專利名稱：掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高亮度發(fā)光二極管的制作方法及其結(jié)構(gòu)，特別是利用蝕刻掩埋區(qū)后的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，可以降低發(fā)熱對器件造成損耗，提高器件對注入電流的利用率，提高發(fā)光二極管的出光效率。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(Light Emitting Diode ；LED)屬半導(dǎo)體元器件之一，由于LED具有壽命長、功耗小、體積小、堅固耐用、多色顯示、響應(yīng)時間快、冷光發(fā)射、工作溫度穩(wěn)定性好、電壓低和有利于環(huán)保，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于建筑物外觀照明、景觀照明、標(biāo)識與指示性照明、室內(nèi)空間展示照明、娛樂場所及舞臺照明和視頻屏幕，隨著顯示屏采用LED當(dāng)背光源后，LED將打開了新的應(yīng)用領(lǐng)域。因垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管的發(fā)光方式?jīng)Q定電極位于出光面的上方，所以避免不了電極的遮光與電極下方相對較大的電流密度，Lawrence等人在1983年提出用透明導(dǎo)電膜 Indium-tin oxide (ITO)和 Cadmium-tin oxide (CTI)作為歐姆接觸導(dǎo)電層，由于 ITO 的電導(dǎo)率為2Χ10_4Ω · cm遠(yuǎn)大于半導(dǎo)體的電導(dǎo)率，提高了器件的橫向擴(kuò)展，使得電流密度分布更均勻均，進(jìn)而提高了器件的效率和可靠性。但是電極正下方的高電流密度變化不大，增加了器件的發(fā)熱負(fù)擔(dān)，并且電極正下方的光因無法正面發(fā)射而被反射回來因吸收增加了器件的發(fā)熱負(fù)擔(dān)。傳統(tǒng)四元系A(chǔ)lfeJnP LED使用GaP或(AlxGEi91J)a5Ina5P作為電流層，由于電流擴(kuò)展層摻雜濃度與電子遷移率的限制無法獲得均勻分布的電流密度，為使電流擴(kuò)展均勻，發(fā)光效率高，大部分芯片的電極制作在芯片的正中心。因此無法避免電流密度分布不均而引起的發(fā)光效率低，器件發(fā)熱而可靠性下降。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述傳統(tǒng)LED的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，以提高電流的注入效率和發(fā)光效率。為了達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案是掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，采用MOCVD、MBE或其他設(shè)備在基板生長外延層， 外延層可以通過鍵合方式或某種方式轉(zhuǎn)移到另一基板，出光層另一側(cè)作為第一電極，通過掩膜保護(hù)，利用干法蝕刻或濕法蝕刻制作掩埋區(qū)，蝕刻深度越過有源層，再通過真空濺射設(shè)備掩埋區(qū)內(nèi)鍍制鈍化膜作為隔離層，隔離層上方或附近鍍制第二電極。所述的基板為GaAs基板或GaN基板或SiC基板。所述的另一基板為Si基板、GaP基板、鋁基板、陶瓷基板、銅基板、鉬基板和其它金屬基板中的一種。所述的外延層包括一截止層、一歐姆接觸層、一下限制層、一有源層、一上限制層和一電流擴(kuò)展層中的多種組合。
