专利名称：采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，是 一 种采用全光学
膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，尤其适用于
垂直结构白支撑衬底的高效发光.二极管的制作。
背景技术：
大功率 GaN基 LED可广泛应用 源、交通信号显示、汽车等各类运输 全色信息显示、景观照明、军用照明、 域，具有具有光电转换效率高、绿色 响应速度快、色彩丰富、全固体化、 是人类照明史上继爱迪生发明白炽灯 命。2 0世纪9 0年代初期，基于111族氮化物的蓝光 发光二极管(LED )研制成功，从而使得LED发光光谱 覆盖整个可见光范围，解决了 LED缺色的问题，用于 照明的白光LED研制也因此成为可能。与传统白炽灯
于移动设备北 冃光
工具照、明、户外
LCD杯光源等领
环保、寿命长、
体积小等优点、，
之后的又一7欠革
相比，LED具有节能、环保、冷光源、发光效率高、显 色指数高和工作寿命长等突出优点。然而，目前白光 LED的光效距离通用照明所要求的1 6 0 - 2 0 0 lm/w 的指标还有相当远的距离，电流分布不均匀、光提取 效率低和散热能力差是功率型LED发展所面临的主要 技术瓶颈。垂直结构LED就是基于上述问题提出的一 种新的解决方案，相比传统的正装结构和倒装结构 LED ，采用上下电极的垂直结构可以有效的解决电流分
布不均匀、散热能力差等问题，但光学特性，即提取 效率改善不明显。
发明内容
本发明的巨的是针对现有的垂直结构发光二丰及管
特点、，采用全光学膜体系制作新型垂直结构发光极
管，提供一种提取效率高、电流分布均匀、散热能力
优良的发光极管制作方法。
本发明提供种采用全光学膜体系的垂直结构发
光极管制作方法其特征在于，包括如下步骤
步骤1利用金属化学有机气相沉积方法在衬底
上依次外延生长氮化镓N型接触层、多量子阱有源区
和氮化镓p型接触层
止 少骤2 采用感应耦合等离子体、电子回旋共振、
反应离子刻蚀干法刻蚀技术进行器件隔离；
步骤3 :在氮化镓P型接触层上采用电子束蒸发 技术制作IT0光学膜；
步骤4 :采用离子束溅射技术在I T0光学膜上制 作一层光学高反膜，高反膜采用网状结构，即IT0光 学膜部分区域被光学高反膜覆盖，部分区域裸露，该 结构通过光刻剥离技术得到；
步骤5:采用热蒸发、电子束蒸发技术在光学高 反膜上和裸露的IT0膜区域制作 一 层金属膜，用作二
次反射镜和键合层，该IT0光学膜、光昂古 子冋反膜与金
属膜构成器件的P电极；
止 少骤6:P电极制作完成后与硅、铜高热导率衬底
键合 ，
步骤7:采用激光剥离、湿法腐蚀技术将绝缘的
衬底去除，裸露出氮化镓N型接触层；
步骤8:采用电子束蒸发技术在氮4七镓N型接触
层表面制作IT0导电光学减反膜；
步骤9:采用湿法腐蚀技术对 IT0导电光学减反
膜进行表面粗化处理；
步骤10 :在IT0导电光学减反膜上制作金属电
极；
骤11:采用等离子增强化学气相沉积技术在
心片表面沉积介质膜，以进行表面钝化保护；
步骤12:将金属电极区域的介质膜去除，进行
压焊封装，完成祖 奋件的制作。
苴 z 、中衬底为耽宝石衬底或者氮化镓衬底。
苴 z 、中衬底为氮化镓衬底时步骤6 、步骤7省略。
苴 z 、中光学咼反膜采用剥离技术形成网状结构，使
得金属膜与IT0光学膜接触，实现P电极引线。
中光学高反膜采用离子束溅射技术得到，为高、
低折射率交替的多层介质膜
中金属膜采用基于咼反射率金属银或者铝的多
层金属膜体系
为进—步说明本发明的内容及特点，以下结合附
图及实施例对本发明作详细的描述，其中
图1是本发明的材料结构；
图2是本发明的P电极结构剖视图3是本发明键合后的剖视图4是本发明的制作兀成后结构剖视图5是本发明图2的俯视图6是本发明图4的仰视图。
具体实施例方式
请参阅图1 一图4所示，本发明 一 种采用全光学 膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，包括如下步 骤
步骤1 :利用金属化学有机气相沉积方法在衬底
10上依次外延生长氮化镓N型接触层11 、多量子
阱有源区1 2和氮化镓P型接触层1 3 ，该衬底1 0 为蓝宝石衬底；
步骤2:采用感应耦合等离子体、电子回旋共振、
反应离子刻蚀干法刻蚀技术进行器件隔离；
