一种图案化高亮度AlGaInP发光二极管及其制造方法
【专利摘要】一种图案化高亮度AlGaInP发光二极管及其制造方法，属于LED生产应用技术领域，在外延生长时，先在P?GaP 电流扩展层表面蚀刻形成阵列分布有圆形孔的P?GaP 图案化层，然后再在P?GaP 图案化层表面制作氧化铟锡透明薄膜层。本发明工艺简单、合理，氧化铟锡透明薄膜具有良好的电流扩展能力，电流通过氧化铟锡透明薄膜、P?GaP 图案化层可以均匀地注入到整个芯片表面，从而减小了电流在局部区域内的积聚，提升电流的有效效率，阵列分布有圆形孔的P?GaP 图案化层可减少发出的光子经P?GaP 电流扩展层全反射的机率，从而提升了发光效率。
【专利说明】
一种图案化高亮度AI Ga I nP发光二极管及其制造方法
技术领域
[0001]本发明属于LED生产应用技术领域，具体涉及AlGaInP发光二极管的芯片生产工
-H-
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【背景技术】
[0002]四元系LED芯片由于其发光效率高，颜色范围广耗电量少、寿命长、单色发光、反应速度快、耐冲击、体积小等优点而被广泛的应用于指示、显示各种装置上、汽车内部指示灯、家电指示灯、交通停信号灯、家用照明上，特别是高亮度及高功率的发光二极管组件需求量大增，因此，对于高亮度的发光二极管研究及制作必须加紧脚步，以满足高亮度发光二极管于照明市场的需求。
[0003]常规垂直结构AlGaInP发光二极管是基于P-GaP电流扩展层进行横向扩展，将电流注入发光区，但由于P-GaP电流扩展能力有限，电极下方附近区域电流密度较高，离电极较远的区域电流密度较低，导致整体的电流注入效率偏低，从而降低了发光二极管的出光效率。
[0004]高亮度倒装垂直结构AlGaInP芯片采用键合工艺实现衬底置换，用到热性能好的硅衬底代替砷化镓衬底，并结合表面粗化与全方位反射镜技术可获得具有更低热阻值、散热性能更好、亮度会更高的芯片。但是由于倒装垂直结构工艺制作步骤繁多，工序非常复杂，导致成品率低，制作成本偏高。
[0005]图案化AlGaInP芯片表层可以减少光的全反射，增加芯片的出光效率，目前主要的做法有利用纳米压印技术或是聚焦离子束蚀刻，在表面时刻出小孔，可以提升光取出效率，但这种方式工艺前期设备投入成本比较高。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种生产成本较低、出光效率高的图案化高亮度AlGaInP发光二极管。
[0007]本发明在GaAs衬底正面设置N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜层，在氧化铟锡透明薄膜层上设置P电极，在GaAs衬底背面设置N电极;其特征在于:在P-GaP电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜层之间设置具有阵列分布多个圆形孔的P-GaP图案化层。
[0008]氧化铟锡透明薄膜具有良好的电流扩展能力，电流通过氧化铟锡透明薄膜、P-GaP图案化层可以均匀地注入到整个芯片表面，从而减小了电流在局部区域内的积聚，提升电流的有效效率，阵列分布有圆形孔的P-GaP图案化层可减少发出的光子经P-GaP电流扩展层全反射的机率，从而提升了发光效率。
[0009]进一步地，本发明所述P-GaP电流扩展层的厚度为2?5μπι，所述P-GaP图案化层的圆形孔的孔径为3?5μηι，深度为I?2μηι，相邻的圆形孔的间距为4?8μηι。
[0010]电流扩展层的厚度2?5μπι，此层需要电流扩展与粗化，厚度不能薄，否则会影响到电流注入。
[00? ? ] P-GaP图案化层的圆形孔的孔径为3?5μηι，深度为I?2μηι，相邻的圆形孔的间距为4?8μπι，是具有最佳的出光效果的图案阵列，圆形孔的深度不能太深，才能保证良好的电流扩展，否则会影响电流扩展与电性导通。
[0012]本发明另一目的是提出以上产品的的制造方法。
