專利名稱：一種倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及光電半導體發(fā)光器件的制備方法，特別是一種倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二 極管的制作方法。
背景技術：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，LED)是一種冷光發(fā)光組件，其發(fā)光原理是在 III- V族化合物半導體材料上施加電流，利用二極管內(nèi)電子與空穴互相結(jié)合，而將能量轉(zhuǎn) 換為光的形式釋出時便可發(fā)光，且使用久也不會像白熾燈泡般地發(fā)燙。發(fā)光二極管的優(yōu)點 在于體積小、壽命長、驅(qū)動電壓低、反應速率快、耐震性特佳，能夠配合各種應用設備的輕、 薄、及小型化的需求，因而早已成為日常生活中十分普及的產(chǎn)品。以磷化鋁鎵銦(AlGaInP)發(fā)光二極管為例，磷化鋁鎵銦為一四元素化合物半導體 材料，適合用于制造高亮度紅、橙、黃、及黃綠光發(fā)光二極管，其擁有高發(fā)光效率、并生長在 晶格匹配的砷化鎵(GaAs)襯底上。然而，由于砷化鎵襯底為一吸光性襯底，因此會吸收磷 化鋁鎵銦發(fā)出的可見光，且其熱傳導性較差，因此限制了其在大電流的發(fā)光效率。對于這種 結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管來說，有幾種因素限制了光的提取效率半導體材料和其周圍媒質(zhì)之間 折射率差偏大導致的內(nèi)部反射，金屬電極的遮擋，GaAs襯底吸收等。這樣，有源區(qū)發(fā)出的光 射向上表面的光子有一定的幾率能提取出來，而向下傳播的光子大部分被GaAs襯底吸收。 因此，即使有很高的內(nèi)部量子效率，外部量子效率也僅有5%左右。為了提高光的提取效率，把向下傳播的光子和上表面反射回半導體材料內(nèi)部的光 子也能大部分提取出來，減少GaAs襯底的吸收，人們在GaAs襯底和有源區(qū)之間生長了布拉 格反射鏡(Distributed Bragg Ref lectors, DBRs),以便把背面的光反射到芯片表面。但實 際的DBRs反射鏡的反射率角帶寬有限，只對接近法向入射的光反射率大，對此范圍以外的 光反射率急劇下降，所以不能有效的反射向吸收襯底GaAs傳播的光，還是有相當部分的光 被GaAs襯底吸收。為了進一步提高光的提取效率，人們采用金屬代替DBRs做為反射鏡，這樣任何角 度射向襯底的光都會被反射回正面，提高了光的提取效率。為了達到金屬做為反射鏡的目 的，已知的工藝采用在外延片上制作金屬反射鏡，然后轉(zhuǎn)移到新的襯底上，去除生長襯底， 最后再制作電極(如圖la)，切割成芯片(如圖lb)。這種做法大大提高了發(fā)光二極管的發(fā)光 效率，但是在把整片外延片切割成芯片時，金剛刀會把襯底上101的金屬層102帶到外延層 103、104、105、106和107的側(cè)壁上，連通ρ型導電層104和η型導電層106，產(chǎn)生嚴重漏電。 在一種改進的生產(chǎn)工藝中，人們先光罩定義出切割道(如圖2a)，然后采用干法蝕刻外延層 207、206、205、204和203。(如圖2b)切割道寬度大于金剛刀片厚度，切割時金剛刀就不會 碰觸到外延層，從而避免把襯底上201上的金屬層202帶到外延層207、206、205、204和203 的側(cè)壁上，避免了嚴重的漏電；但是干法蝕刻會產(chǎn)生蝕刻反應物會附著在外延層的側(cè)壁，需 要采用溶液進行去除；溶液在去除干法蝕刻產(chǎn)生物時也會蝕刻外延層，使得切割道邊沿不 整理，因而難以精確控制發(fā)光區(qū)面積；因此上述工藝復雜，同時量產(chǎn)難以嚴格重復工藝，造
3成工藝不穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容
為解決上述問題，本發(fā)明旨在提供一種磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，以解 決切割產(chǎn)生漏電問題，并大大簡化工藝、提高生產(chǎn)良率，同時可精確控制發(fā)光區(qū)面積，保持 芯片外觀完整性。為達到上述目的，本發(fā)明提出一種倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其工 藝步驟如下
