专利名称：一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及光电半导体发光器件的制备方法，特别是一种倒装磷化铝镓铟发光二 极管的制作方法。
背景技术：
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)是一种冷光发光组件，其发光原理是在 III- V族化合物半导体材料上施加电流，利用二极管内电子与空穴互相结合，而将能量转 换为光的形式释出时便可发光，且使用久也不会像白炽灯泡般地发烫。发光二极管的优点 在于体积小、寿命长、驱动电压低、反应速率快、耐震性特佳，能够配合各种应用设备的轻、 薄、及小型化的需求，因而早已成为日常生活中十分普及的产品。以磷化铝镓铟(AlGaInP)发光二极管为例，磷化铝镓铟为一四元素化合物半导体 材料，适合用于制造高亮度红、橙、黄、及黄绿光发光二极管，其拥有高发光效率、并生长在 晶格匹配的砷化镓(GaAs)衬底上。然而，由于砷化镓衬底为一吸光性衬底，因此会吸收磷 化铝镓铟发出的可见光，且其热传导性较差，因此限制了其在大电流的发光效率。对于这种 结构的发光二极管来说，有几种因素限制了光的提取效率半导体材料和其周围媒质之间 折射率差偏大导致的内部反射，金属电极的遮挡，GaAs衬底吸收等。这样，有源区发出的光 射向上表面的光子有一定的几率能提取出来，而向下传播的光子大部分被GaAs衬底吸收。 因此，即使有很高的内部量子效率，外部量子效率也仅有5%左右。为了提高光的提取效率，把向下传播的光子和上表面反射回半导体材料内部的光 子也能大部分提取出来，减少GaAs衬底的吸收，人们在GaAs衬底和有源区之间生长了布拉 格反射镜(Distributed Bragg Ref lectors, DBRs),以便把背面的光反射到芯片表面。但实 际的DBRs反射镜的反射率角带宽有限，只对接近法向入射的光反射率大，对此范围以外的 光反射率急剧下降，所以不能有效的反射向吸收衬底GaAs传播的光，还是有相当部分的光 被GaAs衬底吸收。为了进一步提高光的提取效率，人们采用金属代替DBRs做为反射镜，这样任何角 度射向衬底的光都会被反射回正面，提高了光的提取效率。为了达到金属做为反射镜的目 的，已知的工艺采用在外延片上制作金属反射镜，然后转移到新的衬底上，去除生长衬底， 最后再制作电极(如图la)，切割成芯片(如图lb)。这种做法大大提高了发光二极管的发光 效率，但是在把整片外延片切割成芯片时，金刚刀会把衬底上101的金属层102带到外延层 103、104、105、106和107的侧壁上，连通ρ型导电层104和η型导电层106，产生严重漏电。 在一种改进的生产工艺中，人们先光罩定义出切割道(如图2a)，然后采用干法蚀刻外延层 207、206、205、204和203。(如图2b)切割道宽度大于金刚刀片厚度，切割时金刚刀就不会 碰触到外延层，从而避免把衬底上201上的金属层202带到外延层207、206、205、204和203 的侧壁上，避免了严重的漏电；但是干法蚀刻会产生蚀刻反应物会附着在外延层的侧壁，需 要采用溶液进行去除；溶液在去除干法蚀刻产生物时也会蚀刻外延层，使得切割道边沿不 整理，因而难以精确控制发光区面积；因此上述工艺复杂，同时量产难以严格重复工艺，造
3成工艺不稳定。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，以解 决切割产生漏电问题，并大大简化工艺、提高生产良率，同时可精确控制发光区面积，保持 芯片外观完整性。为达到上述目的，本发明提出一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其工 艺步骤如下
1)提供一暂时基板，在其上依次外延生长由缓冲层、截止层、第二导电型欧姆接触层、 第二导电型限制层、有源层、第一导电型限制层和第一导电型窗口层构成外延发光层；
2)在外延发光层上生长一介质层，光罩定义出切割道图形，蚀刻掉切割道以外的介质 层；切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽；