[0013]本发明技术方案是:在GaAs衬底正面通过MOCVD方法外延生长形成N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP电流扩展层、氧化铟锡透明薄膜层，在氧化铟锡透明薄膜层上制作P电极，在GaAs衬底背面制作N电极;本发明特征是:先在P-GaP电流扩展层表面蚀刻形成阵列分布有圆形孔的P-GaP图案化层，然后再在P-GaP图案化层表面制作氧化铟锡透明薄膜层。
[0014]本发明工艺简单、合理，氧化铟锡透明薄膜具有良好的电流扩展能力，电流通过氧化铟锡透明薄膜、P-GaP图案化层可以均匀地注入到整个芯片表面，从而减小了电流在局部区域内的积聚，提升电流的有效效率，阵列分布有圆形孔的P-GaP图案化层可减少发出的光子经P-GaP电流扩展层全反射的机率，从而提升了发光效率。
[0015]进一步地，本发明制作形成的所述P-GaP电流扩展层的厚度为2?5μπι，制作形成的P-GaP图案化层的圆形孔的孔径为3?5μηι，深度为I?2μηι，相邻的圆形孔的间距为4?8μmD
[0016]具体的成孔方法是:在P-GaP电流扩展层上旋涂正性光刻胶，通过曝光、显影，制作出分布的圆形孔图案，再通过等离子打胶后，进行湿化蚀刻，然后再去除圆形孔之间剩余的正性光刻胶。本发明对-GaP电流扩展层进行表面湿法处理，减少P-GaP表面全反射的发生，提升光取出效率。电流经过P电极流入氧化铟锡透明薄膜层，氧化铟锡透明薄膜层横向电阻小于同层P-GaP电流扩展层的接触电阻，电流氧化铟锡透明薄膜层进行横向扩展后，再注入到P-GaP电流扩展层中，进而进入有源层，大大提升电流注入效率，提升了发光二极管的发光亮度，同时由于工艺简单，具有传统结构发光二极管成本低，良率高的优点，适宜批量化生产，利于取得高质量、低成本的产品。
[0017]本发明所述湿化蚀刻用蚀刻液为由体积比为2:1:2:4的KOH、Na2SO4、高锰酸钾、铁酸钾和水组成的混合液。此蚀刻液可使蚀刻速率快，效果好。
[0018]所述湿化蚀刻用蚀刻液也可是由体积比为I: I: 3的HCl、H2O2和CH3COOH组成的混合液。此蚀刻液可保障蚀刻速率中等，效果好，对P-GaP损伤小。
[0019]在外延生长P-GaP电流扩展层时，以镁进行掺杂，掺杂浓度为2X 1018cm—3到I X 1019cm-3oP-GaP电流扩展层高浓度的掺杂是为了降低与氧化铟锡透明薄膜接触势皇，改善电流注入的分布，有效提升电流注入效率，提升了发光二极管的发光强度。
[0020]另外，外延生长形成的氧化铟锡透明薄膜的厚度为200?350nm。该厚度为通过AlGaInP发光波长计算得出的最佳厚度，可以增加出光率，降低LED芯片的正向工作电压。
[0021]为了增加氧化铟锡透明薄膜的光透过率、降低薄膜层的体电阻、增强与P-GaP电流扩展层的粘附力，保障衬底GaAs同N电极形成良好的电学接触，将图案化高亮度AlGaInP发光二极管进行快速退火处理，快速退火温度为380?480°C，退火时间5?20s。
【附图说明】
[0022]图1为本发明产品的一种结构示意图。
[0023]图2为图1的俯向视图。
【具体实施方式】
[0024]一、本发明的具体实施步骤:
在厚度为160?200μπι的GaAs衬底100正面通过MOCVD技术制作芯片:
依次外延生长N-GaAs缓冲层200、AlAs/AlGaAs反射层201、N_AlGaInP下限制层202、MQff多量子阱有源层203、P-AlGaInP上限制层204、？-6&11^缓冲层205、？_6&?电流扩展层206。
[0025]其中外延生长的高掺杂镁的P-GaP电流扩展层206厚度2?5μπι (本例为4.5μπι)，以保证能形成良好的欧姆接触，镁的掺杂浓度为2Χ 118Cnf3到I X 10 19Oif3。
[0026]将完成外延制作的芯片用511溶液液清洗P-GaP电流扩展层206，在P-GaP电流扩展层206上旋涂正性光刻胶，通过曝光，显影，制作出呈阵列式分布的圆形孔图案:各圆形孔的直径分别为3?5μπι，相邻的圆形孔的间距均为4?8μπι。再通过等离子打胶后，利用体积比为2:1: 2:4的K0H、Na2S04、高锰酸钾、铁酸钾和水的混合液，或是体积比为I: I: 3的HCl、H2O2和CH3COOH的混合液进行湿化蚀亥Ij，湿化蚀刻时间为60?90s，圆形孔的蚀刻深度为I?2