1)提供一暫時基板，在其上依次外延生長由緩沖層、截止層、第二導電型歐姆接觸層、 第二導電型限制層、有源層、第一導電型限制層和第一導電型窗口層構(gòu)成外延發(fā)光層；
2)在外延發(fā)光層上生長一介質(zhì)層，光罩定義出切割道圖形，蝕刻掉切割道以外的介質(zhì) 層；切割道上的介質(zhì)層寬度比用于切割的金剛刀刀口寬；
3)在上述帶有圖案化介質(zhì)層的外延發(fā)光層上蒸鍍一反射鏡，高溫熔合連接；
4)提供一永久基板，在其背面制作第一歐姆接觸電極；
5)在永久基板上表面蒸鍍接合層；
6)將外延發(fā)光層的反射鏡與永久基板的接合層隔空相對鍵合在一起，并去除暫時基 板、緩沖層和截止層；
7)在第二導電型歐姆接觸層上制備第二歐姆接觸電極；
8)切割形成芯片。上述介質(zhì)層材料選自Ti02、SiO2, Si3N4, MgF2, Ta2O5, ZnS或前述的任意組合之一。上述反射鏡材料選自Al、Au、Ag、Cu或前述的任意組合之一。上述永久基板材料選自于硅、碳化硅、磷化鎵所組成的物質(zhì)族群中的任意一種。上述接合層材料選自In、Sn、AuSn、AuGe或前述的任意組合之一。上述第二歐姆接觸電極選自Au、AuGe、Ni、Ti、Cr或前述的任意組合之一。本發(fā)明的切割道上的介質(zhì)層寬度比用于切割的金剛刀刀口寬，切割時保證金剛刀 不會碰觸道切割道以外的外延發(fā)光層；反射鏡經(jīng)過高溫熔合后，與第一導電型窗口層互擴 散形成很強的機械結(jié)合性；反射鏡與介質(zhì)層不會互擴散，它們之間的黏附力很小，因此切割 時，在金剛刀切割震動及帶動下，介質(zhì)層同反射鏡會分離，并且切割道上的介質(zhì)層連同介質(zhì) 層上面的外延發(fā)光層就會從反射鏡上脫離。介質(zhì)層和外延發(fā)光層總厚度在10微米以下，當 它們一起從反射鏡上脫離后，就很容易從切割道的邊沿斷裂，從而形成整齊的發(fā)光臺面；因 此本發(fā)明能解決切割帶來的漏電問題，同時不必蝕刻切割道上的外延層，大大簡化工藝，提 高工藝穩(wěn)定性。
圖Ia 圖Ib是一種習知磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制備方法示意圖。圖2a 圖2b是另一種習知磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制備方法示意圖。圖3a 圖3d是本方法發(fā)明發(fā)光二極管制作過程的截面示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。一種倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其工藝步驟如下如圖3a所示，在 與AlGaInP晶格相匹配的暫時基板GaAs 301上利用金屬有機化學氣相沉積法依次外延生 長由GaAs緩沖層302、GaInP截止層303、GaAs歐姆接觸層304、n-AlGalnP限制層305、多 量子阱有源層306、P-AlGaInP限制層307和ρ-GaP窗口層308構(gòu)成的外延發(fā)光層；其中 GaAs歐姆接觸層304為第二導電型歐姆接觸層，n-AlGalnP限制層305為第二導電型限制 層，第一導電型限制層為P-AlGaInP限制層307，ρ-GaP窗口層308為第一導電型窗口層； 在p-GaP窗口層308上生長SiO2介質(zhì)層309，光罩定義出切割道圖形，蝕刻掉切割道以外的 SiO2介質(zhì)層309 ；切割道上的SiO2介質(zhì)層309的寬度比用于切割的金剛刀刀口寬；在前述 帶有出切割道圖形的SiO2介質(zhì)層309的p-GaP窗口層308上，蒸鍍金屬反射層作為反射鏡 310，其材料為Ag，厚度為3微米。然后，在氮氣氛圍中熔合，溫度為500°C。如圖3b所示，在永久基板312的背面制作ρ電極311作為第一歐姆接觸電極，其 材料為Cr/Pt/Au，厚度為0. 1/0. 1/1微米。在永久基板的上表面蒸鍍AuSn合金作為接合層 313，其厚度為2微米。如圖3c所示，將上述外延發(fā)光層的反射鏡310和永久基板312的接合層313隔空 相對鍵合在一起，鍵合溫度為300°C，壓力500Kg ；同時去除GaAs暫時基板301、GaAs緩沖層 302和GaInP截止層303。如圖3d所示，在GaAs歐姆接觸層304上制備η電極314作為第二歐姆接觸電極， 其材料為AuGe/Ti/Au，厚度為0. 1/0. 1/1微米，并通過氮氣氛圍下400°C的熔合，使兩者形 成良好的歐姆接觸。