CN113948615B - 一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法 - Google Patents
一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，通过对对位标记位置的表面进行处理，破坏其与反射镜的粘附性，在衬底腐蚀中，剩余很薄的外延层会与永久衬底分离，同时将对位标记印在了反射镜金属上，因此可以直接用于后续的曝光对位，不需要对曝光机的CCD进行改造，降低成本，且兼容可见光产品。
Description
技术领域
本发明涉及一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
近红外发光二极管是一种将电能转换为光能的近红外发光器件，它具有体积小、功耗低、指向性好等一系列优点，广泛用于遥控、逗测、光隔离、光开关、光电控制、目标跟踪等系统。
为了提高红外发光二极管功率，需要采用金属键合工艺实现衬底置换，用导热性能较好的硅、锗衬底代替砷化镓衬底，并且在硅、锗衬底和外延层之间制作反射镜。但是，由于红外芯片外延层对可见光存在吸收，因此，更换衬底后，无法与键合前图形实现对位。为了解决此问题，需要对曝光机的CCD光源进行改造，使其可以识别键合前对位标记。但是此方法改造成本昂贵，且不能与可见光产品兼容。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其目的是将对位标记处吸光的外延层去除掉。
本发明的技术方案为：
一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，所述反极性红外发光二极管由下自上依次包括永久衬底欧姆接触电极、永久衬底、反射镜、介质膜和P型欧姆接触层、P-GaP欧姆接触层、P-AIGaAs电流扩展层、P-AIGaAs限制层、MQW多量子阱层、N-AIGaAs限制层、N-AIGaAs电流扩展层、N-AIGaAs粗化层、N-GaAs欧姆接触层、N面电极，包括步骤如下：
(1)采用MOCVD方法，在n-GaAs临时衬底上依次生长N-GaAs缓冲层、N-GalnP阻挡层、N-GaAs欧姆接触层、N-AIGaAs粗化层、N-AIGaAs电流扩展层、N-AIGaAs限制层、MQW多量子阱层、P-AIGaAs限制层、P-AIGaAs电流扩展层和P-GaP欧姆接触层，得到红外外延片；
(2)在步骤(1)生长得到的红外外延片上蒸镀介质膜，并生长形成P型欧姆接触层5，并在生成的外延片边缘两侧形成用于键合后对位的对位标记；
(3)对步骤(3)形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性；处理方法可以是化学方法、物理方法等，目的是破坏表面洁净度。
(4)在步骤(3)所得晶圆的表面蒸镀反射镜；
(5)将步骤(4)处理后的晶圆与永久衬底进行键合；
(6)去除键合后晶圆的n-GaAs临时衬底、N-GaAs缓冲层、N-GalnP阻挡层；
(7)腐蚀掉电极以外区域的N-GaAs欧姆接触层，并进行粗化处理；
(8)在步骤(7)保留的N-GaAs欧姆接触层上蒸镀N面电极，并通过合金工艺形成欧姆接触；
(9)使用ICP刻蚀形成切割道；
(10)将永久衬底减薄，并蒸镀欧姆接触金属并合金，形成永久衬底欧姆接触电极；
(11)采用激光划片、金刚刀切割方式切割，得到发光二极管。
本发明对对位标记位置的表面进行处理，破坏了其与反射镜的粘附性，在衬底腐蚀中，剩余很薄的外延层会与永久衬底分离，同时将对位标记印在了反射镜金属上，因此，可以直接用于后续的曝光对位，不需要对曝光机的CCD进行改造，降低成本，且兼容可见光产品。
根据本发明优选的，步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性，是指：
A、依次对对位标记甩胶、曝光，使对位标记位置处裸露，其它位置覆盖光刻胶；
B、将步骤A处理后的外延片放入氨水、双氧水、水的混合溶液中，静置30-90s后，依次冲水、热氮烘干；混合溶液中，氨水、双氧水、水的体积比为2:1:1。
经过处理后的SiO2表面活性羟基会增加，羟基的存在会使表面变为亲水性，与反射镜的粘附性会变差；
根据本发明优选的，步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性，是指：
C、裁剪适当大小的蓝膜、白膜或胶带贴于对位标记上；蓝膜、白膜为半导体生产线中的常用材料，胶带为3M或聚酰亚胺高温胶带；
D、对对位标记位置处100℃烘烤5-15min后，撕掉蓝膜、白膜或胶带。
经过烘烤后的胶会留在晶片上，导致与反射镜粘附性变差，在后续腐蚀衬底过程中，外延层与永久衬底分离后露出对位标记图形。
进一步优选的，步骤D中，对对位标记位置处100℃烘烤10min。
