專利名稱：采用全光學膜體系的垂直結構發光二極管制作方法
技術領域：
本發明屬于半導體技術領域，是 一 種采用全光學
膜體系的垂直結構發光二極管制作方法，尤其適用于
垂直結構白支撐襯底的高效發光.二極管的制作。
背景技術：
大功率 GaN基 LED可廣泛應用 源、交通信號顯示、汽車等各類運輸 全色信息顯示、景觀照明、軍用照明、 域，具有具有光電轉換效率高、綠色 響應速度快、色彩豐富、全固體化、 是人類照明史上繼愛迪生發明白熾燈 命。2 0世紀9 0年代初期，基于111族氮化物的藍光 發光二極管(LED )研制成功，從而使得LED發光光譜 覆蓋整個可見光范圍，解決了 LED缺色的問題，用于 照明的白光LED研制也因此成為可能。與傳統白熾燈
于移動設備北 冃光
工具照、明、戶外
LCD杯光源等領
環保、壽命長、
體積小等優點、，
之后的又一7欠革
相比，LED具有節能、環保、冷光源、發光效率高、顯 色指數高和工作壽命長等突出優點。然而，目前白光 LED的光效距離通用照明所要求的1 6 0 - 2 0 0 lm/w 的指標還有相當遠的距離，電流分布不均勻、光提取 效率低和散熱能力差是功率型LED發展所面臨的主要 技術瓶頸。垂直結構LED就是基于上述問題提出的一 種新的解決方案，相比傳統的正裝結構和倒裝結構 LED ，采用上下電極的垂直結構可以有效的解決電流分
布不均勻、散熱能力差等問題，但光學特性，即提取 效率改善不明顯。
發明內容
本發明的巨的是針對現有的垂直結構發光二豐及管
特點、，采用全光學膜體系制作新型垂直結構發光極
管，提供一種提取效率高、電流分布均勻、散熱能力
優良的發光極管制作方法。
本發明提供種采用全光學膜體系的垂直結構發
光極管制作方法其特征在于，包括如下步驟
步驟1利用金屬化學有機氣相沉積方法在襯底
上依次外延生長氮化鎵N型接觸層、多量子阱有源區
和氮化鎵p型接觸層
止 少驟2 采用感應耦合等離子體、電子回旋共振、
反應離子刻蝕干法刻蝕技術進行器件隔離；
步驟3 :在氮化鎵P型接觸層上采用電子束蒸發 技術制作IT0光學膜；
步驟4 :采用離子束濺射技術在I T0光學膜上制 作一層光學高反膜，高反膜采用網狀結構，即IT0光 學膜部分區域被光學高反膜覆蓋，部分區域裸露，該 結構通過光刻剝離技術得到；
步驟5:采用熱蒸發、電子束蒸發技術在光學高 反膜上和裸露的IT0膜區域制作 一 層金屬膜，用作二
次反射鏡和鍵合層，該IT0光學膜、光昂古 子冋反膜與金
屬膜構成器件的P電極；
止 少驟6:P電極制作完成后與硅、銅高熱導率襯底
鍵合 ，
步驟7:采用激光剝離、濕法腐蝕技術將絕緣的
襯底去除，裸露出氮化鎵N型接觸層；
步驟8:采用電子束蒸發技術在氮4七鎵N型接觸
層表面制作IT0導電光學減反膜；
步驟9:采用濕法腐蝕技術對 IT0導電光學減反
膜進行表面粗化處理；
步驟10 :在IT0導電光學減反膜上制作金屬電
極；
驟11:采用等離子增強化學氣相沉積技術在
心片表面沉積介質膜，以進行表面鈍化保護；
步驟12:將金屬電極區域的介質膜去除，進行
壓焊封裝，完成祖 奮件的制作。
苴 z 、中襯底為耽寶石襯底或者氮化鎵襯底。
苴 z 、中襯底為氮化鎵襯底時步驟6 、步驟7省略。
苴 z 、中光學咼反膜采用剝離技術形成網狀結構，使
得金屬膜與IT0光學膜接觸，實現P電極引線。
中光學高反膜采用離子束濺射技術得到，為高、
低折射率交替的多層介質膜
中金屬膜采用基于咼反射率金屬銀或者鋁的多
層金屬膜體系
為進—步說明本發明的內容及特點，以下結合附
圖及實施例對本發明作詳細的描述，其中
圖1是本發明的材料結構；
圖2是本發明的P電極結構剖視圖3是本發明鍵合后的剖視圖4是本發明的制作兀成后結構剖視圖5是本發明圖2的俯視圖6是本發明圖4的仰視圖。
具體實施例方式
請參閱圖1 一圖4所示，本發明 一 種采用全光學 膜體系的垂直結構發光二極管制作方法，包括如下步 驟
步驟1 :利用金屬化學有機氣相沉積方法在襯底
10上依次外延生長氮化鎵N型接觸層11 、多量子
阱有源區1 2和氮化鎵P型接觸層1 3 ，該襯底1 0 為藍寶石襯底；
步驟2:采用感應耦合等離子體、電子回旋共振、
反應離子刻蝕干法刻蝕技術進行器件隔離；
