一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，在發(fā)光結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置歐姆接觸層，在歐姆接觸層上設(shè)置粗化層；在粗化層上形成溝槽，在溝槽中形成擴(kuò)展電極，擴(kuò)展電極與歐姆接觸層接觸形成歐姆接觸；采用掩膜、光刻、蒸鍍工藝在粗化層表面制作焊盤電極，焊盤電極與擴(kuò)展電極連接導(dǎo)通。本實(shí)用新型可以提高擴(kuò)展電極的可靠性，且獲得更好電流擴(kuò)展效果，提高紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
【專利說明】一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及發(fā)光二極管【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是指一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管。
【背景技術(shù)】
[0002]紅外發(fā)光二極管具有低功耗、尺寸小和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通信、遙感裝置等領(lǐng)域?，F(xiàn)有技術(shù)中，采用金屬有機(jī)化合物氣相外延生長具有量子阱的外延結(jié)構(gòu)取得較高的內(nèi)量子效率；同時(shí)，采用金屬反射鏡及表面粗化等倒裝芯片制作工藝，提升紅外發(fā)光二極管的外量子效率。
[0003]所述倒裝芯片制作工藝通常采用擴(kuò)展電極提高電流擴(kuò)展效果，以獲得更高的發(fā)光效率。然而，現(xiàn)有技術(shù)絕大部分倒裝芯片制作工藝均采用擴(kuò)展電極直接形成于外延層上表面，該工藝在腐蝕去除外延層或表面粗化外延層時(shí)，容易側(cè)蝕擴(kuò)展電極下的外延層，導(dǎo)致擴(kuò)展電極懸空而易脫落的問題。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型的目的在于提供一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，以解決傳統(tǒng)制作工藝容易引起擴(kuò)展電極下方的外延層的側(cè)蝕，導(dǎo)致擴(kuò)展電極懸空而易脫落的問題，且使得紅外發(fā)光二極管獲得更好電流擴(kuò)展效果，提高發(fā)光效率及可靠性。
[0005]為達(dá)成上述目的，本實(shí)用新型的解決方案為:
[0006]一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，在發(fā)光結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置歐姆接觸層，在歐姆接觸層上設(shè)置粗化層；在粗化層上形成溝槽且裸露出歐姆接觸層，擴(kuò)展電極形成于溝槽中的歐姆接觸層表面，擴(kuò)展電極與歐姆接觸層接觸形成歐姆接觸；采用掩膜、光刻、蒸鍍工藝在粗化層表面制作焊盤電極，焊盤電極與擴(kuò)展電極連接導(dǎo)通。
[0007]進(jìn)一步，溝槽設(shè)置為“一”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
[0008]進(jìn)一步，溝槽設(shè)置為“十”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
[0009]進(jìn)一步，溝槽設(shè)置為“ Γ ”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
[0010]進(jìn)一步，發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一型電流擴(kuò)展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴(kuò)展層；有源層一側(cè)設(shè)置第一型限制層，第一型限制層上設(shè)置第一型電流擴(kuò)展層，第一型電流擴(kuò)展層上設(shè)置歐姆接觸層，歐姆接觸層上設(shè)置粗化層；有源層另一側(cè)設(shè)置第二型限制層，第二型限制層上設(shè)置第二型電流擴(kuò)展層。
[0011]進(jìn)一步，第二型電流擴(kuò)展層上設(shè)置金屬反射層。
[0012]進(jìn)一步，金屬反射層鍵合在基板上，基板上設(shè)置背電極。
[0013]進(jìn)一步，粗化層的厚度為1.5-2 μ m。
[0014]進(jìn)一步,粗化層材料包括AlxGahAs、(AlyGa1I)a5Ina5P, I 彡 x 彡 O, I 彡 y 彡 O。
[0015]進(jìn)一步，歐姆接觸層材料包括AlxGai_xAs、(AlyGa1^y) ο.5In0.5P, 0.1 ^ x ^ O,0.05 彡 y 彡 O。
[0016]進(jìn)一步，歐姆接觸層的厚度為50_200nm。
[0017]一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管制作方法，包括以下步驟:
[0018]一，在外延襯底上自下而上依次形成腐蝕截止層、粗化層、歐姆接觸層、第一型電流擴(kuò)展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層、第二型電流擴(kuò)展層；