3)在上述带有图案化介质层的外延发光层上蒸镀一反射镜，高温熔合连接；
4)提供一永久基板，在其背面制作第一欧姆接触电极；
5)在永久基板上表面蒸镀接合层；
6)将外延发光层的反射镜与永久基板的接合层隔空相对键合在一起，并去除暂时基 板、缓冲层和截止层；
7)在第二导电型欧姆接触层上制备第二欧姆接触电极；
8)切割形成芯片。上述介质层材料选自Ti02、SiO2, Si3N4, MgF2, Ta2O5, ZnS或前述的任意组合之一。上述反射镜材料选自Al、Au、Ag、Cu或前述的任意组合之一。上述永久基板材料选自于硅、碳化硅、磷化镓所组成的物质族群中的任意一种。上述接合层材料选自In、Sn、AuSn、AuGe或前述的任意组合之一。上述第二欧姆接触电极选自Au、AuGe、Ni、Ti、Cr或前述的任意组合之一。本发明的切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽，切割时保证金刚刀 不会碰触道切割道以外的外延发光层；反射镜经过高温熔合后，与第一导电型窗口层互扩 散形成很强的机械结合性；反射镜与介质层不会互扩散，它们之间的黏附力很小，因此切割 时，在金刚刀切割震动及带动下，介质层同反射镜会分离，并且切割道上的介质层连同介质 层上面的外延发光层就会从反射镜上脱离。介质层和外延发光层总厚度在10微米以下，当 它们一起从反射镜上脱离后，就很容易从切割道的边沿断裂，从而形成整齐的发光台面；因 此本发明能解决切割带来的漏电问题，同时不必蚀刻切割道上的外延层，大大简化工艺，提 高工艺稳定性。
图Ia 图Ib是一种习知磷化铝镓铟发光二极管的制备方法示意图。图2a 图2b是另一种习知磷化铝镓铟发光二极管的制备方法示意图。图3a 图3d是本方法发明发光二极管制作过程的截面示意图。
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其工艺步骤如下如图3a所示，在 与AlGaInP晶格相匹配的暂时基板GaAs 301上利用金属有机化学气相沉积法依次外延生 长由GaAs缓冲层302、GaInP截止层303、GaAs欧姆接触层304、n-AlGalnP限制层305、多 量子阱有源层306、P-AlGaInP限制层307和ρ-GaP窗口层308构成的外延发光层；其中 GaAs欧姆接触层304为第二导电型欧姆接触层，n-AlGalnP限制层305为第二导电型限制 层，第一导电型限制层为P-AlGaInP限制层307，ρ-GaP窗口层308为第一导电型窗口层； 在p-GaP窗口层308上生长SiO2介质层309，光罩定义出切割道图形，蚀刻掉切割道以外的 SiO2介质层309 ；切割道上的SiO2介质层309的宽度比用于切割的金刚刀刀口宽；在前述 带有出切割道图形的SiO2介质层309的p-GaP窗口层308上，蒸镀金属反射层作为反射镜 310，其材料为Ag，厚度为3微米。然后，在氮气氛围中熔合，温度为500°C。如图3b所示，在永久基板312的背面制作ρ电极311作为第一欧姆接触电极，其 材料为Cr/Pt/Au，厚度为0. 1/0. 1/1微米。在永久基板的上表面蒸镀AuSn合金作为接合层 313，其厚度为2微米。如图3c所示，将上述外延发光层的反射镜310和永久基板312的接合层313隔空 相对键合在一起，键合温度为300°C，压力500Kg ；同时去除GaAs暂时基板301、GaAs缓冲层 302和GaInP截止层303。如图3d所示，在GaAs欧姆接触层304上制备η电极314作为第二欧姆接触电极， 其材料为AuGe/Ti/Au，厚度为0. 1/0. 1/1微米，并通过氮气氛围下400°C的熔合，使两者形 成良好的欧姆接触。采用金刚刀切割永久基板312及ρ电极311形成芯片。如图3c和图3d中，上述采用金刚刀切割永久基板312形成芯片的制作方法中，图 3c所示，切割道上的SiO2介质层309宽度比用于切割的金刚刀宽，图3d所示，切割时，金刚 刀正对切割道的正中，保证金刚刀不会碰触道切割道以外的外延发光层。