步骤3 :在氮化镓P型接触层13上采用电子束
蒸发技术制作工T0光学膜2 0 ;
步骤4:采用离子束溅射技术在IT0光学膜2 0 上制作 一 层光学高反膜2 1 ，高反膜采用网状结构， 即工T0光学膜2 0部分区域被光学高反膜2 1覆盖， 部分区域裸露，该结构通过光刻剥离技术得到；该光 学高反膜2 1采用剥离技术形成网状结构，使得金属 膜2 2与IT0光学膜2 0接触，实现P电极引线；该 光学高反膜2 1采用离子束溅射技术得到，为高、低 折射率交替的多层介质膜；
步骤5:采用热蒸发、电子束蒸发技术在光学高 反膜21上和裸露的IT0膜区域制作 一 层金属膜22 ，
用作二次反射镜和键合层，该IT0光学膜2 0 、光学 高反膜2 1与金属膜2 2构成器件的P电极；该金属 膜2 2釆用基于高反射率金属银或者铝的多层金属膜 体系；
步骤6 : P电极制作完成后与硅、铜高热导率衬底
30键合；
步骤7 :采用激光剥离、湿法腐蚀技术将绝缘的
蓝宝石衬底1 0去除，裸露出氮化镓N型接触层1 1 ;
步骤8:采用电子束蒸发技术在氮化镓N型接触 层1 1表面制作I T0导电光学减反膜4 0 ;
步骤9:采用湿法腐蚀技术对 ITO导电光学减反 膜4 Q进行表面粗化处理；
步骤1 0 :在IT0导电光学减反膜4 0上制作金 属电极4 1 ;
步骤11 :采用等离子增强化学气相沉积技术在
芯片表面沉积介质膜4 2 ，以进行表面钝化保护；
步骤1 2 :将金属电极4 1区域的介质膜4 2去 除，进行压焊封装，完成器件的制作。
上述的方法是以衬底1 Q为蓝宝石衬底时的制作步骤。
若衬底10为氮化镓衬底时，其基本步骤相同，
其区别是可以省略步骤6和步骤7 。
请再参阅图l-图4，图1-图4是本发明的发光 二极管的材料结构基本制作流程，其制作过程包括P
电极复合膜系制备、键合、衬底剥离、N电极减反膜系 制备。
采用 M0CVD技术依次在衬底1 0上外延生长氮化 镓N型接触层1 1 、多量子阱有源区1 2 、氮化镓P 型接触层1 3 ，材料结构如图1所示。衬底1 0采用 蓝宝石衬底或者氮化镓衬底，其中蓝宝石衬底为绝缘 衬底，氮化镓衬底是导电衬底。对材料进行清洗，去 除表面有机物和氧化层。在氮化镓P型接触层1 3表 面采用电子束蒸发(EB)技术制作IT0光学膜2 0 ， 经5 0 0 °C氧气氛围退火，工T0光学膜2 0的透过率可 以达到.9 0 %以上，同时形成良好的欧姆接触。氮化镓 折射率为2 . 4 ，与外界空气或者封装材料的折射率差 较大，界面反射率高造成大量的光线损失，IT0光学膜 2 0折射率介于氮化镓与封装材料之间，可以有效降 低界面反射损失，同时I T0光学膜2 Q对可见光透过 率高，是 一 种难得的光学导电薄膜。IT0光学膜2 0的 厚度设计按照减反膜设计原理，可以有效地提高提取 效率。IT0光学膜2 0制作完成后，采用离子束溅射技
术在IT0光学膜2 0上制作 一 层光学高反膜2 1 ，高 反膜采用高、低折射率交替的多层介质膜构成，反射
率可以达到9 9 % ，优于通常采用的高反射率金属反射 镜。高折射率介质膜可选用氧化钽(Ta 2 0 5 )、氧化钛 (Ti02)等，低折射率介质膜可选用二氧化硅(Si02)、 氟化镁(MgF2 )等。由于该光学高反膜2 1不导电， 所以采用网状结构，其结构俯视图如图5所示，即 ITO光学膜2 0部分区域被光学高反膜2 1覆盖，部分 区域裸露，以便于制作电极引线。该光学高反膜2 1 网状结构采用光刻剥离技术得到，光学高反膜2 1覆 盖的区域面积在器件的电学特性和光学特性之间进行 折中，本实施例采用二分之 一 器件面积。采用热蒸发、 电子束蒸发(EB)技术在光学高反膜2 l上制作一层 金属膜2 2 ，结构如图4 ，该金属膜2 2采用基于银
或者铝的多层金属膜体系，用作二次反射镜和键合层。 上述ITO光学膜2 0、光学高反膜2 l与金属膜2 2
构成器件的P电极，该结构综合考虑光学、电学特性， 有利于提高垂直结构LED的效率。P电极制作完成后， 与硅、铜、锗等高热导率衬底3 0键合，有利于降低 器件热阻，提高器件可靠性。采用激光剥离、湿法腐 蚀技术、干法刻蚀技术将衬底1 Q去除，裸露出氮化 镓N型接触层1 1 ，实现衬底转移。釆用电子束蒸发
技术在氮化镓N型接触层1 1表面制作IT0导电光学
减反膜4 0 ，该膜层的设计遵循减反膜设计原理，即 有利于提高提取效率，还可以用作电流扩展层，在整
