专利名称：6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片的制作方法
技术领域：
本发明涉及四元AlGaInP发光二极管(LED)芯片的结构及其制作方法，属半导体光电子 加工技术领域。
背景技术：
高亮度AlGalnP四元LED具有寿命长、稳定性好、节能环保等优点，广泛应用于户内外 显示屏、城市亮化、交通信号灯、汽车用灯、液晶显示背光源等领域。
现有常规AlGalnP四元LED芯片采用GaAs基底，其芯片的结构如图1所示，包括外延层 9和GaAs基底7，外延层9的顶面设有P型电极1， GaAs基底7的底面设有N型电极8，外 延层9由上至下依次为P型GaP层2、 P型AlGalnP层3、发光层4、 N型AlGalnP层5和DBR (布拉格)反射层6， P型电极设置在P型GaP层2上。该类芯片使用的是热导率较差的GaAs 基底(热导率0.46W/cm K)，在大电流、高功率工作条件下，GaAs基底LED芯片散热不良， 性能提升有很大的局限性。
6H-SiC基底具有大的热导率(达到4.9W/cm K)，比GaAs基底高约十倍，在此基底上工 作的管芯可以工作在大电流下，功率增加，可靠性增加，散热良好，能够克服了GaAs基底上 四元AlGalnP发光二极管芯片的缺点。但是由于制备工艺的不完善，目前还没有6H-SiC基底 四元AlGalnP发光二极管芯片的产品问世。
发明内容
本发明针对现有AlGalnP四元发光二极管芯片采用GaAs基底存在的不适应大电流、高输 出功率工作条件的问题，提供一种大电流、高输出功率的6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯 片及其制作方法，同时提供一种该LED芯片的制作工艺。
本发明的6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片包括基底和基底上的外延层，以6H_SiC 材料作为基底，外延层由上至下依次为N型AlGalnP层、发光层、P型AlGalnP层、P型GaP 层和金属反射及粘结层，在N型AlGalnP层上设置N型电极，在6H-SiC基底的底面或金属反 射及粘结层上设置P型电极。金属反射及粘结层包括一层粘接层和一个金属反射镜。
6H-SiC材料可以是导电6H-SiC单晶(电阻率小于0. 1欧姆 厘米)或绝缘6H-SiC单晶 (电阻率大于103欧姆，厘米)。
上述6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片的制作工艺是
在经过抛光的6H-SiC基底表面上蒸镀一层粘接层及金属反射镜，再通过加热、真空及静 压的方法将LED外延层与6H-SiC基底粘接在一起，再用选择腐蚀的方法将原GaAs基底腐蚀 剥离掉，制作成以6H-SiC为基底的LED晶片，经蒸镀、刻蚀等工艺形成电极制成管芯。具体 包括以下步骤
(1) 首先在GaAs基底上生长外延结构，按常规由下至上依次外延生长N型AlGalnP层、 发光层、P型AlGalnP层和P型GaP层，制成外延层；
(2) 在经过抛光的6H-SiC基底上蒸镀金属反射及粘结层，金属反射及粘结层包括一层 粘接层和一个金属反射镜；(3) 在20(rC 40(TC加热、小于1Torr的真空及30PSI 80PSI的静压的条件下将步骤 (1)制备的外延层中P型GaP层与步骤(2)中的金属反射及粘结层对接；
(4) 选择性腐蚀掉GaAs基底；
(5) 在N型AlGalnP层上制作N型电极，在6H_SiC基底的底面或金属反射及粘结层上 制作P型电极。
本发明的AlGalnP LED芯片是以热导率高于GaAs材料10倍的6H-SiC材料为基底，将 LED发光层从GaAs上转移到6H_SiC基底上，与现有的AlGalnP四元LED芯片的外延层结构 自上至下正好相反，制作出了大电流、高输出功率的AlGalnP四元LED芯片。由于6H-SiC材 料的热导率高，可大幅度改善产品的高温特性，提高产品可靠性，在大功率应用方面存在着 其它类型LED无法比拟的优势。
图1是现有GaAs基底的AlGalnP常规LED四元芯片结构示意图。
图2是本发明实施例l的以导电6H-SiC为基底的反极性AlGalnP LED芯片的结构示意图。
图3是本发明实施例2的以绝缘6H-SiC为基底的反极性AlGalnP LED芯片结构示意图。
图4是本发明制作工艺中的外延层结构示意图。
图5是6H-SiC基底、金属反射层及粘结层制作步骤示意图。
图6是6H-SiC基底与外延层粘接步骤的示意图。
图7是GaAs基底腐蚀剥离步骤的示意图。
图8是外延层局部蚀刻步骤的示意图。
图中1、 P型电极，2、 P型GaP层，3、 P型AlGalnP层，4、发光层，5、 N型AlGalnP 层，6、 DBR反射层，7、 GaAs基底，8、 N型电极，9、外延层，10、金属反射及粘结层，11、 导电6H-SiC基底，12、绝缘6H-SiC基底。
具体实施方式
实施例l
