GaAs襯底101上生長外延層發(fā)光層，外延層發(fā)光層包括緩沖層102、N-GaInP截止層103、N-GaAs歐姆接觸層104、N-AlGaInP粗化層105、N-AlGaInP電流擴(kuò)展層106、N-AlGaInP限制層107、多量子阱(MQW)有源層108、P-AlGaInP限制層109、緩沖層110、P-GaP電流擴(kuò)展層111;其中4-6&48歐姆接觸層104優(yōu)選厚度6011111，摻雜濃度在I X 1019cm-3以上，以保證N面有良好的電流擴(kuò)展能力，P-GaP電流擴(kuò)展層111優(yōu)選厚度3000nm，摻雜濃度在3 X 1018cm-3以上，以保證P面有良好的電流擴(kuò)展能力；
2、利用511清洗液清洗P-GaP電流擴(kuò)展層111，在P-GaP電流擴(kuò)展層111上沉積Si02介質(zhì)膜層112，通過光刻蝕刻工藝蝕刻出Si02導(dǎo)電孔，采用電子束蒸鍍方式制作厚度為200nm的AuBe和500nm的Au鏡面反射層113，同時(shí)Si02導(dǎo)電孔中AuBe和P-GaP經(jīng)過440°C退火1min形成良好的電學(xué)接觸；
3、在制作好的鏡面反射層113上采用電子束蒸鍍方式制作厚度為100nm的Au作為第一金屬鍵合層114;
4、如圖2所示，在Si襯底201(即永久襯底201)上采用電子束蒸鍍方式制作厚度為100nm的Au作為第二金屬鍵合層202;
5、將制作好鍵合層的GaAs襯底101和Si襯底201浸入丙酮溶液進(jìn)行超聲清洗lOmin，在300°C，5000kgf作用下20min將兩者鍵合到一起；
6、利用機(jī)械研磨方式先將GaAs襯底1I去除剩余約20μπι，再用體積比為1:5的ΝΗ40Η:Η202溶液反應(yīng)1min，化學(xué)腐蝕停止在GaInP截止層103上；
7、通過在N-GaAs歐姆接觸層104上旋涂正膠，經(jīng)過光刻顯影后，再浸入體積比為1:2:2的Η3Ρ04: Η202: Η20混合溶液，蝕刻出N-GaAs圖形，然后采用體積比為1: 1:7的Η3Ρ04: H2S04:CH3C00H混合溶液濕法粗化N-AIGaInP粗化層105;
8、在制作好圖形的N-GaAs歐姆接觸層104上采用電子束蒸鍍的方式蒸鍍厚度為300nm的銦錫氧化物薄膜，通過350°C氮?dú)夥諊嘶馉t進(jìn)行退火1min處理，使銦錫氧化物薄膜同N-GaAs歐姆接觸層形成良好的電學(xué)接觸，得到透明的擴(kuò)展電極203;
9、將制作好透明的擴(kuò)展電極203后浸入丙酮溶液超聲清洗lOmin，然后進(jìn)行光刻流程，旋涂負(fù)性光刻膠、光刻、顯影、旋干，然后進(jìn)行等離子打膠，采用電子束冷蒸的方式將4μπι的Au鍍在透明擴(kuò)展電極203上，剝離后形成主電極204，主電極204的圖形為半徑為70μπι的圓；
10、在Si襯底201背面采用電子束熱蒸鍍的方式分別蒸鍍厚度為20nm和10nm的T1、Au作為背電極205，完成器件的制作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，包括永久襯底、外延發(fā)光層和背電極，夕卜延發(fā)光層包括= P-GaP電流擴(kuò)展層、緩沖層、P-AlGaInP限制層、多量子阱有源層、N-AlGaInP限制層、N-AlGaInP電流擴(kuò)展層、粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，N-GaAs歐姆接觸層進(jìn)行圖形化處理，在永久襯底的背面設(shè)有背電極，其特征在于:還包括第一金屬鍵合層、第二金屬鍵合層、鏡面反射層、介質(zhì)膜層、主電極和由透明材料制成的擴(kuò)展電極，在永久襯底的上面、永久襯底通過第一金屬鍵合層和第二金屬鍵合層同外延發(fā)光層相連接，在第二金屬鍵合層和外延發(fā)光層之間還設(shè)有鏡面反射層和介質(zhì)膜層，擴(kuò)展電極包覆整個(gè)粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，并同N-GaAs歐姆接觸層上的圖形形成電學(xué)接觸，在擴(kuò)展電極上設(shè)有主電極。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管，其特征在于:N-GaAs歐姆接觸層的厚度在50± 10nm，圖形化后面積占發(fā)光區(qū)總面積比例在20%-40%。3.—種具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、利用MOCVD設(shè)備在臨時(shí)襯底上依次外延生長緩沖層、截止層、N-GaAs歐姆接觸層、粗化層、N-AlGaInP電流擴(kuò)展層、N-AlGaInP限制層、多量子阱有源層、P-AlGaInP限制層、過渡層、P-GaP電流擴(kuò)展層，形成完整結(jié)構(gòu)的外延發(fā)光層； (2)、在P-GaP電流擴(kuò)展層上制作鏡面反射層和金屬鍵合層，在永久襯底上蒸鍍金屬鍵合層，通過金屬鍵合層將臨時(shí)襯底和永久襯底進(jìn)行鍵合； (3)、通過物理研磨和化學(xué)腐蝕方法去除臨時(shí)襯底以及緩沖層和截止層，漏出N-GaAs歐姆接觸層； (4)、利用N-GaAs蝕刻液將N-GaAs歐姆接觸層腐蝕出圖形，將除GaAs外其他區(qū)域進(jìn)行化學(xué)溶液粗化處理； (5)、在圖形化的GaAs區(qū)域和粗化層上制作透明擴(kuò)展電極，通過退火工藝使透明擴(kuò)展電極和GaAs形成電學(xué)連接； (6)、在透明擴(kuò)展電極上通過負(fù)膠剝離方式制作主電極； (7 )、在永久襯底的背面制作背電極。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(I)中，臨時(shí)襯底為GaAs襯底。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(2)中，鏡面反射層由10nm的Si02和100—400nm的AuBe組成，在Si02上制作出導(dǎo)電孔，用于AuBe和GaP形成電學(xué)接觸;將臨時(shí)襯底和永久襯底粘結(jié)在一起的粘結(jié)層為600—100nm的Au。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(3)中，物理研磨方式為砂輪研磨，化學(xué)腐蝕采用NH40H和H202的水溶液，緩沖層為GaAs，截止層為GaInP。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(4 )中，N-GaAs蝕刻液為H3P04和H202的水溶液，粗化液為HF、HCl、H2S04、H3P04、HN03、HBr、12、CH3C00H中的一種或多種組合。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(5)中，透明的擴(kuò)展電極為銦錫氧化物，厚度300 土 50nm，折射率1.9-2.1，經(jīng)過300—400 0C N2氛圍下退火工藝，銦錫氧化物同N-GaAs歐姆接觸層形成良好的電學(xué)接觸。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有透明擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(6)中，主電極是厚度3-5μηι的Au。
【文檔編號】H01L33/00GK105914269SQ201610409890
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年6月13日
【發(fā)明人】張銀橋, 潘彬
【申請人】南昌凱迅光電有限公司