一种铜基板高亮度AlGaInP发光二极管及其制造方法
【专利摘要】一种铜基板高亮度AlGaInP发光二极管及其制造方法，属于LED生产应用技术领域，以厚度为150～200μm的铜基板为永久衬底，在侧制作键合层；在临时衬底的一侧进行外延工艺，形成外延片，通过键合层将两者键合后制成芯片，特点是：以硅进行掺杂制作n?GaAs欧姆接触层时，以镁进行掺杂制作p?GaP电流扩展层，在制作p?GaP电流扩展层后，于p?GaP电流扩展层上制作氧化铟锡透明导电层，再在氧化铟锡透明导电层上蒸镀金反射镜层。本发明可增加光电效应，大幅提升发光二极管的发光强度。
【专利说明】
一种铜基板高亮度AI Ga I nP发光二极管及其制造方法
技术领域
[0001]本发明属于LED生产应用技术领域，特别涉及AlGaInP发光二极管的芯片制造技术。
【背景技术】
[0002]四元系LED芯片由于其发光效率高，颜色范围广耗电量少、寿命长、单色发光、反应速度快、耐冲击、体积小等优点而被广泛的应用于指示、显示各种装置上、汽车内部指示灯、家电指示灯、交通停信号灯、家用照明上，特别是高亮度及高功率的发光二极管组件需求量大增，因此，对于高亮度的发光二极管研究及制作必须加紧脚步，以满足高亮度发光二极管于照明市场的需求。
[0003]常规垂直结构AlGaInP发光二极管是基于P-GaP电流扩展层进行横向扩展，将电流注入发光区，但由于P-GaP电流扩展能力有限，电极下方附近区域电流密度较高，离电极较远的区域电流密度较低，导致整体的电流注入效率偏低，从而降低了发光二极管的出光效率。
[0004]GaAs基板本身散热并不好，其能隙(Eg)大约在1.42eV，但其发光层AlGaInP所发出光的能量则介于1.88eV?2.3eV之间，主动层发出的光是四面八方放射的，理论上就将会有一半的光被GaAs基板吸收而降低了LED发光效率，且随着温度的升高，漏电流随之增加，LED的发光效率也将随之下降，为了让LED有更好的发光效率并能承受更高的电流输入，可以用散热性能好的其它衬底代替砷化镓衬底，并增加金属全方位反射镜来制造反极性结构的AlGaInP基发光二极管，可以提升发光效率，并结合表面粗化与全方位反射镜技术可获得具有更低热阻值、散热性能更好、亮度会更高的芯片。
[0005]可以取代GaAs基板且散热能力强的材料有硅、金、银、铜等高散热系数的材料，但是由于LED在制作上，最好能尽量降低成本，而金、银的价格偏高，并不适合当厚基板来用，还有硅、铜可以参考，硅的导热系数是191W/m.k，铜的导热系数是397W/m.k，相比之下铜基板的优势比较明显。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种铜基板高亮度AlGaInP发光二极管。
[0007]本发明的衬底为厚度为150?200μπι的铜基板，在衬底的一侧设置η面扩展电极，在衬底的另一侧依次设置键合层、金反射镜层、氧化铟锡透明导电层、P-GaP电流扩展层、P-AlGaInP限制层、MQW有源层、n-AlGalnP限制层和n-AlGalnP粗化层，n-GaAs欧姆接触层设置在部分n-AlGalnP粗化层上，P面扩展电极层设置在n-GaAs欧姆接触层上，P电极设置在部分P面扩展电极层上。
[0008]本发明的特点=P-GaP电流扩展层与氧化铟锡透明导电层形成良好的欧姆接触，金反射镜层的高反射率材料金可以将更多的光子反射回来，粗化的n-AlGalnP层可减少光子的全反射，增加出光效率，铜基板优良的散热功能，电流经η主电极流经η扩展电极，注入到MQW有源层，减少热效应损失，增加光电效应，可以大幅提升发光二极管的发光强度。
[0009]进一步地，本发明所述氧化铟锡透明导电层的厚度为200?350nm，可与P-GaP形成欧姆接触并对电流形成良好的扩展。
[0010]所述金反射镜层的厚度为2?3μπι。金反射镜层主要作为高反射率的反射镜层与共晶键合层。
[0011]本发明另一目的是提出以上产品的制作方法。
