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CN101937960B - 一种垂直结构AlGaInP发光二极管及其制造方法 - Google Patents

一种垂直结构AlGaInP发光二极管及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种垂直结构AlGaInP发光二极管及其制造方法，在临时衬底上依次外延生长由缓冲层、n型接触层、n型粗化层、限制层、有源层、p型限制层、p型窗口层叠层构成可粗化外延片；在p型窗口层上制作周期性透明导电膜，在此膜上开窗形成规则性通孔，全反射金属层形成于透明导电膜上并填满规则性通孔；将永久衬底与外延片通过粘结层粘合，并使全反射金属层和粘结层接触；去除临时衬底和缓冲层，在暴露的n型接触层之上制作n扩展电极；去除n型接触层后形成焊盘于n型粗化层上；在永久衬底背面制作p电极；利用折射率差异较大所组成的周期性透明多层膜比一般单层或非周期的透光膜所组成的高反射率反射镜，提高取光效率。

Description

一种垂直结构AlGaInP发光二极管及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种垂直结构AlGaInP发光二极管，具体是一种具有周期性透光膜的垂直结构AlGaInP发光二极管及其制造方法。
背景技术
目前高亮度AlGaInP发光二极管得到广泛应用，其中利用倒装技术之AlGaInP发光二极管的应用较为广泛。附图1公开了一种现有的倒装AlGaInP基发光二极管芯片，附图1是截面示意图（沿AA’切线方向），其结构包含一硅衬底200，硅衬底200有上下两个主表面，其上表面依次堆叠一连接层202、一反射镜201, 一p-GaP窗口层，107、一p-AlGaInP限制层106、一（MQW）有源层105、一粗化n-AlGaInP限制层104A，一n-GaAs接触层103位于粗化n-AlGaInP限制层104A的部分区域之上，一n扩展电极204位于n-GaAs接触层103之上，一n焊盘205位于粗化n-AlGaInP限制层104A的另一部分区域之上且与n扩展电极形成电学接触，一p电极203形成于硅衬底200的下表面；在上述的倒装结构中光从此种反射镜组合光线射出的角度较受限，因此其光效较低。。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提出一种垂直结构AlGaInP发光二极管及其制造方法。
本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种垂直结构AlGaInP发光二极管，包含：
一永久衬底；
一金属粘结层形成于永久衬底之上；
二个周期或两个以上周期的透明导电膜形成于倒装AlGaInP 上的高浓度p型窗口层上，所述的周期性透明导电膜内设有规则性通孔，所述的倒装AlGaInP包括依次层叠的p型窗口层、p型限制层、有源层、n型限制层、n型粗化层、n型接触层；透明导电膜由透明导电层和透明介电层层叠构成；
一全反射金属层形成于周期性透明导电膜上并将规则性通孔填满；
一n型扩展电极形成欧姆接触于倒装AlGaInP 的n型接触层上；
一n焊盘形成于n型粗化层上于倒装AlGaInP 的n型接触层上；
一n焊盘形成于n型粗化层上。
上述一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其步骤如下：
1)   提供一临时衬底，在其上依次外延生长由缓冲层、n型接触层、n型粗化层、限制层、有源层、p型限制层、p型窗口层叠层构成的可粗化外延片；所述n型粗化层材料为AlGaInP或者AlInP，在所述外延片的p型窗口层之上制作周期性透明导电膜，并在此膜上开窗形成规则性通孔，透明导电膜由透明导电层和透明介电层层叠构成；
2)   全反射金属层形成于透明导电膜上；
3)   提供一永久衬底，将其与上述外延片通过粘结层进行粘合，并使得全反射金属层和粘结层接触；
4)   去除临时衬底和缓冲层，暴露出n型接触层；
5)   在上述暴露的n型接触层之上制作n扩展电极；
6)   去除n型接触层后形成焊盘于n型粗化层上；
7)   在永久衬底背面制作p电极。
在本发明的垂直结构AlGaInP发光二极管中，永久衬底材料选自Ge、Si、GaP、GaAs、InP、Cu、Mo或前述的任意组合之一；透明导电层材料选自ITO、ZnO、AZO、ATO、FTO金属氧化物，透明介电层选自SiO2、Si3N4易于蚀刻的绝缘介电质；全反射金属层材料选自Ag、Al、Pt、Pd、Au、AuBe、AuZn或前述的组合任意组合之一；p型窗口层的载流子浓度大于1×1018cm-3；n型接触层的载流子浓度大于1×1018cm-3；n型扩展电极材料选自Ge、Au、Ni或者前述的任意组合之一。