[0019]二，在第二型電流擴(kuò)展層上蒸鍍金屬反射鏡，形成金屬反射層；
[0020]三，將金屬反射鏡的表面鍵合在具有導(dǎo)電性的基板上；
[0021]四，采用濕法腐蝕分別去除外延襯底、腐蝕截止層，露出粗化層；
[0022]五，采用掩膜、光刻工藝在粗化層上形成擴(kuò)展電極的圖形，采用濕法腐蝕去除粗化層的擴(kuò)展電極的圖形區(qū)域，在粗化層表面形成擴(kuò)展電極圖形的溝槽，溝槽深度至露出歐姆接觸層；
[0023]六，在溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極；
[0024]七，采用掩膜、光刻、蒸鍍工藝在粗化層表面制作焊盤電極，且焊盤電極與擴(kuò)展電極連接相通；
[0025]八，在擴(kuò)展電極和焊盤電極區(qū)域形成保護(hù)層，去除粗化區(qū)域的保護(hù)層；
[0026]九，采用粗化液蝕刻粗化層的顯露區(qū)域的表面，形成表面粗化形貌；
[0027]十，在基板背面蒸鍍背電極，去除焊盤電極、擴(kuò)展電極的保護(hù)層，裂片后得到具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管。
[0028]進(jìn)一步，金屬材料填充滿溝槽直至與粗化層表面持平或高于粗化層的上表面。
[0029]進(jìn)一步，在粗化層表面中心區(qū)域制作焊盤電極。
[0030]進(jìn)一步，溝槽設(shè)置為“一”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
[0031]進(jìn)一步，溝槽設(shè)置為“十”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
[0032]進(jìn)一步，溝槽設(shè)置為“ Γ ”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
[0033]進(jìn)一步，粗化層的厚度為1.5-2 μ m。
[0034]進(jìn)一步,粗化層材料包括AlxGapxAs、(AlyGa卜y)0.5In0.5P, I 彡 x 彡 O, I 彡 y 彡 O。
[0035]進(jìn)一步，歐姆接觸層材料包括AlxGa1^As' (AlyGa1^y)0.51%5ρ?.I ^ x ^ O,0.05 彡 y 彡 O。
[0036]進(jìn)一步，歐姆接觸層的厚度為50_200nm。
[0037]進(jìn)一步，腐蝕截止層的材料包括AlGaInP、GaAs或AlGaAs。
[0038]進(jìn)一步，腐蝕截止層的厚度為50_100nm。
[0039]進(jìn)一步，粗化層的材料為砷化物材料，則腐蝕截止層、歐姆接觸層的材料為磷化物材料。
[0040]進(jìn)一步，粗化層的材料為磷化物材料，則腐蝕截止層、歐姆接觸層的材料為砷化物材料。
[0041]采用上述方案后，本實(shí)用新型在粗化層表面形成擴(kuò)展電極的溝槽，通過在溝槽內(nèi)填充金屬形成擴(kuò)展電極，且擴(kuò)展電極形成于歐姆接觸層，歐姆接觸層采用不同于粗化層的材料體系，避免粗化溶液對歐姆接觸層的側(cè)蝕，擴(kuò)展電極的深埋設(shè)計(jì)及不同材料層的外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合，徹底解決了腐蝕去除外延層或表面粗化層引起側(cè)蝕擴(kuò)展電極下的外延層，導(dǎo)致擴(kuò)展電極產(chǎn)生鋸齒狀邊緣或擴(kuò)展電極脫落的技術(shù)問題。
[0042]通過將擴(kuò)展電極制作在歐姆接觸層之上以形成歐姆接觸，焊盤電極制作在粗化層之上，形成非歐姆接觸，焊盤電極與擴(kuò)展電極連接導(dǎo)通，獲得更好的電流擴(kuò)展效果。
[0043]由于不存在擴(kuò)展電極側(cè)蝕問題，所以擴(kuò)展電極周圍無需電極保護(hù)區(qū)域，減少了擋光面積，進(jìn)而增加了出光面積。本實(shí)用新型提高了紅外發(fā)光二極管的發(fā)光效率和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0044]圖1為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的外延結(jié)構(gòu)示意圖；
[0045]圖2為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的溝槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0046]圖3為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的擴(kuò)展電極與焊盤電極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0047]圖4為本實(shí)用新型第一實(shí)施例的芯片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0048]圖5為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的溝槽結(jié)構(gòu)示意圖；
[0049]圖6為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的擴(kuò)展電極與焊盤電極結(jié)構(gòu)示意圖；
[0050]圖7為本實(shí)用新型第二實(shí)施例的芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0051]標(biāo)號(hào)說明