所述的鈍化膜由PECVD、磁空濺射、蒸鍍等真空沉積方法制成。所述的鈍化膜選自Si的氧化物、Si的氮化物薄膜、Ti的氧化物、Sn的氧化物、Mg 的氟化物和鋁的氧化物中的一種或幾種，該鈍化膜透明并且具有阻擋金屬與外延層互擴(kuò)散的特性。所述的掩埋區(qū)為多邊形結(jié)構(gòu)或圓環(huán)結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)或以上幾種圖形的組合結(jié)構(gòu)。所述的第一電極與第二電極選自AiuAuBe合金、AuGe合金、AuSi合金、Au釙合金、 Ag、Al、Cu、In、Ti、Cr、Sn、Pb、Pt、Au-Sn 合金和 Ni 中的一種或幾種組合。所述的截止層的構(gòu)成元素選自III族和V族，其中包括鋁Al、鎵( 、銦In、磷P和砷As，截止層是由其中的幾種元素組合而成。所述的第二電極為圓形或圓形帶有觸角的形狀。采用上述結(jié)構(gòu)后，本發(fā)明先利用曝光顯影技術(shù)，再通過濕法蝕刻或干蝕刻的方式挖掉電極正下方的外延層。利用高真空沉積設(shè)備在蝕刻的掉的區(qū)域沉積鈍化膜，再蒸鍍其他金屬作為掩埋層，鈍化膜作為絕緣層，阻止電流從正下方流過，電極正下方的電流密度為零，因此減少因電流密度集中在電極正下方造成的發(fā)熱，提高了電流的注入效率和發(fā)光效率。


圖1為正裝LED芯片結(jié)構(gòu)與電流分布圖；圖2為倒裝LED芯片結(jié)構(gòu)與電流分布圖；圖3為帶有ITO結(jié)構(gòu)的正裝芯片；圖4為掩埋式正裝LED的芯片結(jié)構(gòu)；圖5為掩埋式倒裝LED的芯片結(jié)構(gòu)；圖6為傳統(tǒng)LED電極結(jié)構(gòu)；圖7為掩埋式LED的電極結(jié)構(gòu)。附圖標(biāo)記說明101上電極102歐姆接觸層103電流擴(kuò)展層104上限制層105有源層106下限制層107DBR層108基板109下電極208多金屬層302歐姆接觸導(dǎo)電層408、508掩埋層409、509鈍化膜701電流擴(kuò)展電極702中心焊線電極
具體實(shí)施例方式本發(fā)明采用干法與濕法蝕刻兩種方式去除發(fā)熱大、對光無貢獻(xiàn)的部分，再通過掩埋鈍化膜作為絕緣層防止電流直接注入造成漏電的影響，通常鈍化膜的厚度需超過500以上，防止因膜層太薄被電流擊穿而漏電。由于鈍化膜與不同金屬的粘附力差異較大，因此作為掩埋層的物質(zhì)應(yīng)與鈍化膜有良好的粘力，避免電極脫落。圖1至圖5中箭頭表示電流的注入方式，電流從上電極注入到歐姆接觸層，通過電流擴(kuò)展層延伸到兩側(cè)，由于電流擴(kuò)展層的摻雜濃度很難超過1. OX 1021，電導(dǎo)率遠(yuǎn)小于金屬， 因此電流擴(kuò)展長度受限，靠近芯片邊緣電流密度越來越小。通過電極直接注入到外延層的電流不需要擴(kuò)展而受到最小的勢壘，因此電極正下方的電流密度最大，電流注入到有源層發(fā)射的光在法向光最強(qiáng)，由全反射理論得出法向左右17度范圍的光才能通過芯片表面以上。圖3為解決傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LED的缺點(diǎn)，采用透明導(dǎo)電膜hdium-tin oxide (ITO)作為歐姆接觸導(dǎo)電層302，透明導(dǎo)電膜的導(dǎo)電率介于金屬與半導(dǎo)體之間，只能改善半導(dǎo)體導(dǎo)電差的缺點(diǎn)，而且電極正下方的光仍被遮擋。實(shí)施例一如圖1所示，在一生長基板108，材料可為GaAs、GaN或SiC等，通過有機(jī)金屬氣相外延法在基板108上依序生長DBR層107 (材料為GaAs/AWaAs或GaN/AWaN)，下限制層 106 (材料為 AlInP 或 AlGaN)，有源層 105 (材料為 AlxGa(1_x) InP 或 AlxGa(1_x) InN)，上限制層
104(材料為 AlInP 或 AlGaN)，電流擴(kuò)展層 103 (材料為 GaP 或(AlxGaa_x)) α 5Ιη0.5Ρ 或 GaN)， 歐姆接觸層102 (材料為hxGa(1_x)A或GaP或GaN)，形成完整的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)。