一種具有透明擴展電極結構的發光二極管及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有透明擴展電極結構的發光二極管及其制備方法，該發光二極管包括永久襯底、外延發光層和背電極，外延發光層中的N?GaAs歐姆接觸層進行圖形化處理，在永久襯底的背面設有背電極，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光層相連接，在第二金屬鍵合層和外延發光層之間還設有鏡面反射層和介質膜層，由透明材料制成的擴展電極包覆整個外延發光層中的粗化層和N?GaAs歐姆接觸層，并同N?GaAs歐姆接觸層上的圖形形成電學接觸，在擴展電極上設有主電極。本發明具有可以避免電極遮光、增加電流擴展均勻性、提升發光效率、提升電極的可靠性、不易受到破壞、可靠性好、適合大批量生產的優點。
【專利說明】
一種具有透明擴展電極結構的發光二極管及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體發光二極管制造技術領域，尤其是涉及一種具有透明擴展電極結構的發光二極管及其制備方法。
【背景技術】
[0002]四元系AlGaInP是一種具有直接寬帶隙的半導體材料，已廣泛應用于多種光電子器件的制備。由于AlGaInP材料發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光二極管受到廣泛關注。四元系AlGaInP紅光高亮度發光二極管已大量用于戶外顯示、交通燈、汽車燈等許多方面。相對于普通結構的AlGaInP LED芯片，高亮度AlGaInP芯片采用鍵合工藝實現襯底置換，用到熱性能好的硅襯底(硅的熱導率約為1.5W/K.cm)代替砷化鎵襯底(砷化鎵的熱導率約為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構。
[0003]由于經過襯底轉置后，N型外延層反轉向上，需要在N-AlGaInP電流擴展層上制作N型擴展電極，N型擴展電極一般為金屬材料，通過N-GaAs歐姆接觸層和N-AlGaInP電流擴展層連接。由于N-AlGaInP電流擴展能力差，往往需要設計較大面積的圖形作為擴展電極均勻分布于N型表面，但這樣就存在金屬擴展電極遮光問題，造成亮度降低。此外擴展電極本身線寬設計較窄，且暴露在N-AlGaInP電流擴展層上，在進行化學腐蝕N-GaAs歐姆層和進行N-AlGaInP粗化時會造成擴展電極側蝕刻，易脫落，嚴重時造成電壓升高，亮度降低，嚴重影響產品質量。
【發明內容】
[0004]本發明的第一個目的在于提供一種可避免金屬電極的遮光、提升發光效率、提升電極的可靠性、適合大批量生產的具有透明擴展電極結構的發光二極管。
[0005]本發明的第二個目的在于提供一種具有透明擴展電極結構的發光二極管的制備方法，它能改善帶有轉置結構的高亮度的紅光AlGaInP發光二極管擴展電極遮光且易受破壞脫落問題。
[0006]本發明的第一個目的是這樣實現的:
一種具有透明擴展電極結構的發光二極管，包括永久襯底、外延發光層和背電極，外延發光層包括:P-GaP電流擴展層、緩沖層、P-AlGaInP限制層、多量子阱(MQW)有源層、N-AlGaInP限制層、N-AlGaInP電流擴展層、粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，N-GaAs歐姆接觸層進行圖形化處理，在永久襯底的背面設有背電極，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、介質膜層、主電極和由透明材料制成的擴展電極，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光層相連接，在第二金屬鍵合層和外延發光層之間還設有鏡面反射層和介質膜層，擴展電極包覆整個粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，并同N-GaAs歐姆接觸層上的圖形形成電學接觸，在擴展電極上設有主電極。
[0007]歐姆接觸層的厚度在50±10nm，圖形化后面積占發光區總面積比例在20%-40%。
[0008]本發明的第二個目的是這樣實現的:
一種具有透明擴展電極結構的發光二極管的制備方法，其特征在于:包括以下步驟:
(1)、利用MOCVD設備在臨時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電流擴展層，形成完整結構的外延發光層；
(2)、在P-GaP電流擴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襯底和永久襯底進行鍵合；
(3)、通過物理研磨和化學腐蝕方法去除臨時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外其他區域進行化學溶液粗化處理；
(5)、在圖形化的GaAs區域和粗化層上制作透明擴展電極，通過退火工藝使透明擴展電極和GaAs形成電學連接；
(6)、在透明擴展電極上通過負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上制作出導電孔，用于AuBe和GaP形成電學接觸;將臨時襯底和永久襯底粘結在一起的粘結層為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，透明的擴展電極為銦錫氧化物，厚度300土50nm，折射率1.9_2.1，經過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接觸。
[0014]在步驟(6)中，主電極是厚度3_5μπι的Au。
[0015]本發明由于擴展電極為透明材料，可整個覆蓋N面發光區，既保證了N-GaAs歐姆層同擴展電極的良好接觸，也對N-GaAs歐姆層有很好的保護作用，同時作為增透膜層，提升發光效率。
[0016]同傳統的金屬擴展電極相比，本發明具有可以避免電極遮光、增加電流擴展均勻性、提升發光效率、提升電極的可靠性、不易受到破壞、可靠性好、適合大批量生產的優點。
【附圖說明】
[0017]圖1為實施例中步驟1-3的制作過程示意圖；