采用金剛刀切割永久基板312及ρ電極311形成芯片。如圖3c和圖3d中，上述采用金剛刀切割永久基板312形成芯片的制作方法中，圖 3c所示，切割道上的SiO2介質(zhì)層309寬度比用于切割的金剛刀寬，圖3d所示，切割時，金剛 刀正對切割道的正中，保證金剛刀不會碰觸道切割道以外的外延發(fā)光層。反射鏡310經(jīng)過 高溫熔合后，與第一導電型P-GaP窗口層308互擴散形成很強的機械結(jié)合性；但金屬反射層 310與SiO2介質(zhì)層309不會互擴散，它們之間的黏附力很小。在切割時，金剛刀切割震動及 帶動下，SiO2介質(zhì)層309同反射鏡310會分離。切割道上的SiO2介質(zhì)層309連同上面的外 延發(fā)光層(GaAs歐姆接觸層304、n-AlGaInP限制層305、多量子阱有源層306、p-AlGaInP限 制層307和p-GaP窗口層308)就會從反射鏡310上脫離。SiO2介質(zhì)層309和外延發(fā)光層 總厚度在10微米以下，當它們一起從反射鏡310脫離后，就很容易從切割道的邊沿斷裂，從 而形成整齊的發(fā)光臺面。采用金剛刀切割永久基板312及ρ電極311形成芯片，不必蝕刻 切割道上的外延層，解決芯片切割帶來的漏電問題。
權利要求
一種倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其工藝步驟如下1) 提供一暫時基板，在其上依次外延生長由緩沖層、截止層、第二導電型歐姆接觸層、第二導電型限制層、有源層、第一導電型限制層和第一導電型窗口層構(gòu)成外延發(fā)光層；2) 在外延發(fā)光層上生長一介質(zhì)層，光罩定義出切割道圖形，蝕刻掉切割道以外的介質(zhì)層；切割道上的介質(zhì)層寬度比用于切割的金剛刀刀口寬；3) 在上述帶有圖案化介質(zhì)層的外延發(fā)光層上蒸鍍一反射鏡，高溫熔合連接；4) 提供一永久基板，在其背面制作第一歐姆接觸電極；5) 在永久基板上表面蒸鍍接合層；6) 將外延發(fā)光層的反射鏡與永久基板的接合層隔空相對鍵合在一起，并去除暫時基板、緩沖層和截止層；7) 在第二導電型歐姆接觸層上制備第二歐姆接觸電極；8)切割形成芯片。
2.如權利要求1所述的倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其中介質(zhì)層材料選 自 Ti02、Si02、Si3N4、MgF2、Ta205、ZnS 或前述的任意組合之一。
3.如權利要求1所述的倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其中反射鏡材料選 自Al、Au、Ag、Cu或前述的任意組合之一。
4.如權利要求1所述的倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其中永久基板材料 選自于硅、碳化硅、磷化鎵所組成的物質(zhì)族群中的任意一種。
5.如權利要求1所述的倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其中接合層材料選 自In、Sn、AuSn、AuGe或前述的任意組合之一。
6.如權利要求1所述的倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，其中第二歐姆接觸 電極選自Au、AuGe、Ni、Ti、Cr或前述的任意組合之一。
全文摘要
本發(fā)明公開的一種倒裝磷化鋁鎵銦發(fā)光二極管的制作方法，在一暫時基板上依次外延生長由緩沖層、截止層、第二導電型歐姆接觸層、第二導電型限制層、有源層、第一導電型限制層和第一導電型窗口層構(gòu)成外延發(fā)光層；外延發(fā)光層上生長一介質(zhì)層，定義出切割道圖形并蝕刻掉切割道以外的介質(zhì)層；切割道上的介質(zhì)層寬度比用于切割的金剛刀刀口寬；在外延發(fā)光層上蒸鍍一反射鏡；永久基板背面和上表面分別制作第一歐姆接觸電極和蒸鍍接合層；將反射鏡與接合層鍵合，去除暫時基板、緩沖層和截止層；在第二導電型歐姆接觸層上制備第二歐姆接觸電極；切割形成芯片。本發(fā)明能解決切割帶來的漏電問題，并且不必蝕刻切割道上的外延層，簡化制作工藝，提高工藝穩(wěn)定性。
文檔編號H01L33/00GK101958383SQ201010298440
公開日2011年1月26日 申請日期2010年10月7日 優(yōu)先權日2010年10月7日
發(fā)明者吳志強, 尹靈峰, 林瀟雄, 林素慧, 洪靈愿 申請人:廈門市三安光電科技有限公司