[0012]本发明包括以下步骤:
1)在永久衬底的一侧制作键合层，所述永久衬底为厚度为150?200μπι的铜基板；
2)在临时衬底的一侧依次处延生长n-GaAs缓冲层、GaInP阻挡层、n-GaAs欧姆接触层、可粗化的n-AlGalnP层、n-AlGalnP限制层、MQW有源层、p-AlGalnP限制层和p_GaP电流扩展层，在制作P-GaP电流扩展层后，于P-GaP电流扩展层上制作氧化铟锡透明导电层，再在氧化铟锡透明导电层上蒸镀金反射镜层，取得外延片；
其中，在制作n-GaAs欧姆接触层时，以硅进行掺杂;在制作p_GaP电流扩展层时，以镁进行掺杂；
3)通过所述键合层，将步骤I)和步骤2)取得的半制品形成键合；
4)去除键合后的临时衬底、n-GaAs缓冲层和GaInP阻挡层后，在n-GaAs欧姆接触层上制作形成P面扩展电极层，再去除P面扩展电极层区域以外的n-GaAs欧姆接触层，对可粗化的n-AlGalnP层进行表面粗化处理；
5 )在P面扩展电极层上制作P电极，在永久衬底的另一侧制作η面扩展电极。
[0013]本发明选用高散热系数的铜材料为永久基板，工艺简单，具有传统结构发光二极管成本低，良率高的优点，适宜批量化生产，利于取得高质量、低成本的产品。
[0014]进一步地，本发明在制作所述n-GaAs欧姆接触层时，娃掺杂浓度为IX 118CnT3?3 X 118Cnf3^-GaAs型为硅掺杂，硅浓度在此范围内可以满足形成良好欧姆接触导电的需求。
[0015]在制作p-GaP电流扩展层时，镁进掺杂浓度为8 X 117Cnf3?I X 10 19Cnf313P-GaP型为镁掺杂，镁浓度在此范围内可以满足形成良好欧姆接触导电的需求。
[0016]进一步地，本发明所述氧化铟锡透明导电层的厚度为200?350nm，其主要作用是与高掺的P-GaP形成欧姆接触并对电流形成良好的扩展。
[0017]所述金反射镜层的厚度为2?3μπι。金反射镜层主要作为高反射率的反射镜层与共晶键合层。
【附图说明】
[0018]图1为本发明制作形成的外延片的结构示意图。
[0019]图2为在铜基板上制作键合层后的结构示意图。
[0020]图3为本发明的产品结构示意图。
[0021]图4为图3的俯向视图。
【具体实施方式】
[0022]一、本发明的具体实施步骤: 1、在作为外延层GaAs临时衬底100上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)依次外延生长n-GaAs缓冲层101、GaInP阻挡层102、n_GaAs欧姆接触层103、可粗化的n-AlGalnP层104、n-AlGaInP限制层105、MQW有源层106、p_AlGaInP限制层107，p_GaP电流扩展层108。
[0023]其中GaAs临时衬底100的厚度为250?350μπι。
[0024]n-GaAs欧姆接触层103的厚度为30?500nm，优选45nm，硅掺杂浓度为I X 1018cm—3?3 X 118Cnf3(本例优选I X 1018cm-3 以上)ο
[0025]可粗化的n-AlGalnP层104的厚度为0.5?3μπι。
[0026]P-GaP电流扩展层108的厚度为2?5μπι，镁掺杂浓度为8 X 1017cm—3?I X 10 19cm—3。
[0027]将完成外延制作的芯片用511溶液液清洗P-GaP电流扩展层108，电子束蒸镀氧化铟锡透明导电层200，厚度为200?350nm (本例采用300nm)，芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗lOmin，采用电子束蒸镀的方式在氧化铟锡透明导电层200上蒸镀金反射镜层201，厚度为2?3μηι(本例选用2.5μηι)，形成的外延片如图1所示。