根据本发明优选的，步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性，是指：裁剪适当大小的蓝膜、胶带、白膜或胶带贴于对位标记上；步骤(4)中，在蒸镀反射镜后将贴在对位标记上的蓝膜、胶带撕掉。
因此，对位标记处没有键合金属，无法形成Au-Au键合，在后续腐蚀衬底过程中，外延层与永久衬底分离后露出对位标记图形，实现与永久衬底的键合层分离。
根据本发明优选的，步骤(2)执行完成后，进行如下操作：清洗，并使用炉管合金，温度为400-500℃，时间为5-10min。以形成欧姆接触。
进一步优选的，温度为450℃，时间为7min。
进一步优选的，步骤(2)中，在所述介质膜上光刻腐蚀后，蒸镀、剥离形成所述P型欧姆接触层。
根据本发明优选的，所述介质膜的材质为SiO2、MgF2、Al2O3中的任一种，所述P型欧姆接触层的材质为Au/AuBe/Au或Au/AuZn/Au，所述反射镜为金镜或者银镜。
根据本发明优选的，步骤(5)中，将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行键合，是指：将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行Au-Au键合或Au-In键合，键合温度为200-350℃，压力为200-500kg，时间为30-50min。
进一步优选的，步骤(5)中，将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行键合，是指：将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行Au-Au键合，键合温度为300℃，压力为400kg，时间为45min。
根据本发明优选的，步骤(6)中，采用氨水、双氧水、水的混合溶液去除键合后晶圆的n-GaAs临时衬底，混合溶液中，氨水、双氧水、水的体积比为1:4:5；
使用盐酸、水的混合溶液去除所述N-GaInP阻挡层，混合溶液中，盐酸：水的体积比为3:2。
本发明的有益效果为：
本发明对对位标记位置的表面进行处理，破坏了其与反射镜的粘附性，在衬底腐蚀中，剩余很薄的外延层会与永久衬底分离，同时将对位标记印在了反射镜金属上，可以直接用于后续的曝光对位，不需要对曝光机的CCD进行改造，降低成本，且兼容可见光产品。
附图说明
图1是本发明反极性红外发光二极管的结构示意图。
图2是对位标记位置示意图；
图3是图2中对位标记放大示意图。
图4是腐蚀衬底后露出的对位标记后的示意图。
1、永久衬底欧姆接触电极，2、永久衬底，3、反射镜，4、介质膜，5、P型欧姆接触层，6、P-GaP欧姆接触层，7、P-AIGaAs电流扩展层，8、P-AIGaAs限制层，9、MQW多量子阱层，10、N-AIGaAs限制层，11、N-AIGaAs电流扩展层，12、N-AIGaAs粗化层，13、N-GaAs欧姆接触层，14、N面电极。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，如图1所示，反极性红外发光二极管由下自上依次包括永久衬底欧姆接触电极1、永久衬底2、反射镜3、介质膜4和P型欧姆接触层5、P-GaP欧姆接触层6、P-AIGaAs电流扩展层7、P-AIGaAs限制层8、MQW多量子阱层9、N-AIGaAs限制层10、N-AIGaAs电流扩展层11、N-AIGaAs粗化层12、N-GaAs欧姆接触层13、N面电极14，包括步骤如下：
(1)采用MOCVD方法，在n-GaAs临时衬底上依次生长N-GaAs缓冲层、N-GalnP阻挡层、N-GaAs欧姆接触层13、N-AIGaAs粗化层12、N-AIGaAs电流扩展层11、N-AIGaAs限制层10、MQW多量子阱层9、P-AIGaAs限制层8、P-AIGaAs电流扩展层7和P-GaP欧姆接触层6，得到红外外延片；
(2)在步骤(1)生长得到的红外外延片上蒸镀一层SiO2作为介质膜4，厚度为3000埃，并生长形成P型欧姆接触层5，并在生成的外延片边缘两侧形成用于键合后对位的对位标记；清洗，并使用炉管合金，温度为400-500℃，时间为5-10min。以形成欧姆接触。图2是对位标记位置示意图；图3是图2中对位标记放大示意图。
(3)对步骤(3)形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜3之间的粘附性；处理方法可以是化学方法、物理方法等，目的是破坏表面洁净度。
(4)在步骤(3)所得晶圆的表面蒸镀反射镜3；
(5)将步骤(4)处理后的晶圆与永久衬底2进行键合；是指：将步骤(4)的晶圆与永久衬底2进行Au-Au键合或Au-In键合，键合温度为200-350℃，压力为200-500kg，时间为30-50min。
