一种N面出光AlGaInPLED薄膜芯片及制备方法与流程

本发明属于led芯片技术领域，尤其是涉及一种n面出光algainpled薄膜芯片及制备方法。

背景技术：

发光二极管作为新一代的绿色照明光源，具有寿命长、亮度高、功耗低等特点，正逐渐取代传统照明光源。四元合金algainp材料与gaas衬底晶格匹配，制备的led发光波长可以覆盖红、黄、绿波段。经过多年的发展，algainp材料已经成为制备红光到黄绿色led最优良的材料。

各种半导体电子器件都需要通过金属电极与其他器件相连。在半导体上沉积金属，形成紧密接触，这种接触称为金属-半导体接触。在特定的条件下，有两种金属-半导体接触类型：欧姆接触和肖特基接触。金属与低掺杂半导体形成的接触通常表现为类似pn结二极管的整流特性，称之为肖特基接触，又名整流接触；金属与重掺杂半导体形成的接触，通常表现为低阻的短路特性，不会在接触界面引起附加压降，称为欧姆接触。

近年来，人们利用晶片键合及转移衬底的技术制备了n面出光的algainpled薄膜型芯片，极大地提高了led芯片的光提取效率，其光效为传统正装结构芯片的3-4倍。目前业界常见的高光效algainpled薄膜芯片是在n型algainp粗化层前外延生长一层n⁺-gaas作为欧姆接触层。但n⁺-gaas对可见光有吸收作用，在芯片工艺中，必须将n电极下方区域以外的n⁺-gaas材料完全去除，并且确保n电极对应的n⁺-gaas完整无缺损，不能出现因为侧向腐蚀导致的电极脱落或粘附性不稳定的现象。

现有的algainpled芯片中由于在粗化层上方的接触层中制备n电极金属，必然增加了光刻步骤，导致生产成本的上升。在去除接触层材料时，也有可能出现因为侧向钻蚀导致的电极脱落问题。

技术实现要素：

在为解决在n⁺-gaas接触层上制备n电极引起的诸多问题，本发明提出一种直接在n型粗化层上制备n电极的方法，同时提出一种直接在n型粗化层上制备n电极的n面出光algainpled薄膜芯片。本发明可消除n⁺-gaas接触层引起的光吸收问题，并简化芯片制备工艺降低生产成本。

本发明提供了一种n面出光algainpled薄膜芯片，所述芯片自下而上依次包括：基板、键合金属层、金属反射电极、介质层、p型欧姆接触层、发光层、n型电流扩展层、n型粗化层、n电极，所述n电极与n型粗化层直接形成欧姆接触；

n型电流扩展层的材料(alx1ga1-x1)0.5in0.5p中al组分介于0.30-0.60之间；

n型粗化层的材料(alx2ga1-x2)0.5in0.5p中al组分介于0.25-0.35之间。

优选地、所述n型粗化层厚度为50-1500nm，掺杂浓度为0.7-5e18cm^-3。

优选地、所述n型电流扩展层厚度为1500-5000nm，掺杂浓度为0.5-1e18cm^-3。

优选地、所述n电极的电极材料依次包括第一ni层、第一au层、ge层、第二ni层、第二au层，其第一ni层为与n型粗化层最先接触。

优选地、所述n电极的电极材料厚度分别为：第一ni层3-10nm，第一au层50-150nm，ge层20-50nm，第二ni层3-10nm，第二au层500-2000nm。