反射镜310经过 高温熔合后，与第一导电型P-GaP窗口层308互扩散形成很强的机械结合性；但金属反射层 310与SiO2介质层309不会互扩散，它们之间的黏附力很小。在切割时，金刚刀切割震动及 带动下，SiO2介质层309同反射镜310会分离。切割道上的SiO2介质层309连同上面的外 延发光层(GaAs欧姆接触层304、n-AlGaInP限制层305、多量子阱有源层306、p-AlGaInP限 制层307和p-GaP窗口层308)就会从反射镜310上脱离。SiO2介质层309和外延发光层 总厚度在10微米以下，当它们一起从反射镜310脱离后，就很容易从切割道的边沿断裂，从 而形成整齐的发光台面。采用金刚刀切割永久基板312及ρ电极311形成芯片，不必蚀刻 切割道上的外延层，解决芯片切割带来的漏电问题。
权利要求
一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其工艺步骤如下1) 提供一暂时基板，在其上依次外延生长由缓冲层、截止层、第二导电型欧姆接触层、第二导电型限制层、有源层、第一导电型限制层和第一导电型窗口层构成外延发光层；2) 在外延发光层上生长一介质层，光罩定义出切割道图形，蚀刻掉切割道以外的介质层；切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽；3) 在上述带有图案化介质层的外延发光层上蒸镀一反射镜，高温熔合连接；4) 提供一永久基板，在其背面制作第一欧姆接触电极；5) 在永久基板上表面蒸镀接合层；6) 将外延发光层的反射镜与永久基板的接合层隔空相对键合在一起，并去除暂时基板、缓冲层和截止层；7) 在第二导电型欧姆接触层上制备第二欧姆接触电极；8)切割形成芯片。
2.如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其中介质层材料选 自 Ti02、Si02、Si3N4、MgF2、Ta205、ZnS 或前述的任意组合之一。
3.如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其中反射镜材料选 自Al、Au、Ag、Cu或前述的任意组合之一。
4.如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其中永久基板材料 选自于硅、碳化硅、磷化镓所组成的物质族群中的任意一种。
5.如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其中接合层材料选 自In、Sn、AuSn、AuGe或前述的任意组合之一。
6.如权利要求1所述的倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，其中第二欧姆接触 电极选自Au、AuGe、Ni、Ti、Cr或前述的任意组合之一。
全文摘要
本发明公开的一种倒装磷化铝镓铟发光二极管的制作方法，在一暂时基板上依次外延生长由缓冲层、截止层、第二导电型欧姆接触层、第二导电型限制层、有源层、第一导电型限制层和第一导电型窗口层构成外延发光层；外延发光层上生长一介质层，定义出切割道图形并蚀刻掉切割道以外的介质层；切割道上的介质层宽度比用于切割的金刚刀刀口宽；在外延发光层上蒸镀一反射镜；永久基板背面和上表面分别制作第一欧姆接触电极和蒸镀接合层；将反射镜与接合层键合，去除暂时基板、缓冲层和截止层；在第二导电型欧姆接触层上制备第二欧姆接触电极；切割形成芯片。本发明能解决切割带来的漏电问题，并且不必蚀刻切割道上的外延层，简化制作工艺，提高工艺稳定性。
文档编号H01L33/00GK101958383SQ201010298440
公开日2011年1月26日 申请日期2010年10月7日 优先权日2010年10月7日
发明者吴志强, 尹灵峰, 林潇雄, 林素慧, 洪灵愿 申请人:厦门市三安光电科技有限公司