步驟3 :在氮化鎵P型接觸層13上采用電子束
蒸發技術制作工T0光學膜2 0 ;
步驟4:采用離子束濺射技術在IT0光學膜2 0 上制作 一 層光學高反膜2 1 ，高反膜采用網狀結構， 即工T0光學膜2 0部分區域被光學高反膜2 1覆蓋， 部分區域裸露，該結構通過光刻剝離技術得到；該光 學高反膜2 1采用剝離技術形成網狀結構，使得金屬 膜2 2與IT0光學膜2 0接觸，實現P電極引線；該 光學高反膜2 1采用離子束濺射技術得到，為高、低 折射率交替的多層介質膜；
步驟5:采用熱蒸發、電子束蒸發技術在光學高 反膜21上和裸露的IT0膜區域制作 一 層金屬膜22 ，
用作二次反射鏡和鍵合層，該IT0光學膜2 0 、光學 高反膜2 1與金屬膜2 2構成器件的P電極；該金屬 膜2 2釆用基于高反射率金屬銀或者鋁的多層金屬膜 體系；
步驟6 : P電極制作完成后與硅、銅高熱導率襯底
30鍵合；
步驟7 :采用激光剝離、濕法腐蝕技術將絕緣的
藍寶石襯底1 0去除，裸露出氮化鎵N型接觸層1 1 ;
步驟8:采用電子束蒸發技術在氮化鎵N型接觸 層1 1表面制作I T0導電光學減反膜4 0 ;
步驟9:采用濕法腐蝕技術對 ITO導電光學減反 膜4 Q進行表面粗化處理；
步驟1 0 :在IT0導電光學減反膜4 0上制作金 屬電極4 1 ;
步驟11 :采用等離子增強化學氣相沉積技術在
芯片表面沉積介質膜4 2 ，以進行表面鈍化保護；
步驟1 2 :將金屬電極4 1區域的介質膜4 2去 除，進行壓焊封裝，完成器件的制作。
上述的方法是以襯底1 Q為藍寶石襯底時的制作步驟。
若襯底10為氮化鎵襯底時，其基本步驟相同，
其區別是可以省略步驟6和步驟7 。
請再參閱圖l-圖4，圖1-圖4是本發明的發光 二極管的材料結構基本制作流程，其制作過程包括P
電極復合膜系制備、鍵合、襯底剝離、N電極減反膜系 制備。
采用 M0CVD技術依次在襯底1 0上外延生長氮化 鎵N型接觸層1 1 、多量子阱有源區1 2 、氮化鎵P 型接觸層1 3 ，材料結構如圖1所示。襯底1 0采用 藍寶石襯底或者氮化鎵襯底，其中藍寶石襯底為絕緣 襯底，氮化鎵襯底是導電襯底。對材料進行清洗，去 除表面有機物和氧化層。在氮化鎵P型接觸層1 3表 面采用電子束蒸發(EB)技術制作IT0光學膜2 0 ， 經5 0 0 °C氧氣氛圍退火，工T0光學膜2 0的透過率可 以達到.9 0 %以上，同時形成良好的歐姆接觸。氮化鎵 折射率為2 . 4 ，與外界空氣或者封裝材料的折射率差 較大，界面反射率高造成大量的光線損失，IT0光學膜 2 0折射率介于氮化鎵與封裝材料之間，可以有效降 低界面反射損失，同時I T0光學膜2 Q對可見光透過 率高，是 一 種難得的光學導電薄膜。IT0光學膜2 0的 厚度設計按照減反膜設計原理，可以有效地提高提取 效率。IT0光學膜2 0制作完成后，采用離子束濺射技
術在IT0光學膜2 0上制作 一 層光學高反膜2 1 ，高 反膜采用高、低折射率交替的多層介質膜構成，反射
率可以達到9 9 % ，優于通常采用的高反射率金屬反射 鏡。高折射率介質膜可選用氧化鉭(Ta 2 0 5 )、氧化鈦 (Ti02)等，低折射率介質膜可選用二氧化硅(Si02)、 氟化鎂(MgF2 )等。由于該光學高反膜2 1不導電， 所以采用網狀結構，其結構俯視圖如圖5所示，即 ITO光學膜2 0部分區域被光學高反膜2 1覆蓋，部分 區域裸露，以便于制作電極引線。該光學高反膜2 1 網狀結構采用光刻剝離技術得到，光學高反膜2 1覆 蓋的區域面積在器件的電學特性和光學特性之間進行 折中，本實施例采用二分之 一 器件面積。采用熱蒸發、 電子束蒸發(EB)技術在光學高反膜2 l上制作一層 金屬膜2 2 ，結構如圖4 ，該金屬膜2 2采用基于銀
或者鋁的多層金屬膜體系，用作二次反射鏡和鍵合層。 上述ITO光學膜2 0、光學高反膜2 l與金屬膜2 2
構成器件的P電極，該結構綜合考慮光學、電學特性， 有利于提高垂直結構LED的效率。P電極制作完成后， 與硅、銅、鍺等高熱導率襯底3 0鍵合，有利于降低 器件熱阻，提高器件可靠性。采用激光剝離、濕法腐 蝕技術、干法刻蝕技術將襯底1 Q去除，裸露出氮化 鎵N型接觸層1 1 ，實現襯底轉移。釆用電子束蒸發