一种制备权利n面出光algainpled薄膜芯片的方法，所述方法包括以下步骤：

s1、在衬底上依次外延生长截止层、n型gaas接触层、n型粗化层、n型电流扩展层、n型限制层、发光层、p型限制层、p型欧姆接触层、介质层；

s2、制备金属反射电极、键合金属层；

s3、键合金属层一侧与基板键合，键合金属层另一侧设置金属反射电极；去除衬底，去除截止层，去除n型gaas接触层，裸露出n型粗化层；

s4、粗化腐蚀n型粗化层；

s5、制备n电极，快速热退火；

s6、腐蚀芯片切割沟槽；

s7、切割芯片，完成芯片制备；

所述步骤s4和步骤s5中的n型粗化层与n电极在快速热退火后形成欧姆接触；

所述步骤s4、s5、s6顺序可任意排列。

优选地、s51、去除衬底后，完全去除晶圆表面截止层与n型gaas接触层；

s52、利用电子束蒸发的方式，在n型粗化层上蒸镀n电极；

s53、在s2的基础上进行快速热退火，退火气氛为氮气气氛，退火温度为385℃-485℃，退火时间为25s-10min。

优选地、步骤s52中蒸镀n电极之前利用低浓度氢氟酸或其他弱酸清洗粗化层表面。

有益效果

本发明通过对algainpled芯片n电极制备的优化及创新，直接在n型粗化层上制备欧姆接触，有效简化了n面出光algainpled薄膜芯片制备工艺，降低生产成本，并同时解决了采用n⁺-gaas作为欧姆接触层而产生的吸光问题;

本发明通过限定n型粗化层厚度为50-1500nm，掺杂浓度进一步保证出光性，电压不会过高，保障其薄膜芯片的性能；

本发明通过限定n电极的电极材料及其厚度进一步保证电压稳定，不会过高，保障其薄膜芯片的性能。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中常规n面出光的algainpled芯片的n型欧姆接触的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式中常规n面出光的algainpled芯片的结构示意图；

图3为本发明具体实施方式中algainpled外延的结构示意图；

图4为本发明具体实施方式中algainpled芯片的结构示意图；

图中：100-常规n型欧姆接触结构；101-第一n电极金属层；102-第一n型电极接触层；103-第一n面粗化层；200-第二基板；201-粘结金属层；202-第二金属反射电极；203-第二介质层；204-第二p面电极接触层；205-第二发光层；206-第二n面粗化层；207-第二n型电极接触层；208-第二n电极金属层；300-衬底；301-截止层；302-n型gaas接触层；303-n型粗化层；304-n型电流扩展层；305-第一发光层；306-p型接触层；400-第一基板、401-键合金属层、402-第一金属反射电极、403-第一介质层、404-第一p面电极接触层、405-第三发光层、406-n型电流扩展层、407-n型粗化层、408-n电极。

具体实施方式

为突出本发明的实施目的、技术方案和结构优点，下面结合附图对本发明实例中的技术方案做详细描述，所描述的实例是本发明的一部分实例，而不是全部的实例。基于本发明中的实例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实例，都属于本发明保护的范围。

图3为本发明提出的algainpled外延结构示意图，由图3可见，所述结构从下至上依次包括：衬底300、截止层301、n型gaas接触层302、n型粗化层303、n型电流扩展层304、第一发光层305、p型接触层306。

图4为本发明提出的一种n面出光的algainpled芯片，由图4可见，所述结构从下至上依次包括：第一基板400、键合金属层401、第一金属反射电极402、第一介质层403、第一p面电极接触层404、第三发光层405、n型电流扩展层406、n型粗化层407、n电极408，其中n型粗化层407与n电极408直接形成欧姆接触。其中，本发明所述的n型欧姆接触与常规algainpled芯片n型欧姆接触的区别在于：去除衬底后，不需要对版窗口光刻步骤，完全去除表面的gainp截止层和n+-gaas接触层，不再保留n+-gaas接触层。无需粗化保护光刻步骤，直接对n型粗化层进行表面粗化，提高光提取效率。随后，在n型粗化层上直接制备n电极，n电极与n型粗化层材料(alx2ga1-x2)0.5in0.5p在快速热退火后形成欧姆接触。

由图1可见常规n面出光的algainpled芯片的n型欧姆接触结构示意图，所述的常规n型欧姆接触结构100包括：第一n电极金属层101、第一n型电极接触层102、第一n面粗化层103，所述第一n电极金属层101、第一n型电极接触层102、第一n面粗化层103依次叠加，且第一n型电极接触层102除了与第一n电极金属层101相对应区域的材料保留外，其余区域的第一n型电极接触层102完全去除。

由图2可见常规n面出光的algainpled芯片示意图，所述的常规algainpled芯片包括：第二基板200、粘结金属层201、第二金属反射电极202、第二介质层203、第二p面电极接触层204、第二发光层205、第二n面粗化层206、第二n型电极接触层207、第二n电极金属层208。所述第二基板200、粘结层201、第二金属反射电极202、第二介质层203、第二p面电极接触层204、第二发光层205、第二n面粗化层206、第二n型电极接触层207、第二n电极金属层208依次叠加。