[0052]外延襯底I腐蝕截止層2
[0053]粗化層3歐姆接觸層4
[0054]第一型電流擴(kuò)展層5 第一型限制層6
[0055]有源層7第二型限制層8
[0056]第二型電流擴(kuò)展層9 金屬反射層10
[0057]硅基板11擴(kuò)展電極12
[0058]溝槽13焊盤電極14
[0059]背電極15。
【具體實(shí)施方式】
[0060]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本實(shí)用新型做詳細(xì)描述。
[0061]參閱圖1至圖4所示，本實(shí)用新型揭示的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管第一實(shí)施例；圖1為紅外發(fā)光二極管的外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)為制作具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管的中間體。
[0062]外延結(jié)構(gòu)包括在外延襯底I上表面自下而上依次為腐蝕截止層2、粗化層3、歐姆接觸層4、第一型電流擴(kuò)展層5、第一型限制層6、有源層7、第二型限制層8及第二型電流擴(kuò)展層9。
[0063]其中，外延襯底I采用GaAs襯底且厚度為300 μ m。腐蝕截止層2的材料采用(Ala5Gaa5)a5Ina5PS五族化合物。腐蝕截止層2的厚度為lOOnm。粗化層3的構(gòu)成材料采用Alci 4Gatl 6As三五族化合物。粗化層3的厚度范圍為2 μ m。歐姆接觸層4的構(gòu)成材料采用Gaa5Ina5PH五族化合物。歐姆接觸層4的厚度為lOOnm。第一型電流擴(kuò)展層5的組成材料為Ala2Gaa8As三五族化合物,且厚度為4μ m ;第一型限制層6的材料為Ala5Gaa5As三五族化合物，且厚度為400nm ;第二型限制層8的材料為Ala5Gaa5As三五族化合物，且厚度為500nm;第二型電流擴(kuò)展層9的材料為Ala2Gaa8A三五族化合物，且厚度為6 μ m。有源層7采用AlGaInAs、AlGaAs三五族化合物交替生長的量子阱結(jié)構(gòu)，量子阱的對數(shù)為8對，發(fā)光波長為850nm。
[0064]使用該外延結(jié)構(gòu)制作一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管時(shí)，包括以下步驟:
[0065]一，在外延襯底I上面自下而上依次形成腐蝕截止層2、粗化層3、歐姆接觸層4、第一型電流擴(kuò)展層5、第一型限制層6、有源層7、第二型限制層8及第二型電流擴(kuò)展層9。
[0066]二，在第二型電流擴(kuò)展層9上蒸鍍金屬反射鏡，形成金屬反射層10。
[0067]三，將金屬反射鏡的表面鍵合在具有導(dǎo)電性的硅基板11。
[0068]四，采用濕法腐蝕分別去除外延襯底1、腐蝕截止層2，露出粗化層3。
[0069]五，采用掩膜、光刻等工藝在粗化層3上形成擴(kuò)展電極12的圖形，采用濕法腐蝕去除粗化層3的擴(kuò)展電極12圖形區(qū)域，在粗化層3表面形成具有擴(kuò)展電極圖形的溝槽13，溝槽13的深度至露出歐姆接觸層4，如圖2所示。
[0070]六，在溝槽13內(nèi)蒸鍍金屬材料，形成擴(kuò)展電極12，且金屬材料填充滿溝槽13直至與粗化層3表面持平或高于粗化層3的上表面。
[0071]七，采用掩膜、光刻、蒸鍍等工藝在粗化層3表面的中心區(qū)域制作焊盤電極14，且焊盤電極14與擴(kuò)展電極12連接相通，如圖3所示。
[0072]本實(shí)施例中，溝槽13設(shè)置為“一”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽13內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極12，焊盤電極14設(shè)置在粗化層3表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽13形成擴(kuò)展電極12分別連接導(dǎo)通，該結(jié)構(gòu)制作較為簡單，方便，獲得較好電流擴(kuò)展效果。
[0073]步驟八，在擴(kuò)展電極12和焊盤電極14區(qū)域形成保護(hù)層，去除粗化區(qū)域的保護(hù)層。
[0074]步驟九，采用粗化液蝕刻粗化層3的顯露區(qū)域的表面，形成表面粗化形貌。
[0075]步驟十，在硅基板11背面蒸鍍背電極15，去除焊盤電極13、擴(kuò)展電極12的保護(hù)層，裂片后得到具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，如圖4所示。
[0076]—種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，有源層7 —側(cè)設(shè)置第一型限制層6,第一型限制層6上設(shè)置第一型電流擴(kuò)展層5，第一型電流擴(kuò)展層5上設(shè)置歐姆接觸層4，在歐姆接觸層4上設(shè)置粗化層3 ;在粗化層3上形成溝槽13，在溝槽13中形成擴(kuò)展電極12，擴(kuò)展電極12與歐姆接觸層4接觸形成歐姆接觸；采用掩膜、光刻、蒸鍍工藝在粗化層3表面制作焊盤電極14，焊盤電極14與擴(kuò)展電極12連接導(dǎo)通。