技術在氮化鎵N型接觸層1 1表面制作IT0導電光學
減反膜4 0 ，該膜層的設計遵循減反膜設計原理，即 有利于提高提取效率，還可以用作電流擴展層，在整
個器件內部實現均勻的電流分布，進 一 步提高效率和
可靠
0進 有效 上制
流分
性。采用濕法腐蝕技術對IT0導電光學減反膜4 行表面粗化處理，減少界面全反射造成光線損失， 提高器件提取效率。在IT0導電光學減反膜4 0 作金屬電極4 1 ，該電極結構綜合考慮器件的電 布和串聯電阻，結構如圖6所示。采用等離子增
強化學氣相沉積系統在器件表面及邊緣沉積介質膜4
2
圖5所示，進行表面鈍化及器件保護，提高器
件的可靠性。將金屬電極4 1區域的介質膜4 2去除， 進行壓焊封裝。
盡管參照其特定的實施例詳細地展示和描述了本 發明，但還應該指出，對于本專業領域的技術人員來 說，可對其形式和細節進行各種改變，而不脫離所附
權利要求限定的本發明的范圍。
權利要求
1、一種采用全光學膜體系的垂直結構發光二極管制作方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1利用金屬化學有機氣相沉積方法在襯底上依次外延生長氮化鎵N型接觸層、多量子阱有源區和氮化鎵P型接觸層；步驟2采用感應耦合等離子體、電子回旋共振、反應離子刻蝕干法刻蝕技術進行器件隔離；步驟3在氮化鎵P型接觸層上采用電子束蒸發技術制作ITO光學膜；步驟4采用離子束濺射技術在ITO光學膜上制作一層光學高反膜，高反膜采用網狀結構，即ITO光學膜部分區域被光學高反膜覆蓋，部分區域裸露，該結構通過光刻剝離技術得到；步驟5采用熱蒸發、電子束蒸發技術在光學高反膜上和裸露的ITO膜區域制作一層金屬膜，用作二次反射鏡和鍵合層，該ITO光學膜、光學高反膜與金屬膜構成器件的P電極；步驟6P電極制作完成后與硅、銅高熱導率襯底鍵合；步驟7采用激光剝離、濕法腐蝕技術將絕緣的襯底去除，裸露出氮化鎵N型接觸層；步驟8采用電子束蒸發技術在氮化鎵N型接觸層表面制作ITO導電光學減反膜；步驟9采用濕法腐蝕技術對ITO導電光學減反膜進行表面粗化處理；步驟10在ITO導電光學減反膜上制作金屬電極；步驟11采用等離子增強化學氣相沉積技術在芯片表面沉積介質膜，以進行表面鈍化保護；步驟12將金屬電極區域的介質膜去除，進行壓焊封裝，完成器件的制作。
2.根據權利要求1所述的采用全光學膜體系的垂直結構發光一極管制作方法，其特征在于，其中襯底為監寶石襯底或者氮化鎵襯底。
3.根據權利要求l或2所述的采用全光學膜體系的垂直結構發光一極管制作方法，其特征在于，苴 7 、中襯底為氮化鎵襯底時步驟6 、步驟7省略。
4.根據權利要求1所述的采用全光學膜體系的垂直結構發光極管制作方法，其特征在于，其中光學咼反膜采用剝離技術形成網狀結構，使得金屬膜與〖IT0光學膜接觸，實現P電極引線。
5.根據權利要求1所述的采用全光學膜體系的 垂直結構發光二極管制作方法，其特征在于，其中光學 高反膜采用離子束濺射技術得到，為高、低折射率交 替的多層介質膜。
6.根據權利要求1所述的采用全光學膜體系的 垂直結構發光二極管制作方法，其特征在于，其中金屬 膜采用基于高反射率金屬銀或者鋁的多層金屬膜體 系。
全文摘要
一種采用全光學膜體系的垂直結構發光二極管制作方法，包括在襯底上依次外延生長N型接觸層、有源區和P型接觸層；刻蝕，將器件隔離；在P型接觸層上制作ITO光學膜；在ITO光學膜上制作光學高反膜，部分區域裸露；在光學高反膜上和裸露的ITO膜區域制作金屬膜，構成器件的P電極；將絕緣的襯底去除，裸露出氮化鎵N型接觸層；在氮化鎵N型接觸層表面制作ITO導電光學減反膜；對ITO導電光學減反膜進行表面粗化處理；在ITO導電光學減反膜上制作金屬電極；在芯片表面沉積介質膜，以進行表面鈍化保護；將金屬電極區域的介質膜去除，進行壓焊封裝，完成器件的制作。
文檔編號H01L33/00GK101355119SQ20071011947
公開日2009年1月28日 申請日期2007年7月25日 優先權日2007年7月25日
發明者伊曉燕, 李晉閩, 王國宏, 王良臣 申請人:中國科學院半導體研究所