一种具有防扩层的发光二极管及其制造方法与流程

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种具有防扩层的发光二极管及其制造方法。

背景技术：
现有技术中，高亮发光二极管一般都采用多重量子阱（multiplequantumwell）结构作为有源层，电子和空穴在量子阱里复合并以光的形式释放出能量，其内量子效率达到较高水平。然而，从量子阱中发出的光有一部分会被衬底直接吸收，一部分在发光二极管与空气或封装材料所形成的全反射界面处被反射，无法传导出来直至在内部被吸收，所以外量子效率仍然较低。因此，设计成倒置结构的发光二极管，通过增加金属反射镜可以较好地反射光，并采用表面粗化形貌进一步改善界面出光，较大地提高发光二极管的外量子效率。公开号为CN102779913A公开一种超高亮度发光二极管及其制备方法，发光二极管采用倒置工艺，在发光二极管的P型GaP窗口层蒸镀金属反射层，且通过在P型GaP窗口层掺杂高浓度的C来起到阻止金属反射镜的金属扩散的作用。但由于掺C带来反应室的C污染，会对后续的生长有较大的影响，并不适合LED的批量生产。公告号为CN1198339C提供一种发光二极管的结构及其制造方法，该发光结构属于倒置结构，该发光二极管具有镜面反射层，其镜面反射层由透明导电型氧化层和一高反射金属层所构成的复合反射层，透明导电型氧化层允许绝大多数的光通过然后再被反射金属层反射回来。然而，由于氧化层是后续蒸镀在外延层上，高反射金属层是蒸镀在氧化层之上，三层相互之间的连接较差，在后续芯片工艺过程中容易出现外延层、氧化层、金属反射层脱落问题。公开号为CN1734798A公开一种具有透明导电层的全方位反射器发光二极管，该发光二极管在透明导电层和金属反射层之间形成附着层，以增加透明导电层和金属反射层之间的附着力。但氧化层是后续在外延层上蒸镀的，与外延层的连接较差，存在容易出现外延层、氧化层脱落问题。