[0077]有源層7另一側(cè)設(shè)置第二型限制層8，第二型限制層8上設(shè)置第二型電流擴(kuò)展層9 ;第二型電流擴(kuò)展層9上設(shè)置金屬反射層10 ;金屬反射層10鍵合在硅基板11上，硅基板11上設(shè)置背電極15。
[0078]如圖5至圖7所示，本實(shí)用新型揭示的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管第二實(shí)施例，與第一實(shí)施例不同在于:
[0079]外延襯底I采用GaAs襯底且厚度為300 μ m。腐蝕截止層2的材料采用GaAs三五族化合物，腐蝕截止層2的厚度d2為60nm。粗化層3的材料采用(Ala7Gaa3)a5Ina5P三五族化合物，粗化層3的厚度為1.8 μ m。歐姆接觸層4的材料采用Ala Aaa9As三五族化合物，歐姆接觸層4的厚度為90nm。第一型電流擴(kuò)展層5的材料為(AlaiGaa9)a5Ina5P三五族化合物，且厚度為4.5μπι。第一型限制層6的材料為(Ala5Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，且厚度為500nm。第二型限制層8的材料為(Ala5Gaa5)a5Ina5P三五族化合物，且厚度為550nm。第二型電流擴(kuò)展層9的材料為01(|.16&(|.9)(|.5111(|.孑三五族化合物，且厚度為511111。有源層7采用AlGaInAs、AlGaAs三五族化合物交替生長的量子阱結(jié)構(gòu)，量子阱的對數(shù)為8對，發(fā)光波長為850nm。
[0080]溝槽13設(shè)置為“十”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽13內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極12，焊盤電極14設(shè)置在粗化層3表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽13形成擴(kuò)展電極12分別連接導(dǎo)通，該結(jié)構(gòu)使得嵌入式擴(kuò)展電極結(jié)構(gòu)更為穩(wěn)定，獲得較好電流擴(kuò)展效果。
[0081]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，并非對本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于:在發(fā)光結(jié)構(gòu)一側(cè)設(shè)置歐姆接觸層，在歐姆接觸層上設(shè)置粗化層；在粗化層上形成溝槽，在溝槽中裸露的歐姆接觸層表面形成擴(kuò)展電極，在粗化層表面形成焊盤電極，焊盤電極與擴(kuò)展電極連接導(dǎo)通。
2.如權(quán)利要求1所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于:溝槽設(shè)置為“一”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
3.如權(quán)利要求1所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于--溝槽設(shè)置為“十”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
4.如權(quán)利要求1所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于:溝槽設(shè)置為“ Γ ”字型，設(shè)置為四個(gè)，在四個(gè)溝槽內(nèi)蒸鍍金屬材料形成擴(kuò)展電極，焊盤電極設(shè)置在粗化層表面中心區(qū)域，與四個(gè)溝槽形成擴(kuò)展電極分別連接導(dǎo)通。
5.如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于:發(fā)光結(jié)構(gòu)包括第一型電流擴(kuò)展層、第一型限制層、有源層、第二型限制層及第二型電流擴(kuò)展層；有源層一側(cè)設(shè)置第一型限制層，第一型限制層上設(shè)置第一型電流擴(kuò)展層，第一型電流擴(kuò)展層上設(shè)置歐姆接觸層，歐姆接觸層上設(shè)置粗化層；有源層另一側(cè)設(shè)置第二型限制層，第二型限制層上設(shè)置第二型電流擴(kuò)展層。
6.如權(quán)利要求5所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管,其特征在于:第二型電流擴(kuò)展層上設(shè)置金屬反射層。
7.如權(quán)利要求6所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管,其特征在于:金屬反射層鍵合在基板上，基板上設(shè)置背電極。
8.如權(quán)利要求5所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于:粗化層的厚度為1.5-2 μ m。
9.如權(quán)利要求5所述的一種具有嵌入式擴(kuò)展電極的紅外發(fā)光二極管，其特征在于:歐姆接觸層的厚度為50-200nm。
【文檔編號(hào)】H01L33/38GK204102929SQ201420493641
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月29日
【發(fā)明者】林志偉, 陳凱軒, 張永, 楊凱, 蔡建九, 白繼鋒, 卓祥景, 姜偉, 劉碧霞 申請人:廈門乾照光電股份有限公司