圖2為實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為本發明的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合實施例并對照附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0019]一種具有透明擴展電極結構的發光二極管，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、介質膜層112、外延發光層、擴展電極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同外延發光層相連接，在第二金屬鍵合層114和外延發光層之間還設有鏡面反射層113和介質膜層112，外延發光層從下至上包括:P-GaP電流擴展層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進行圖形化處理，由透明材料制成的擴展電極203包覆整個粗化層105和N-GaAs歐姆接觸層104，并同N-GaAs歐姆接觸層104上的圖形形成電學接觸，在擴展電極203上設有主電極204，在永久襯底201的背面設有背電極205。
[0020]歐姆接觸層14的厚度在5 O ± 1 n m，圖形化后面積占發光區總面積比例在2 O % -40%。
[0021]—種具有透明擴展電極結構的發光二極管的制備方法，包括以下步驟:
1、如圖1所示，利用MOCVD設備在一臨時的GaAs襯底101上生長外延層發光層，外延層發光層包括緩沖層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電流擴展層111;其中4-6&48歐姆接觸層104優選厚度6011111，摻雜濃度在I X 1019cm-3以上，以保證N面有良好的電流擴展能力，P-GaP電流擴展層111優選厚度3000nm，摻雜濃度在3 X 1018cm-3以上，以保證P面有良好的電流擴展能力；
2、利用511清洗液清洗P-GaP電流擴展層111，在P-GaP電流擴展層111上沉積Si02介質膜層112，通過光刻蝕刻工藝蝕刻出Si02導電孔，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Si02導電孔中AuBe和P-GaP經過440°C退火1min形成良好的電學接觸；
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1min，化學腐蝕停止在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氮氣氛圍退火爐進行退火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接觸，得到透明的擴展電極203;
9、將制作好透明的擴展電極203后浸入丙酮溶液超聲清洗lOmin，然后進行光刻流程，旋涂負性光刻膠、光刻、顯影、旋干，然后進行等離子打膠，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。
【主權項】
1.一種具有透明擴展電極結構的發光二極管，包括永久襯底、外延發光層和背電極，夕卜延發光層包括= P-GaP電流擴展層、緩沖層、P-AlGaInP限制層、多量子阱有源層、N-AlGaInP限制層、N-AlGaInP電流擴展層、粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，N-GaAs歐姆接觸層進行圖形化處理，在永久襯底的背面設有背電極，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、介質膜層、主電極和由透明材料制成的擴展電極，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光層相連接，在第二金屬鍵合層和外延發光層之間還設有鏡面反射層和介質膜層，擴展電極包覆整個粗化層和N-GaAs歐姆接觸層，并同N-GaAs歐姆接觸層上的圖形形成電學接觸，在擴展電極上設有主電極。2.根據權利要求1所述的具有透明擴展電極結構的發光二極管，其特征在于:N-GaAs歐姆接觸層的厚度在50± 10nm，圖形化后面積占發光區總面積比例在20%-40%。3.—種具有透明擴展電極結構的發光二極管的制備方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)、利用MOCVD設備在臨時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電流擴展層，形成完整結構的外延發光層； (2)、在P-GaP電流擴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襯底和永久襯底進行鍵合； (3)、通過物理研磨和化學腐蝕方法去除臨時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外其他區域進行化學溶液粗化處理； (5)、在圖形化的GaAs區域和粗化層上制作透明擴展電極，通過退火工藝使透明擴展電極和GaAs形成電學連接； (6)、在透明擴展電極上通過負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.根據權利要求3所述的具有透明擴展電極結構的發光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(I)中，臨時襯底為GaAs襯底。5.根據權利要求3所述的具有透明擴展電極結構的發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上制作出導電孔，用于AuBe和GaP形成電學接觸;將臨時襯底和永久襯底粘結在一起的粘結層為600—100nm的Au。6.根據權利要求3所述的具有透明擴展電極結構的發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，化學腐蝕采用NH40H和H202的水溶液，緩沖層為GaAs，截止層為GaInP。7.根據權利要求3所述的具有透明擴展電極結構的發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.根據權利要求3所述的具有透明擴展電極結構的發光二極管的制備方法，其特征在于:在步驟(5)中，透明的擴展電極為銦錫氧化物，厚度300 土 50nm，折射率1.9-2.1，經過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接觸。9.根據權利要求3所述的具有透明擴展電極結構的發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
【發明人】張銀橋, 潘彬
【申請人】南昌凱迅光電有限公司