本发明垂直结构AlGaInP发光二极管制造方法中，临时衬底材料为GaAs、GaP、Ge或Si；p型窗口层为GaP、GaAsP或AlGaAs；p型窗口层掺杂浓度小于1×1019cm-3且大于1×1018cm-3；n型接触层为GaAs或AlGaAs，n型接触层掺杂浓度大于1×1018cm-3；透明导电层材料是ITO、ZnO、AZO或FTO；透明介电层材料是SiO2或Si3N4；规则性通孔位置均避开n焊盘及n扩展电极下方，其形状任意；全反射金属层材料选自Ag、Al、Pt、Pd、Au、AuBe、AuZn或前述材料的任意组合之一；永久衬底材料选自Ge、Si、GaP、GaAs、InP、Cu、Mo或前述材料的任意组合之一；粘结层材料选自Au、Ag、Sn、In、Pt、Ni、Ti或前述材料的任意组合之一；或者粘结层材料选自AuSn、InAu、AuSi、AuGe、AuBe、AgSn、AgSnCu或前述材料的任意组合之一；n扩展电极材料选自Ge、Au、Ni或者前述的任意组合之一。
本发明的有益效果：利用折射率差异较大所组成的周期性透明多层膜比一般单层或非周期的透光膜所组成的反射镜效果来的佳；提升了现有倒装AlGaInP基发光二极管制作工艺中镜面反射率，提高光的取出光效；并且本发明为工艺较易制作的垂直结构。
附图说明
图1是现有的倒装AlGaInP基发光二极管结构截面图。
图2是本发明优选实施例的一种加入周期性透明导电膜之垂直结构倒AlGaInP基发光二极管截面。
图 3a、图3b、图3c 为本发明的二周期透明多层膜制作步骤。
图中附图标识如下。
100： GaAs衬底。
101： 缓冲层。
103： n-GaAs接触层。
104A：n-AlGaInP粗化层。
105： 多量子阱（MQW）有源层。
106： p-AlGaInP限制层。
107： p-GaP窗口层。
200： Si衬底。
201A： 第一周期ITO。
201B： 第二周期ITO。
201C:  第一周期SiO2。
201D： 第二周期SiO2。
201E: 通孔层。
202： 连接层。
203： p电极。
204： n扩展电极。
205： n焊盘。
具体实施方式
下面结合图2、图3～图5制作一种二周期DBR之垂直结构倒装AlGaInP二极管。
如图2所示，本发明倒装铝镓铟磷基发光二极管结构，包含Si衬底200、TiAu连接层202、一由第一周期ITO201A/第一周期SiO2201C /第二周期ITO201B /第二周期SiO2201D层叠构成的二周期透明导电膜作为反射镜，通孔层201E、p-GaP窗口层107、p-AlGaInP限制层106、多量子阱有源层105、n-AlGaInP粗化层104A、n-GaAs接触层103、p电极203、n扩展电极204和n焊盘205。
上述AlGaInP发光二极管的制造方法，其步骤如下。
如图3a所示，在一GaAs衬底100上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长缓冲层101、n-GaAs接触层103、n-AlGaInP粗化层104A、MQW有源层105、p-AlGaInP限制层106和p-GaP窗口层107，其浓度必需大于1×1018cm-3且小于1×1019cm-3。其后以电子束蒸镀或溅镀方式形成ITO201A/SiO2201C /ITO201B /SiO2201D的二周期透明导电膜。
如图3b所示，在第二周期层SiO2透明介电201D层套上开窗光刻版，以专用蚀刻液将第二周期层SiO2透明介电201D、第二周期ITO透明导电层201B、第二周期层SiO2透明介电201C蚀刻出通孔。 
如图3c所示，取一Si衬底200作为永久衬底，镀上Ti/Au ，Ti厚度500埃、 Au 厚度4000埃。将上述步骤图3b完成之芯片镀上以溅镀或电子束蒸镀方式形成AuBe或AuZn填入通孔层201E，并利用450℃之高温使通孔层之金属与p窗口层形成欧姆接触，然在温度330℃、压力5000kg条件下实现两者共晶键合成连接层202。采用氨水和双氧水混合溶液完全去除GaAs衬底100和缓冲层101。
如图2所示，以常见发光二极管制作方式将n扩展电极204形成于n-GaAs 103上，蚀刻掉n扩展电极204区域的n-GaAs 103使其暴露出AlGaInP粗化层104A，以Cr/Au 500埃/3um的n焊盘 205连接于AlGaInP粗化层104A上，最后在Si衬底200底面形成p电极203，p电极材料为Ti/Au ，Ti厚度500埃、 Au 厚度4000埃；即可制成本发明之垂直结构AlGaInP发光二极管。