上述常规algainpled芯片中由于在粗化层上方的接触层中制备n电极金属，必然增加了光刻步骤，导致生产成本的上升。在去除接触层材料时，也有可能出现因为侧向钻蚀导致的电极脱落问题。

实施例1

n面出光algainpled薄膜芯片自下而上依次包括：第一基板400、键合金属层401、第一金属反射电极402、第一介质层403、第一p型欧姆接触层404、第三发光层405、n型电流扩展层层406、n型粗化层407、n电极408，所述n电极408与所述n型粗化层407直接形成欧姆接触；

所述n型电流扩展层406的材料(alx1ga1-x1)0.5in0.5p中al组分为0.30-0.60；

所述n型粗化层407的材料(alx2ga1-x2)0.5in0.5p中al组分为0.25-0.35，n型粗化层407的总材料厚度为50nm，掺杂浓度为0.7-5e18cm^-3，n型电流扩展层406的总厚度为1500-5000nm，掺杂浓度为0.5-1e18cm^-3。

与n面出光algainpled薄膜芯片n型粗化层欧姆接触的n电极与n型粗化层材料(alx2ga1-x2)0.5in0.5p直接形成欧姆接触；电极材料依次为第一ni层、第一au层、ge层、第二ni层、第二au层，其中第一ni层为与n型粗化层最先接触的金属；所述电极材料厚度分别为：第一ni：3-10nm，第一au层：50-150nm，ge层：20-50nm，第二ni层：3-10nm，第二au层：500-2000nm。

一种n面出光algainpled薄膜芯片制备方法，包括以下步骤：

(1)在衬底300上依次外延生长截止层301、n型gaas接触层302、n型电流扩展层303、n型粗化层304、第一发光层305、p型接触层306；

(2)生长第一介质层403，介质层的材料可以为sio2、sinx、ito薄膜中的任意一种，厚度为1nm-1000nm；利用光刻图形化的方法，结合湿法腐蚀或干法刻蚀技术，在中间介质层表面腐蚀出多个小孔以备后续制备金属反射电极；

(3)在步骤2的基础上利用电子束蒸发的方法蒸镀高反射率的第一金属反射电极402，金属反射电极的材料可以为ag、au金属单层，也可以是ni/ag、ni/au、au/be或au/zn合金，厚度是1nm-1000nm；

(4)制备键合金属层401与第一基板400键合，基板400可以是si、sic或gan，晶片键合过程是指将薄膜芯片转移到第一基板400上；

(5)利用湿法腐蚀或干法刻蚀的工艺去除衬底300、去除截止层301、去除n型gaas接触层302，裸露出n型粗化层407；

(6)粗化腐蚀n型粗化层407；

(7)制备n电极408：在n型粗化层407上利用电子束蒸发设备蒸镀n电极408，通过金属剥离或湿法腐蚀的方法完成n电极的制备。所述n电极408材料依次为ni/au/ge/ni/au，其中第一层ni为与n型粗化层最先接触的金属，厚度分别为：ni：3-10nm，au：50-150nm，ge：20-50nm，ni：3-10nm，au：500-2000nm；

(8)快速热退火：在快速热退火炉中进行快速热退火，退火温度为385℃-485℃，退火时间为25s-10min，退火气氛为氮气；

(9)根据实际要求的芯片尺寸腐蚀芯片切割沟槽；

(10)利用机械划片或激光划片切割芯片，完成芯片制备。

其中，所述步骤(7)中n电极408与n型粗化层407在退火后形成欧姆接触。

其中，所述步骤(6)、(7)、(8)顺序可根据实际需求调整。

最后声明的是：以上详细描述的仅用于本发明的实施方案，而并非对本发明专利范围内的限制。需要指出的是，本领域的普通技术人员在本发明的构思范围内进行若干变形和修改，或者对其中的部分技术特征进行相关替换，这些都属于本发明的保护范围。上述专利保护范围以所附权利要求为准最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神及范围。