[0028]2、将厚度为150?200μπι (本例选用160μπι)的铜基板300使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗lOmin，采用电子束蒸镀的方式在铜基板300上蒸镀Cr层301，厚度为50nm，在Cr层301上蒸镀Au层302，厚度2.5μπι，形成键合层，如图2所示。
[0029]其中Cr层主要起到增加与金与铜的粘附力的作用，Au层主要作为反射镜层与共晶键合层。
[0030]3、将蒸镀完成反射镜的外延片与蒸镀完键合层的铜基板利用晶圆键合技术，在320°C温度、4000kg压力、30min条件下实现两者共晶键合。
[0031]在完成键合的GaAs临时衬底100上，采用氨水和双氧水混合溶液完全去除GaAs临时衬底10和n-GaAs缓冲层101。
[0032]采用盐酸、磷酸和水的混合溶液完全去除GaInP阻挡层102。
[0033]使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗1min，采用电子束蒸镀的方式在n-GaAs欧姆接触层103上蒸镀AuGe/Au层，其中AuGe/Au层厚度分别为150/200nm，AuGe/Au层上旋涂正性光亥酸，通过曝光，显影，制作出扩展电极图案，使用K1、I2、水溶液蚀刻出η面扩展电极400，扩展电极为线型，分两主辅段，主段线宽度为12μηι，辅段线宽度为8μηι，长度为10?50μηι，通过去胶液去除表面旋涂正性光刻胶。即完成η面扩展电极400的制作。
[0034]4、将完成η面扩展电极400的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗lOmin，旋涂正性光刻胶，通过曝光，显影，制作出保护扩展电极图案，采用磷酸和双氧水的混合溶液去除η扩展电极400以外区域的n-GaAs欧姆接触层103，通过去胶液去除表面旋涂正性光刻胶。
[0035]5、对可粗化的n-AlGalnP层104使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗1min，旋涂正性光刻胶，通过曝光，显影，制作出保护扩展电极图案，使用化学湿式蚀刻的方式，溶液为H3P04:HC1:H20=5:1: I，温度30°C，时间10?3003，粗化深度为0.8?1.5μπι，形成均匀粗糙出光面，通过去胶液去除表面旋涂正性光刻胶，完成粗化的n-AlGalnP层104的制作。
[0036]6、在粗化的n-AlGalnP层104上使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗lOmin，旋涂负性光刻胶，经过烘烤，曝光，烘烤，显影通过高速旋干机将样品旋干、等离子打胶后，采用电子束蒸镀方式蒸镀η主电极401，n主电极401为圆形，直径ΙΟΟμπι，材料为Cr/Ti/Pt/Au，厚度分别为50]1111、5011111、10011111、300011111，使得11主电极401与η扩展电极400形成良好的电学连接，采用剥离的方式去除负性光刻胶。
7、在铜基板300的另一面使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗1min，采用电子束蒸镀方式蒸镀P电极402，P电极402材料为0/^11，厚度为50/10011111。
[0037]再将AlGaInP发光二极管经历430°C氮气氛围中退火60S，进行快速退火以获得η面扩展电极400和n-GaAs欧姆接触层103、p_GaP电流扩展层108与氧化铟锡透明导电层200形成良好的欧姆接触，高温熔合可以使各层蒸镀电极与基板形成良好的粘附力。
[0038]上述步骤完成图案化高亮度AlGaInP发光二极管的制作，产品如图3、4所示。
[0039]二、产品结构特点:
如图3、4所示，在GaAs衬底100的一侧设置η面扩展电极402，在GaAs衬底100的另一侧依次设置由Cr层301和Au层302组成的键合层、金反射镜层201、氧化铟锡透明导电层200、P-GaP电流扩展层108、p-AlGaInP限制层107、MQW有源层106、n_AlGaInP限制层105和n_AlGaInP粗化层104，n-GaAs欧姆接触层103设置在部分n-AlGalnP粗化层104上，p面扩展电极层400设置在n-GaAs欧姆接触层103上，p电极401设置在部分p面扩展电极层400上。
[0040]其中，氧化铟锡透明导电层200的厚度为200?350nm，金反射镜层的厚度为2?3μmD
[0041]以上实施例并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围情况下，还可做出同等的变化或变换。因此所有等同的技术方案也应该以属于本发明的范畴。
【主权项】
1.一种铜基板高亮度AlGaInP发光二极管，包括衬底，在衬底的一侧设置η面扩展电极，在衬底的另一侧设置键合层、P-GaP电流扩展层、P-AlGaInP限制层、MQW有源层、η-AlGaInP限制层、n_AlGaInP粗化层、n_GaAs欧姆接触层、p面扩展电极层和P电极;其特征在于还包括氧化铟锡透明导电层和金反射镜层，在所述衬底的另一侧上依次设置键合层、金反射镜层、氧化铟锡透明导电层、P-GaP电流扩展层、p-AlGalnP限制层、MQW有源层、n-AlGaInP限制层和n_AlGaInP粗化层，所述n_GaAs欧姆接触层设置在部分n_AlGaInP粗化层上，所述P面扩展电极层设置在所述n-GaAs欧姆接触层上，P电极设置在部分P面扩展电极层上;所述衬底为厚度为150?200μπι的铜基板。2.根据权利要求1所述铜基板高亮度AlGaInP发光二极管，其特征在于:所述氧化铟锡透明导电层的厚度为200?350nmo3.根据权利要求1或2所述铜基板高亮度AlGaInP发光二极管，其特征在于:所述金反射镜层的厚度为2?3μηι。4.如权利要求1所述铜基板高亮度AlGaInP发光二极管的制造方法，包括以下步骤: .1)在永久衬底的一侧制作键合层； . 2)在临时衬底的一侧依次处延生长n-GaAs缓冲层、GaInP阻挡层、n_GaAs欧姆接触层、可粗化的n-AlGalnP层、n-AlGalnP限制层、MQW有源层、p-AlGalnP限制层和p_GaP电流扩展层，取得外延片； .3)通过所述键合层，将步骤I)和步骤2)取得的半制品形成键合； .4)去除键合后的临时衬底、n-GaAs缓冲层和GaInP阻挡层后，在n_GaAs欧姆接触层上制作形成P面扩展电极层，再去除P面扩展电极层区域以外的n-GaAs欧姆接触层，对可粗化的n-AlGalnP层进行表面粗化处理； .5 )在P面扩展电极层上制作P电极，在永久衬底的另一侧制作η面扩展电极； 其特征在于: 所述永久衬底为厚度为150?200μπι的铜基板； 在制作n-GaAs欧姆接触层时，以娃进行掺杂； 在制作P-GaP电流扩展层时，以镁进行掺杂； 在制作P-GaP电流扩展层后，于P-GaP电流扩展层上制作氧化铟锡透明导电层，再在氧化铟锡透明导电层上蒸镀金反射镜层。5.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于:在制作所述n-GaAs欧姆接触层时，娃掺杂浓度为I X 118Cnf3 ?3 X 118Cnf3。6.根据权利要求4所述的制造方法，其特征在于:在制作p-GaP电流扩展层时，镁进掺杂浓度为8 X 117Cnf3?I X 10 19cm—3。7.根据权利要求4或5或6所述的制造方法，其特征在于:所述氧化铟锡透明导电层的厚度为200?350nm。8.根据权利要求4或5或6所述的制造方法，其特征在于:所述金反射镜层的厚度为2?3μ??ο
【文档编号】H01L33/00GK106098876SQ201610711477
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】肖和平, 王宇, 孙如剑, 郭冠军, 李威, 张英, 马祥柱, 杨凯
【申请人】扬州乾照光电有限公司