Claims (18)

1.一种垂直结构AlGaInP发光二极管，包含：
一永久衬底；
一金属粘结层形成于永久衬底之上；
二个周期或两个以上周期的透明导电膜形成于倒装AlGaInP 上的高浓度p型窗口层上，所述的周期性透明导电膜内设有规则性通孔，所述的倒装AlGaInP包括依次层叠的p型窗口层、p型限制层、有源层、n型限制层、n型粗化层、n型接触层；透明导电膜由透明导电层和透明介电层层叠构成；
一全反射金属层形成于周期性透明导电膜上并将规则性通孔填满；
一n型扩展电极形成欧姆接触于倒装AlGaInP 的n型接触层上；
一n焊盘形成于n型粗化层上。
2.如权利要求1所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管，其特征在于：永久衬底材料选自Ge、Si、GaP、GaAs、InP、Cu、Mo或前述的任意组合之一。
3.如权利要求1所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管，其特征在于：透明导电层材料选自ITO、ZnO、AZO、ATO、FTO金属氧化物，透明介电层选自SiO2、Si3N4易于蚀刻的绝缘介电质。
4.如权利要求1所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管，其特征在于：全反射金属层材料选自Ag、Al、Pt、Pd、Au、AuBe、AuZn或前述的任意组合之一。
5.如权利要求1所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管，其特征在于：p型窗口层的载流子浓度大于1×1018cm-3。
6.如权利要求1所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管，其特征在于：n型接触层的载流子浓度大于1×1018cm-3。
7.如权利要求1所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管，其特征在于：n型扩展电极材料选自Ge、Au、Ni或者前述的任意组合之一。
8.一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其步骤如下：
1)   提供一临时衬底，在其上依次外延生长由缓冲层、n型接触层、n型粗化层、限制层、有源层、p型限制层、p型窗口层叠层构成的可粗化外延片；所述n型粗化层材料为AlGaInP或者AlInP，在所述外延片的p型窗口层之上制作周期性透明导电膜，并在此膜上开窗形成规则性通孔，透明导电膜由透明导电层和透明介电层层叠构成；
2)   全反射金属层形成于透明导电膜上并填满规则性通孔；
3)   提供一永久衬底，将其与上述外延片通过粘结层进行粘合，并使得全反射金属层和粘结层接触；
4)   去除临时衬底和缓冲层，暴露出n型接触层；
5)   在上述暴露的n型接触层之上制作n扩展电极；
6)   去除n型接触层后形成焊盘于n型粗化层上；
7)   在永久衬底背面制作p电极。
9.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：临时衬底材料为GaAs、GaP、Ge或Si。
10.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：p型窗口层为GaP、GaAsP或AlGaAs；p型窗口层掺杂浓度小于1×1019cm-3且大于1×1018cm-3。
11.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：n型接触层为GaAs或AlGaAs，n型接触层掺杂浓度大于1×1018cm-3。
12.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：透明导电层材料是ITO、ZnO、AZO或FTO；透明介电层材料是SiO2或Si3N4。
13.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：规则性通孔位置均避开n焊盘及n扩展电极下方，其形状任意。
14.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：全反射金属层材料选自Ag、Al、Pt、Pd、Au、AuBe、AuZn或前述材料的任意组合之一。
15.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：永久衬底材料选自Ge、Si、GaP、GaAs、InP、Cu、Mo或前述材料的任意组合之一。
16.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征在于：粘结层材料选自Au、Ag、Sn、In、Pt、Ni、Ti或前述材料的任意组合之一。
17.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：粘结层材料选自AuSn、InAu、AuSi、AuGe、AuBe、AgSn、AgSnCu或前述材料的任意组合之一。
18.如权利要求8所述的一种垂直结构AlGaInP发光二极管的制造方法，其特征是：n扩展电极材料选自Ge、Au、Ni或者前述的任意组合之一。
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