本实施例的6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片是以导电6H-SiC为基底的，其芯片结 构如图2所示，也包括外延层9，但是外延层9由上至下依次为N型AlGalnP层5、发光层4、 P型AlGalnP层3 、 P型GaP层2和金属反射及粘结层10 (包括一层粘接层及一个金属反射 镜)，在N型AlGalnP层5的上面(外延层9的顶面)设置N型电极8。外延层9生长在导电 的6H-SiC基底ll上，在导电6H-SiC基底ll的底面设置P型电极l。由此可见本发明是以 热导率高于GaAs材料10倍的6H-SiC材料为基底，将LED发光层从GaAs基底上转移到6H-SiC 基底上，与现有的AlGalnP四元LED芯片的结构正好相反，成为反极性LED芯片。 上述以导电6H-SiC为基底的反极性AlGalnP LED芯片的制作工艺步骤如下
1. 首先在GaAs基底7上生长外延结构，如图4所示，按常规由下至上依次外延生长N 型AlGalnP层5、发光层4、 P型AlGalnP层3和P型GaP层2，制成外延片。
2. 在2英寸导电6H-SiC基底ll上蒸镀金属反射及粘结层lO，如图5所示。
3. 在加热(200。C 400。C)、真空(真空度小于lTorr)及静压(30~80PSI)的条件下将 步骤1制备的外延片与步骤2制备的蒸镀有金属反射及粘结层10的导电6H-SiC基底11粘接 在一起，如图6所示，粘接时，是将P型GaP层2与金属反射及粘结层10对接。4. 选择性腐蚀GaAs基底，腐蚀液(按体积比)硫酸双氧水水=3: 1: l的比例配制， 直到全部去掉GaAs材料。如图7所示。
5. 如图2所示在N型AlGalnP层5上制作N型电极8，在导电6H-SiC基底11的底面制 作P型电极1。
实施例2
本实施例的6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片是以绝缘6H-SiC为基底，如图3所示， 以绝缘6H-SiC基底12替代实施例1的导电6H-SiC基底11，并且将P型电极1制作在金属 反射及粘结层10上，其余结构与实施例1的以导电6H-SiC为基底的反极性AlGalnP四元LED 芯片一样。
本实施例的以绝缘6H-SiC为基底的反极性AlGalnP LED芯片的制作工艺步骤如下
1. 如图4所示，同样先在GaAs基底7上按常规外延生长LED外延结构，由下至上依次 外延生长N型AlGalnP层5、发光层4、 P型AlGalnP层3和P型GaP层2，制成外延片。
2. 在加工好的绝缘6H-SiC基底12上蒸镀金属反射及粘结层10，参照图5所示。
3. 参照图6所示，在加热(200 400度)、真空(真空度小于1Torr)及静压(3(T80PSI) 的条件下将步骤1制备的外延片与步骤2制备的蒸镀有金属反射及粘结层10的绝缘6H-SiC 基底12粘接在一起，粘接时将P型GaP层2与金属反射及粘结层10对接。
4. 选择性腐蚀掉原GaAs基底7，如图7所示。
5. 如图8所示，将外延层的局域刻蚀掉。
6. 如图3所示在N型AlGalnP层5上制作N型电极8，在金属反射层及粘结层10上制 作P型电极1。
权利要求
1.一种6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片，包括基底和基底上的外延层，其特征是以6H-SiC材料作为基底，外延层由上至下依次为N型AlGaInP层、发光层、P型AlGaInP层、P型GaP层和金属反射及粘结层，在N型AlGaInP层上设置N型电极，在6H-SiC基底的底面或金属反射及粘结层上设置P型电极。金属反射及粘结层包括一层粘接层和一个金属反射镜。
2.根据权利要求1所述的6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片，其特征是6H-SiC材料 是导电6H-SiC单晶或绝缘6H-SiC单晶。
3. —种权利要求1所述6H-SiC基底反极性AlGalnP LED芯片的制作工艺，其特征是包括 以下步骤(1) 首先在GaAs基底上生长外延结构，按常规由下至上依次外延生长N型AlGalnP层、 发光层、P型AlGalnP层和P型GaP层，制成外延层；(2) 在经过抛光的6H-SiC基底上蒸镀金属反射及粘结层，金属反射及粘结层包括一层粘接层和一个金属反射镜；(3) 在200TT40(TC加热、小于1Torr的真空及30PSI~80PSI的静压的条件下将步骤 (1)制备的外延层中P型GaP层与步骤(2)中的金属反射及粘结层对接；(4) 选择性腐蚀掉GaAs基底；(5) 在N型AlGalnP层上制作N型电极，在6H-SiC基底的底面或金属反射及粘结层上制作 P型电极。
全文摘要
本发明公开了一种6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片及其制作工艺。反极性AlGaInPLED芯片包括基底和基底上的外延层，以6H-SiC材料作为基底，外延层由上至下依次为N型AlGaInP层、发光层、P型AlGaInP层、P型GaP层和金属反射层及粘结层，在N型AlGaInP层上设置N型电极，在6H-SiC基底的底面或金属反射层及粘结层上设置P型电极。其制作工艺是在6H-SiC表面上蒸镀一层金属反射及粘接层，将外延层与6H-SiC基底粘接在一起，再用选择腐蚀的方法将原GaAs衬底腐蚀剥离掉，经蒸镀、刻蚀等工艺形成电极制成管芯。本发明以高热导率的6H-SiC材料为基底，将LED发光层从GaAs上转移到6H-SiC基底上，可改善产品高温特性，提高产品可靠性。
文档编号H01L33/00GK101540360SQ20091002039
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者伟 夏, 徐现刚, 建 苏 申请人:山东华光光电子有限公司