一种倒装AlGaInP发光二极管的制备方法与流程

一种倒装algainp发光二极管的制备方法
技术领域
1.本发明涉及一种倒装algainp发光二极管的制备方法，属于光电子技术领域。


背景技术：

2.作为最受重视的光源技术之一，led一方面具有体积小的特征；另一方面具备低电流、低电压驱动的省电特性；同时它还具有结构牢固、抗冲击和抗震能力强，超长寿命等众多优点。四元aigalnp是一种具有直接宽带隙的半导体材料，己广泛应用于多种光电子器件的制备。由于aigalnp材料的发光波段可以覆盖可见光的红光到黄绿波段，由此制成的可见光发光二极管受到广泛关注。
3.对于四元algainp发光二极管，为了减少gaas衬底对可见光的吸收，目前广泛采用键合技术制作垂直结构芯片或者透明衬底倒装芯片，用于小间距显示的mini-led就是采用倒装结构。在现有的倒装algainp发光二极管工艺中，为了形成良好的欧姆接触，需要对p-gap和n-gaas单独进行欧姆接触制程，工艺复杂，成本高，而且金属欧姆接触层挡光影响发光强度。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明提供一种倒装algainp发光二极管的制备方法，该制备方法通过采用透明金属氧化物作为欧姆接触层，通过对合金条件优化，可同时与p-gap和n-gaas形成欧姆接触，工艺简单，成本低，且透明欧姆接触层可同时提高发光强度。
5.术语解释：
6.1.gzo：锌镓氧化物。
7.2.izo：铟锌氧化物。
8.3.pecvd：plasma enhanced chemical vapor deposition的缩写，是指等离子体增强化学的气相沉积法。
9.4.icp刻蚀：即感应耦合等离子刻蚀。
10.本发明的技术方案为：
11.一种倒装algainp发光二极管的制备方法，包括步骤：
12.(1)在n-gaas衬底上采用mocvd方法生长algainp外延片，所述algainp外延片包括自下而上依次设置的n-gaas缓冲层、n-galnp阻挡层、n-gaas欧姆接触层、n-algainp粗化层、n-algainp电流扩展层、n-alinp限制层、mqw多量子阱层、p-alin限制层、p-algainp电流扩展层和p-gap欧姆接触层；
13.(2)对algainp外延片的p-gap欧姆接触层进行粗化；
14.(3)在粗化后p-gap欧姆接触层的表面蒸镀sio2薄膜，然后进行抛光作业；
15.(4)将步骤(3)制备得到的sio2薄膜和永久衬底进行活化处理，然后进行键合；
16.(5)去除键合后algainp外延片的n-gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-gainp阻挡层，腐蚀掉电极以外区域的n-gaas欧姆接触层；
17.(6)采用icp刻蚀由n-gaas欧姆接触层刻蚀至p-gap欧姆接触层；从而暴露出p-gap欧姆接触层以便后续制作p电极。
18.(7)在步骤(6)得到的algainp外延片的表面蒸镀透明金属氧化物层，然后通过腐蚀、合金形成欧姆接触；
19.(8)采用icp刻蚀由p-gap欧姆接触层刻蚀至键合层，形成切割道；
20.(9)在algainp外延片的表面蒸镀形成钝化层；
21.(10)通过湿法或干法蚀刻工艺形成电极窗口，然后光刻、剥离形成电极；
22.(11)将永久衬底减薄；
23.(12)通过划片、裂片得到发光二极管。
24.根据本发明优选的，所述步骤(1)中，p-gap欧姆接触层和n-gaas欧姆接触层的掺杂浓度在3e18以上。现有工艺中，p型欧姆接触通常采用auzn或者aube，n型欧姆接触采用augeni，当p-gap和n-gaas掺杂浓度足够高时才可以采用透明金属氧化物形成欧姆接触。
25.根据本发明优选的，所述步骤(7)中，透明金属氧化物层的材质为ito、gzo、izo。在红光波段，选择这几种材质具有较高的透过率；再者可以同时与p-gap和n-gaas形成欧姆接触。
26.根据本发明优选的，所述步骤(3)中，sio2薄膜的厚度为2-4um。
27.根据本发明优选的，所述步骤(4)中，永久衬底为gap、蓝宝石、玻璃中任一种。
28.根据本发明优选的，所述步骤(4)中，键合温度为300-400℃，压力为8000-12000kg，时间为30-50min；进一步优选的，键合温度为350℃，压力为10000kg，时间为35min。
29.根据本发明优选的，所述步骤(4)中，采用浓硫酸和双氧水的混合溶液进行活化处理，且混合溶液中浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。
30.根据本发明优选的，所述步骤(9)中，钝化层的材质为sio2、si3n4、分布式布拉格反射镜(dbr)。钝化层起到绝缘和保护的作用。
31.根据本发明优选的，所述步骤(10)中，电极的材质为ti/al/ti/al/ni/pt/au或者ti/al/ti/pt/ni/sn。
32.本发明的有益效果为：
33.1.本发明中，采用透明金属氧化物作为欧姆接触层，p-gap和n-gaas欧姆接触一次工艺实现，工艺简单，成本低。
34.2.采用透明金属氧化物作为欧姆接触层可同时提高发光强度。
附图说明
35.图1是本发明所述的倒装algainp发光二极管芯片的结构示意图。
36.1、永久衬底，2、sio2薄膜，3、p-gap欧姆接触层，4、p-algainp电流扩展层，5、p-alinp限制层，6、mqw多量子阱层，7、n-alinp限制层，8、n-algainp电流扩展层，9、n-gaas欧姆接触层，10、透明金属氧化物层，11、钝化层，12、电极。
具体实施方式
37.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。
38.实施例1
39.一种倒装algainp发光二极管的制备方法，包括步骤：