在歐姆接觸層102上做掩膜，通過曝光和顯影技術(shù)制作出掩埋區(qū)域的圖形，由于濕法蝕刻對材料的選擇性，不同的外延結(jié)構(gòu)選用不同的蝕刻液，選用HCl HNO3 H2O =1:3: 2蝕刻GaP五分鐘，選用HCl H2O = 1 15蝕刻限制層五十秒，選用 HCl CH3COOH H2O = 1 10 10蝕刻有源層三十秒，蝕刻后的區(qū)域?yàn)閳A柱形結(jié)構(gòu)，如圖4所示，在圓柱形的側(cè)壁蒸鍍5000A TiO2鈍化膜防止漏電，再經(jīng)涂膠、曝光、顯影和蝕刻， 蝕刻掉多余的鈍化膜，只留下掩埋區(qū)的鈍化膜409。經(jīng)過ICE與IPA清洗后，涂膠、曝光和顯影，低溫蒸鍍掩埋層408，用剝離的方式制作掩埋層圖形，掩埋材料選取金屬鋁，鋁與TiO2 具有良好的粘附性，避免掩埋層脫離的問題。再經(jīng)過涂膠、曝光和顯影制作出上電極101圖形，在低溫條件下蒸鍍AuBe/Ti/Pt/Au作為上電極101，電極101的結(jié)構(gòu)如圖6所示，其中 AuBe作為歐姆接觸層，Ti/Pt作為阻擋層，Au作為焊線層，再經(jīng)過420度高溫合金。經(jīng)過化學(xué)溶液511清洗，蒸鍍下電極(N電極)109，N電極材料選取AuGe。經(jīng)過測試后切穿，制作出圖4的產(chǎn)品。實(shí)施例二如圖2所示，是將外延層轉(zhuǎn)移到另一基板之上的芯片結(jié)構(gòu)，外延層與另一基板的結(jié)合是通過多金屬層208的鍵合來實(shí)現(xiàn)的，外延層包括歐姆接觸層102(材料為hxGa(1_x) As)，電流擴(kuò)展層103(材料為(AlxGa(U)a5Ina5P),上限制層104 (材料為AlInP)，有源層
105(材料為AlxGa(1_x)hP)，下限制層106 (材料為AlhP)，電流擴(kuò)展層103 (材料為GaP或 (AlxGa(H))a 51% 5P或GaN)，形成完整發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)。再通過金屬組粘合技術(shù)將外延層轉(zhuǎn)移到Si基板上，圖中多金屬層208是Au、AuBe合金、Ag、Al、Ti、Cr、Pt、Au-Sn合金和Ni的組合。圖2所示的芯片結(jié)構(gòu)是采用多金屬鍵合的方式將傳統(tǒng)的外延片鍵合在Si基板 108上，用NH4OH H2O2蝕刻液去掉GaAs基板，再經(jīng)過上膠、曝光和顯影制作出電流擴(kuò)展電極701圖形，低溫蒸鍍AuGe/Ni/Au，經(jīng)ACE超聲剝離后，制作出電流擴(kuò)展電極701。再用 NH4OH H2O2蝕刻液去掉GaAs的歐姆接觸層。經(jīng)過上膠、曝光和顯影技術(shù)制作掩埋區(qū)圖形， 用HCl H2O=I 15蝕刻限制層三分鐘，選用HCl CH3COOH H2O = 1 10 10蝕刻有源層三十秒，蝕刻后的區(qū)域?yàn)閳A柱形結(jié)構(gòu)，在圓柱形的側(cè)壁蒸鍍5000ATi02_化膜防止漏電，再經(jīng)涂膠、曝光、顯影和蝕刻，蝕刻掉多余的鈍化膜，只留下掩埋區(qū)的鈍化膜509。經(jīng)過ICE與IPA清洗后，涂膠、曝光和顯影，低溫蒸鍍掩埋層508，用剝離的方式制作掩埋層圖形，掩埋材料選取金屬鋁，鋁與TW2具有良好的粘附性，避免掩埋層脫離的問題。再經(jīng)過涂膠、曝光和顯影制作中心焊線電極702圖形，如圖7所示，在低溫條件下蒸鍍Ti/Pt/Au作為中心焊線電極702，其中Ti/Pt作為阻擋層，Au作為焊線層，701與702共同組成上電極。經(jīng)過ICE與IPA清洗后蒸鍍下電極109，電極材料選取Al/Au，再經(jīng)400度高溫合金。合金后涂膠、曝光和顯影制作切割道圖形，用干法蝕刻技術(shù)，蝕刻到GaP層，然后測試、切割，制作出圖5的產(chǎn)品。于上述實(shí)例中，傳統(tǒng)發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)中，如圖1所示電極101正下方的電流注入密度最大，這部分的電流注入對發(fā)光沒有貢獻(xiàn)，并且增加了器件的發(fā)熱損耗，降低了器件壽命。通過挖去電極101正下方的外延層后，如圖4和圖5所示，掩埋區(qū)對電流沒有消耗，通過電流擴(kuò)展電極701均勻注入到外層內(nèi)，提高了電流注入效率，進(jìn)而提高發(fā)光效率。