个器件内部实现均匀的电流分布，进 一 步提高效率和
可靠
0进 有效 上制
流分
性。采用湿法腐蚀技术对IT0导电光学减反膜4 行表面粗化处理，减少界面全反射造成光线损失， 提高器件提取效率。在IT0导电光学减反膜4 0 作金属电极4 1 ，该电极结构综合考虑器件的电 布和串联电阻，结构如图6所示。采用等离子增
强化学气相沉积系统在器件表面及边缘沉积介质膜4
2
图5所示，进行表面钝化及器件保护，提高器
件的可靠性。将金属电极4 1区域的介质膜4 2去除， 进行压焊封装。
尽管参照其特定的实施例详细地展示和描述了本 发明，但还应该指出，对于本专业领域的技术人员来 说，可对其形式和细节进行各种改变，而不脱离所附
权利要求限定的本发明的范围。
权利要求
1、一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1利用金属化学有机气相沉积方法在衬底上依次外延生长氮化镓N型接触层、多量子阱有源区和氮化镓P型接触层；步骤2采用感应耦合等离子体、电子回旋共振、反应离子刻蚀干法刻蚀技术进行器件隔离；步骤3在氮化镓P型接触层上采用电子束蒸发技术制作ITO光学膜；步骤4采用离子束溅射技术在ITO光学膜上制作一层光学高反膜，高反膜采用网状结构，即ITO光学膜部分区域被光学高反膜覆盖，部分区域裸露，该结构通过光刻剥离技术得到；步骤5采用热蒸发、电子束蒸发技术在光学高反膜上和裸露的ITO膜区域制作一层金属膜，用作二次反射镜和键合层，该ITO光学膜、光学高反膜与金属膜构成器件的P电极；步骤6P电极制作完成后与硅、铜高热导率衬底键合；步骤7采用激光剥离、湿法腐蚀技术将绝缘的衬底去除，裸露出氮化镓N型接触层；步骤8采用电子束蒸发技术在氮化镓N型接触层表面制作ITO导电光学减反膜；步骤9采用湿法腐蚀技术对ITO导电光学减反膜进行表面粗化处理；步骤10在ITO导电光学减反膜上制作金属电极；步骤11采用等离子增强化学气相沉积技术在芯片表面沉积介质膜，以进行表面钝化保护；步骤12将金属电极区域的介质膜去除，进行压焊封装，完成器件的制作。
2.根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光一极管制作方法，其特征在于，其中衬底为监宝石衬底或者氮化镓衬底。
3.根据权利要求l或2所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光一极管制作方法，其特征在于，苴 7 、中衬底为氮化镓衬底时步骤6 、步骤7省略。
4.根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的垂直结构发光极管制作方法，其特征在于，其中光学咼反膜采用剥离技术形成网状结构，使得金属膜与〖IT0光学膜接触，实现P电极引线。
5.根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的 垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中光学 高反膜采用离子束溅射技术得到，为高、低折射率交 替的多层介质膜。
6.根据权利要求1所述的采用全光学膜体系的 垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，其中金属 膜采用基于高反射率金属银或者铝的多层金属膜体 系。
全文摘要
一种采用全光学膜体系的垂直结构发光二极管制作方法，包括在衬底上依次外延生长N型接触层、有源区和P型接触层；刻蚀，将器件隔离；在P型接触层上制作ITO光学膜；在ITO光学膜上制作光学高反膜，部分区域裸露；在光学高反膜上和裸露的ITO膜区域制作金属膜，构成器件的P电极；将绝缘的衬底去除，裸露出氮化镓N型接触层；在氮化镓N型接触层表面制作ITO导电光学减反膜；对ITO导电光学减反膜进行表面粗化处理；在ITO导电光学减反膜上制作金属电极；在芯片表面沉积介质膜，以进行表面钝化保护；将金属电极区域的介质膜去除，进行压焊封装，完成器件的制作。
文档编号H01L33/00GK101355119SQ20071011947
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者伊晓燕, 李晋闽, 王国宏, 王良臣 申请人:中国科学院半导体研究所