40.(1)如图1所示，在n-gaas衬底上采用mocvd方法生长algainp外延片，algainp外延片包括自下而上依次设置的n-gaas缓冲层、n-galnp阻挡层、n-gaas欧姆接触层、n-algainp粗化层、n-algainp电流扩展层8、n-alinp限制层7、mqw多量子阱层6、p-alinp限制层5、p-algainp电流扩展层4和p-gap欧姆接触层3；
41.其中，p-gap欧姆接触层3和n-gaas欧姆接触层9的掺杂浓度在3e18以上。当p-gap和n-gaas掺杂浓度足够高时才可以采用透明金属氧化物层10形成欧姆接触。
42.(2)对algainp外延片的p-gap欧姆接触层3进行粗化；
43.(3)在粗化后p-gap欧姆接触层3的表面蒸镀sio2薄膜2，然后进行抛光作业；抛光液采用sio2抛光液，粒径3nm，抛光压力为50pa，转速为40rpm，调整抛光时间直至表面粗糙度小于1nm。sio2薄膜2的厚度为2-4um。
44.(4)将步骤(3)制备得到的sio2薄膜2和永久衬底1进行活化处理，活化溶液采用浓硫酸、双氧水混合溶液，混合溶液中浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。，加热50℃，活化时间5min，然后进行键合，键合温度为350℃，压力为10000kg，时间为35min；
45.其中，永久衬底1为gap、蓝宝石、玻璃中任一种。
46.(5)去除键合后algainp外延片的n-gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-gainp阻挡层，腐蚀掉电极12以外区域的n-gaas欧姆接触层；
47.(6)采用icp刻蚀由n-gaas欧姆接触层刻蚀至p-gap欧姆接触层3；从而暴露出p-gap欧姆接触层3以便后续制作p电极12。
48.(7)在步骤(6)得到的algainp外延片的表面蒸镀一层ito薄膜作为透明金属氧化物层10，厚度为1000埃，然后通过光刻、盐酸腐蚀、合金形成欧姆接触。合金采用管式合金炉，合金温度为380℃，时间10min。
49.(8)采用icp刻蚀由p-gap欧姆接触层3刻蚀至键合层，形成切割道；
50.(9)采用pecvd生长si3n4钝化层11，其厚度为5400埃；
51.(10)通过湿法腐蚀形成电极12窗口，然后光刻、剥离形成电极12，电极12结构为ti/al/ti/al/ni/pt/au；
52.(11)将永久衬底1减薄至110um；
53.(12)通过划片、裂片得到发光二极管。
54.由于直接采用ito同时形成p、n欧姆接触，因此相比现有p、n欧姆接触单独制作流程得到简化，同时ito源成本远远小于金的成本，因此成本也大幅降低。
55.本实施例制备的倒装algainp发光二极管的发光强度可以达到60mcd。
56.实施例2
57.根据实施例1提供的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，区别之处在于：
58.步骤(9)中，钝化层11为对sio2/tio2dbr；
59.步骤(10)中，采用icp刻蚀形成电极12窗口；
60.与实施例1相比，本实施例发光强度提升20％。
61.实施例3
62.根据实施例1提供的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，区别之处在于：
63.步骤(7)中，在步骤(6)得到的algainp外延片的表面蒸镀一层gzo薄膜。
64.对比例1
65.一种倒装algainp发光二极管的制备方法，包括步骤：
66.(1)在n-gaas衬底上采用mocvd方法生长algainp外延片，algainp外延片包括自下而上依次设置的n-gaas缓冲层、n-galnp阻挡层、n-gaas欧姆接触层、n-algainp粗化层、n-algainp电流扩展层8、n-alinp限制层7、mqw多量子阱层、p-alinp限制层5、p-algainp电流扩展层4和p-gap欧姆接触层3；
67.其中，p-gap欧姆接触层3和n-gaas欧姆接触层掺杂在3e18以下。
68.(2)对algainp外延片的p-gap欧姆接触层3进行粗化；
69.(3)在粗化后p-gap欧姆接触层3的表面蒸镀sio2薄膜2，然后进行抛光作业；抛光液采用sio2抛光液，粒径3nm，抛光压力为50pa，转速为40rpm，调整抛光时间直至表面粗糙度小于1nm。sio2薄膜2的厚度为2-4um。
70.(4)将步骤(3)制备得到的sio2薄膜2和永久衬底1进行活化处理，活化溶液采用浓硫酸、双氧水混合溶液，混合溶液中浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。，加热50℃，活化时间5min，然后进行键合，键合温度为350℃，压力为10000kg，时间为35min；
71.其中，永久衬底1为gap、蓝宝石、玻璃中任一种。
72.(5)去除键合后algainp外延片的n-gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-gainp阻挡层，腐蚀掉电极12以外区域的n-gaas欧姆接触层；
73.(6)采用icp刻蚀由n-gaas欧姆接触层刻蚀至p-gap欧姆接触层3；从而暴露出p-gap欧姆接触层3以便后续制作p电极12。
74.(7)在p-gap欧姆接触层3上通过光刻、蒸镀、剥离、合金、制作p型欧姆接触au/auznau或者au/aube/au；
75.(8)在n-gaas欧姆接触层上通过光刻、蒸镀、剥离、合金制作n型欧姆接触au/augeni/au。
76.(9)采用icp刻蚀由p-gap欧姆接触层3刻蚀至键合层，形成切割道；
77.(10)采用pecvd生长si3n4钝化层11，其厚度为5400埃；
78.(11)通过湿法腐蚀形成电极12窗口，然后光刻、剥离形成电极12，电极12结构为ti/al/ti/al/ni/pt/au；
79.(12)将永久衬底1减薄至110um；
80.(13)通过划片、裂片得到发光二极管。
81.本实施例制备的倒装algainp发光二极管的发光强度可以达到56mcd。