技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种具有防扩层的发光二极管及其制造方法，以使外量子效率较高，且内部层结构连接较为稳定。为达成上述目的，本发明的解决方案为：一种具有防扩层的发光二极管制造方法，包括以下步骤：步骤一，在衬底的上表面依次形成第一型电流扩展层、第一型限制层、有源层、第二型限制层、第二型电流扩展层、防扩层及保护层；步骤二，腐蚀去除保护层；步骤三，在防扩层上光刻复数个通孔，通孔腐蚀至第二型电流扩展层，在防扩层上蒸镀金属，金属填满通孔形成导电通道，与第二型电流扩展层形成欧姆接触，而在非导电通道的区域形成金属反射镜；步骤四，将金属反射镜键合在具有导电性的硅基板上，腐蚀去除衬底；并在硅基板的另一面形成第二电极；在第一型电流扩展层上形成第一电极；步骤五，在第一电极和第二电极上形成保护膜，采用粗化工艺在第一型电流扩展层的表面形成粗化形貌；步骤六，由第一型电流扩展层向硅基板方向进行第一次切割，切割深度至硅基板表面或表面往下小于10微米；步骤七，所述防扩层至少包括第二防扩层，采用氧化工艺将第二防扩层的外延材料转变成氧化物介质层；步骤八，除去第一电极和第二电极上的保护膜，第二次切割分裂得到发光二极管。进一步，步骤七中，所述防扩层还包括第一防扩层，采用氧化工艺，将第一防扩层的材料氧化形成布拉格反射层。一种具有防扩层的发光二极管，在有源层一侧依次为第一型限制层、第一型电流扩展层及第一电极，在有源层另一侧依次形成第二型限制层、第二型电流扩展层、硅基板及第二电极；在第二型电流扩展层与硅基板之间形成防扩层，所述防扩层至少包括第二防扩层，第二防扩层被氧化为氧化物介质膜，防扩层为无导电型掺杂的绝缘层，在防扩层中形成导电通道，且在防扩层上形成金属反射镜，金属反射镜位于防扩层与衬底之间。进一步，所述第二防扩层由单层膜外延结构组成，所述单层膜外延结构为砷化物材料。进一步，所述单层膜外延结构的组成材料为AlxGa1-xAs（0.95≤x≤1）。进一步，所述单层膜外延结构由单层的AlAs材料构成，且AlAs材料的厚度为280nm。进一步，所述防扩层还包括第一防扩层，第一防扩层与第二型电流扩展层连接，第一防扩层为多层膜外延结构，第二防扩层为单层膜外延结构。进一步，第一防扩层由n组AlxGa1-xAs和AlyGa1-yAs交替构成，1≤n≤15，0.95≤x≤1，0≤y≤0.7；且第二防扩层的组成材料为AlxGa1-xAs，0.95≤x≤1。进一步，第一防扩层形成布拉格反射层，低折射率材料层的膜厚度D1=（2k+1）λ/（4n1），其中k≥0且为整数；高折射率材料层的膜厚度D2=（2k+1）λ/（4n2）；其中k≥0且为整数；λ为需要反射光的波长，单位nm；n1、n2为光的折射率，且n1<n2。进一步，所述第二防扩层的厚度d满足范围80nm≤d≤350nm；且d满足（2k+1）λ/（4n2），其中k≥0且为整数，λ为需要反射光的波长，单位nm，n2为光的折射率。进一步，构成第一型电流扩展层、第一型限制层、第二型限制层、第二型电流扩展层的材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P、GaP，且0≤x≤1，0≤y≤1；构成有源层的量子阱与量子垒的材料包括AlxGa1-xAs、(AlyGa1-y)0.5In0.5P、(AlxGa1-x)zIn1-zAs，且0≤x≤1，0≤y≤1，0.4≤z≤1，有源层由n组量子阱和量子垒交替构成，且2≤n≤80。采用上述方案后，本发明在第二型电流扩展层与硅基板之间形成防扩层，防扩层为无导电型掺杂的绝缘层，在防扩层中形成导电通道，且在防扩层形成金属反射镜，金属反射镜位于防扩层与硅基板之间，所述结构使得内部层结构连接较为稳定，解决外延层脱落的技术问题；同时，防扩层至少包括第二防扩层，将第二防扩层的材料氧化成为氧化膜介质层，与金属导电通道形成全方位反射结构，能有效提高发光二极管的外量子发光效率。同时，所述防扩层还包括第一防扩层，采用氧化工艺，将第一防扩层的材料氧化形成布拉格反射层，与金属导电通道形成全方位反射ODR结构，进一步有效提高发光二极管的外量子发光效率。防扩层由第一防扩层和第二防扩层两部分组成，第一防扩层和第二防扩层均为无任何导电型掺杂的绝缘层，以减少金属反射镜的扩散。构成第一防扩层材料的禁带宽度相对于有源层发的光为透明窗口，避免第一防扩层吸光而降低发光二极管的亮度。由于防扩层为砷化物材料构成，当第二型电流扩展层为磷化物材料构成时，无需插入能起到腐蚀阻挡及欧姆接触的阻挡层；当第二型电流扩展层为砷化物材料构成时，需插入阻挡层，且阻挡层为磷化物材料构成。通过不同材料体系的设计，后续的导电通孔的制作才能采用成本较低的湿法腐蚀工艺。构成保护层的材料为(AlyGa1-y)0.5In0.5P，且0≤y≤0.5，保护层厚度d1满足以下范围：150nm≤d1≤1000nm。采用较低Al组分的保护层以防止从反应室取出时温度较高会氧化保护层，且保护层采用合适厚度能更好地保护第二防扩层。保护层采用不同材料体系方便湿法腐蚀去除保护层，降低制造成本。本发明采用在发光结构上外延生长不导电的防扩层复合结构，通过芯片倒置工艺在防扩层上形成金属反射镜，并在防扩层嵌入金属导电通道，通过采用氧化工艺对防扩层进行氧化以形成氧化物介质层及布拉格反射层的复合层，解决了常规倒置芯片制作工艺中蒸镀氧化层，导致氧化层与外延层的连接较差问题。避免芯片制作过程容易出现外延层脱落。防扩层经过氧化工艺形成氧化物介质层与金属反射镜、导电通道形成复合的全方位反射ODR结构，且叠加了布拉格反射层的两部分复合结构，能有效提高了发光二极管的外量子发光效率，获得大功率发光二极管的高可靠性器件。附图说明图1为本发明第一实施例的外延结构示意图；图2为本发明第一实施例的发光二极管结构示意图；图3为本发明第二实施例的外延结构示意图；图4为本发明第二实施例的发光二极管结构示意图。标号说明GaAs衬底11第一型电流扩展层12第一电极121第一型限制层13有源层14第二型限制层15第二型电流扩展层16防扩层17第一防扩层17a第二防扩层17b导电通道171金属反射镜172保护层18硅基板19第二电极191GaAs衬底21第一型电流扩展层22第一电极221第一型限制层23有源层24第二型限制层25第二型电流扩展层26防扩层27导电通道271金属反射镜272保护层28硅基板29第二电极291。具体实施方...