(6)去除键合后晶圆的n-GaAs临时衬底、N-GaAs缓冲层、N-GalnP阻挡层；其中，采用氨水、双氧水、水的混合溶液去除键合后晶圆的n-GaAs临时衬底，混合溶液中，氨水、双氧水、水的体积比为1:4:5；使用盐酸、水的混合溶液去除N-GaInP阻挡层，混合溶液中，盐酸：水的体积比为3:2。
(7)腐蚀掉电极以外区域的N-GaAs欧姆接触层13，并进行粗化处理；是指：通过步骤(6)露出的对位标记，曝光、显影形成所需电极图形，先使用磷酸：双氧水：水腐蚀掉电极以外区域的N-GaAs欧姆接触层13，后使用粗化液对N-AIGaAs粗化层12进行粗化处理；磷酸：双氧水：水体积比为1：1：4；
(8)在步骤(7)保留的N-GaAs欧姆接触层13上蒸镀N面电极14，并通过合金工艺形成欧姆接触；是指：在步骤(7)保留的N-GaAs欧姆接触层13上蒸镀AuGeNiPtAu电极14，并在380℃下合金10min形成欧姆接触；
(9)使用ICP刻蚀形成切割道；
(10)将永久衬底2减薄至160um，并蒸镀欧姆接触金属TiAu，并在200℃合金10min，形成永久衬底欧姆接触电极1；
(11)采用激光划片、金刚刀切割方式得到发光二极管。
本发明对对位标记位置的表面进行处理，破坏了其与反射镜3的粘附性，在衬底腐蚀中，剩余很薄的外延层会与永久衬底2分离，同时将对位标记印在了反射镜3金属上，因此，可以直接用于后续的曝光对位，不需要对曝光机的CCD进行改造，降低成本，且兼容可见光产品。
实施例2
根据实施例1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其区别在于：
步骤(5)中，将步骤(4)的晶圆与永久衬底2进行键合，是指：将步骤(4)的晶圆与永久衬底2进行Au-Au键合，键合温度为300℃，压力为400kg，时间为45min。
步骤(2)中，清洗，并使用炉管合金，温度为450℃，时间为7min。以形成欧姆接触。
实施例3
根据实施例1或2所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其区别在于：步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜3之间的粘附性，是指：
A、依次对对位标记甩胶、曝光，使对位标记位置处裸露，其它位置覆盖光刻胶；
B、将步骤A处理后的外延片放入氨水、双氧水、水的混合溶液中，静置30-90s后，依次冲水、热氮烘干；混合溶液中，氨水、双氧水、水的体积比为2:1:1。
经过处理后的SiO2表面活性羟基会增加，羟基的存在会使表面变为亲水性，与反射镜3的粘附性会变差；
实施例4
根据实施例1或2所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其区别在于：步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜3之间的粘附性，是指：
C、裁剪适当大小的蓝膜、白膜或胶带贴于对位标记上；蓝膜、白膜为半导体生产线中的常用材料，胶带为3M或聚酰亚胺高温胶带；
D、对对位标记位置处100℃烘烤5-15min后，撕掉蓝膜、白膜或胶带。
经过烘烤后的胶会留在晶片上，导致与反射镜3粘附性变差，在后续腐蚀衬底过程中，外延层与永久衬底2分离后露出对位标记图形，如图4所示，对位标记图形清晰可见。可以直接用于后续的曝光对位，不需要对曝光机的CCD进行改造，降低成本，且兼容可见光产品。
实施例5
根据实施例1或2所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其区别在于：步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜3之间的粘附性，是指：裁剪适当大小的蓝膜、胶带、白膜或胶带贴于对位标记上；步骤(4)中，在蒸镀反射镜3后将贴在对位标记上的蓝膜、胶带撕掉。
因此，对位标记处没有键合金属，无法形成Au-Au键合，在后续腐蚀衬底过程中，外延层与永久衬底2分离后露出对位标记图形，实现与永久衬底2的键合层分离。
实施例6
根据实施例3所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其区别在于：
步骤D中，对对位标记位置处100℃烘烤10min。
Claims (10)
1.一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，所述反极性红外发光二极管由下自上依次包括永久衬底欧姆接触电极、永久衬底、反射镜、介质膜和P型欧姆接触层5、P-GaP欧姆接触层、P-AIGaAs电流扩展层、P-AIGaAs限制层、MQW多量子阱层、N-AIGaAs限制层、N-AIGaAs电流扩展层、N-AIGaAs粗化层、N-GaAs欧姆接触层、N面电极，其特征在于，包括步骤如下：