技术特征：
1.一种倒装algainp发光二极管的制备方法，其特征在于，包括步骤：(1)在n-gaas衬底上生长algainp外延片，所述algainp外延片包括自下而上依次设置的n-gaas缓冲层、n-galnp阻挡层、n-gaas欧姆接触层、n-algainp粗化层、n-algainp电流扩展层、n-alinp限制层、mqw多量子阱层、p-alin限制层、p-algainp电流扩展层和p-gap欧姆接触层；(2)对algainp外延片的p-gap欧姆接触层进行粗化；(3)在粗化后p-gap欧姆接触层的表面蒸镀sio2薄膜，然后进行抛光作业；(4)将步骤(3)制备得到的sio2薄膜和永久衬底进行活化处理，然后进行键合；(5)去除键合后algainp外延片的n-gaas衬底、n-gaas缓冲层、n-gainp阻挡层，腐蚀掉电极以外区域的n-gaas欧姆接触层；(6)采用icp刻蚀由n-gaas欧姆接触层刻蚀至p-gap欧姆接触层；(7)在步骤(6)得到的algainp外延片的表面蒸镀透明金属氧化物层，然后通过腐蚀、合金形成欧姆接触；(8)采用icp刻蚀由p-gap欧姆接触层刻蚀至键合层，形成切割道；(9)在algainp外延片的表面蒸镀形成钝化层；(10)通过湿法或干法蚀刻工艺形成电极窗口，然后光刻、剥离形成电极；(11)将永久衬底减薄；(12)通过划片、裂片得到发光二极管。2.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(1)中，p-gap欧姆接触层和n-gaas欧姆接触层的掺杂浓度在3e18以上。3.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(7)中，透明金属氧化物层的材质为ito、gzo、izo。4.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(3)中，sio2薄膜的厚度为2-4um。5.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(4)中，永久衬底为gap、蓝宝石、玻璃中任一种。6.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(4)中，键合温度为300-400℃，压力为8000-12000kg，时间为30-50min；进一步优选的，键合温度为350℃，压力为10000kg，时间为35min。7.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(4)中，采用浓硫酸和双氧水的混合溶液进行活化处理，且混合溶液中浓硫酸和双氧水的体积比为3:1。8.根据权利要求1所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(9)中，钝化层的材质为sio2、si3n4、分布式布拉格反射镜。9.根据权利要求1-8任一项所述的一种倒装algainp发光二极管的制备方法，所述步骤(10)中，电极的材质为ti/al/ti/al/ni/pt/au或者ti/al/ti/pt/ni/sn。

技术总结
一种倒装AlGaInP发光二极管的制备方法，该制备方法采用透明金属氧化物作为欧姆接触层，通过对合金条件优化，可同时与P-GaP和N-GaAs形成欧姆接触，无需对P-GaP欧姆接触层和N-GaAs欧姆接触层单独进行欧姆接触制程，工艺简单，成本低，且透明欧姆接触层可同时提高发光强度。光强度。光强度。


技术研发人员：吴向龙 闫宝华 彭璐 王成新 徐现刚
受保护的技术使用者：山东浪潮华光光电子股份有限公司
技术研发日：2022.03.14
技术公布日：2023/9/23