以上所述實(shí)施實(shí)例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想和特點(diǎn)，主要目的是為了讓本領(lǐng)域的技術(shù)人員了解本發(fā)明的內(nèi)容并據(jù)以實(shí)施，但并非限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的保護(hù)范圍以權(quán)利要求書為準(zhǔn)，任何相關(guān)技術(shù)人員對本發(fā)明的些許修飾和變化，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求書所要求的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，在基板生長外延層，外延層可以通過某種方式轉(zhuǎn)移到另一基板，出光層另一側(cè)作為第一電極，其特征在于利用干法蝕刻或濕法蝕刻制作掩埋區(qū)，蝕刻深度越過有源層，掩埋區(qū)內(nèi)鍍制鈍化膜作為隔離層，隔離層上方或附近鍍制第二電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于基板為GaAs基板或GaN基板或SiC基板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于另一基板為Si 基板、GaP基板、鋁基板、陶瓷基板、銅基板、鉬基板和其它金屬基板中的一種。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于外延層包括一截止層、一歐姆接觸層、一下限制層、一有源層、一上限制層和一電流擴(kuò)展層中的多種組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于鈍化膜由 PECVD、磁空濺射、蒸鍍等真空沉積方法制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于鈍化膜選自Si 的氧化物、Si的氮化物薄膜、Ti的氧化物、Sn的氧化物、Mg的氟化物和鋁的氧化物中的一種或幾種。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于掩埋區(qū)為多邊形結(jié)構(gòu)或圓環(huán)結(jié)構(gòu)或圓形結(jié)構(gòu)或以上幾種圖形的組合結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于第一電極與第二 電極選自 Au、AuBe 合金、AuGe 合金、AuZn 合金、AuSb 合金、Ag、Al、Cu、In、Ti、Cr、Sn、Pb、 Pt、Au-Sn合金和Ni中的一種或幾種組合。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于截止層的構(gòu)成元素選自III族和V族，其中包括鋁Al、鎵Ga、銦In、磷P和砷As，截止層是由其中的幾種元素組合而成。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，其特征在于第二電極為圓形或圓形帶有觸角的形狀。
全文摘要
本發(fā)明公開一種掩埋式高亮度發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，采用MOCVD、MBE或其他設(shè)備在基板生長外延層，外延層可以通過鍵合方式或某種方式轉(zhuǎn)移到另一基板，出光層另一側(cè)作為第一電極，通過掩膜保護(hù)，利用干法蝕刻或濕法蝕刻制作掩埋區(qū)，蝕刻深度越過有源層，再通過真空濺射設(shè)備掩埋區(qū)內(nèi)鍍制鈍化膜作為隔離層，隔離層上方或附近鍍制第二電極。本發(fā)明提高了電流的注入效率和發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/14GK102208506SQ201010140070
公開日2011年10月5日 申請日期2010年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年3月30日
發(fā)明者劉建鋆, 彭紹文, 李濤, 楊凱, 王向武, 黃尊祥 申請人:廈門乾照光電股份有限公司