(1)在n-GaAs临时衬底上依次生长N-GaAs缓冲层、N-GalnP阻挡层、N-GaAs欧姆接触层、N-AIGaAs粗化层、N-AIGaAs电流扩展层、N-AIGaAs限制层、MQW多量子阱层、P-AIGaAs限制层、P-AIGaAs电流扩展层和P-GaP欧姆接触层，得到红外外延片；
(2)在步骤(1)生长得到的红外外延片上蒸镀介质膜，并生长形成P型欧姆接触层，并在生成的外延片边缘两侧形成用于键合后对位的对位标记；
(3)对步骤(3)形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性；
(4)在步骤(3)所得晶圆的表面蒸镀反射镜；
(5)将步骤(4)处理后的晶圆与永久衬底进行键合；
(6)去除键合后晶圆的n-GaAs临时衬底、N-GaAs缓冲层、N-GalnP阻挡层；
(7)腐蚀掉电极以外区域的N-GaAs欧姆接触层，并进行粗化处理；
(8)在步骤(7)保留的N-GaAs欧姆接触层上蒸镀N面电极，形成欧姆接触；
(9)使用ICP刻蚀形成切割道；
(10)将永久衬底减薄，并蒸镀欧姆接触金属并合金，形成永久衬底欧姆接触电极；
(11)切割，得到发光二极管。
2.根据权利要求1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性，是指：
A、依次对对位标记甩胶、曝光，使对位标记位置处裸露，其它位置覆盖光刻胶；
B、将步骤A处理后的外延片放入氨水、双氧水、水的混合溶液中，静置30-90s后，依次冲水、热氮烘干；混合溶液中，氨水、双氧水、水的体积比为2:1:1。
3.根据权利要求1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性，是指：
C、裁剪适当大小的蓝膜、白膜或胶带贴于对位标记上；
D、对对位标记位置处100℃烘烤5-15min后，撕掉蓝膜、白膜或胶带。
4.根据权利要求3所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤D中，对对位标记位置处100℃烘烤10min。
5.根据权利要求1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，对形成的对位标记进行处理，使其降低与后续反射镜之间的粘附性，是指：裁剪适当大小的蓝膜、胶带、白膜或胶带贴于对位标记上；步骤(4)中，在蒸镀反射镜后将贴在对位标记上的蓝膜、胶带撕掉。
6.根据权利要求1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(2)执行完成后，进行如下操作：清洗，并使用炉管合金，温度为400-500℃，时间为5-10min；步骤(2)中，在所述介质膜上光刻腐蚀后，蒸镀、剥离形成所述P型欧姆接触层。
7.根据权利要求6所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，温度为450℃，时间为7min。
8.根据权利要求1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，所述介质膜的材质为SiO2、MgF2、Al2O3中的任一种，所述P型欧姆接触层的材质为Au/AuBe/Au或Au/AuZn/Au，所述反射镜为金镜或者银镜。
9.根据权利要求1所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(5)中，将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行键合，是指：将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行Au-Au键合或Au-In键合，键合温度为200-350℃，压力为200-500kg，时间为30-50min；
进一步优选的，步骤(5)中，将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行键合，是指：将步骤(4)的晶圆与永久衬底进行Au-Au键合，键合温度为300℃，压力为400kg，时间为45min。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种易于曝光对位的反极性红外发光二极管的制备方法，其特征在于，步骤(6)中，采用氨水、双氧水、水的混合溶液去除键合后晶圆的n-GaAs临时衬底，混合溶液中，氨水、双氧水、水的体积比为1:4:5；
使用盐酸、水的混合溶液去除所述N-GaInP阻挡层，混合溶液中，盐酸：水的体积比为3:2。
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