μ??ο
[0027]再去除圆形孔之间剩余的正性光刻胶，即完成P-GaP电流扩展层的图案化，取得P-GaP图案化层207。
[0028]将制成P-GaP图案化层207的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗1min，采用电子束蒸镀的方式，在P-GaP图案化层207的表面沉积厚度为200?350nm (本例为260nm)的氧化铟锡透明薄膜208，氧化铟锡透明薄膜208的透过率保证在95%以上，方块电阻在8 ?以内。
[0029]将制作完成氧化铟锡透明薄膜208的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗lOmin，旋涂负性光刻胶，经过烘烤，曝光，烘烤，显影通过高速旋干机将样品旋干、等离子打胶后，采用电子束蒸镀方式蒸镀P电极300，？电极300的材料为0、11^1，厚度分别为5011111、30011111、3500nm，采用剥离的方式去除负性光刻胶。
[0030]将制作完成P电极300的芯片贴附于研磨盘上，将背面GaAs衬底100减薄至190μπι厚度。
[0031]将减薄后的芯片使用丙酮、IPA溶液进行超声清洗lOmin，采用电子束蒸镀的方式在衬底GaAslOO表面制作N电极3014电极301的材料为41166^11，厚度分别为12011111、15011111。
[0032]将制作完成N面电极301的芯片快速退火炉对芯片进行退火，退火温度380?480°C(本例为430 0C )，退火时间5?20s (本例为12s )。
[0033]上述步骤完成图案化高亮度AlGaInP发光二极管的制作。
[0034]二、产品结构特点:
如图1、2所示，在GaAs衬底100正面依次设置N-GaAs缓冲层200、AlAs/AlGaAs反射层201、N-AlGaInP下限制层202、MQW多量子阱有源层203、P_AlGaInP上限制层204、P_GaInP缓冲层205、P-GaP电流扩展层206、P_GaP图案化层207和氧化铟锡透明薄膜层208，在氧化铟锡透明薄膜层208上设置P电极300，在GaAs衬底100背面设置N电极301。
[0035]P-GaP电流扩展层的厚度为2?5μπι。
[0036]其中，在P-GaP电流扩展层206和氧化铟锡透明薄膜层208之间的P-GaP图案化层207中具有阵列分布多个圆形孔，各圆形孔的孔径为3?5μπι，深度为I?2μπι，相邻的圆形孔的间距为4?8μηι。
[0037]以上实施例并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的精神和范围情况下，还可做出同等的变化或变换。因此所有等同的技术方案也应该以属于本发明的范畴。
【主权项】
1.一种图案化高亮度AlGaInP发光二极管，在GaAs衬底正面设置N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜层，在氧化铟锡透明薄膜层上设置P电极，在GaAs衬底背面设置N电极;其特征在于:在P-GaP电流扩展层和氧化铟锡透明薄膜层之间设置具有阵列分布多个圆形孔的P-GaP图案化层。2.根据权利要求1所述的图案化高亮度AlGaInP发光二极管，其特征在于:所述P-GaP电流扩展层的厚度为2?5μηι，所述P-GaP图案化层的圆形孔的孔径为3?5μηι，深度为I?2μm，相邻的圆形孔的间距为4?8μηι。3.如权利要求1所述一种图案化高亮度AlGaInP发光二极管的制造方法，在GaAs衬底正面通过MOCVD方法外延生长形成N-GaAs缓冲层、AlAs/AlGaAs反射层、N-AlGaInP下限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP上限制层、P-GaInP缓冲层、P-GaP电流扩展层、氧化铟锡透明薄膜层，在氧化铟锡透明薄膜层上制作P电极，在GaAs衬底背面制作N电极;其特征在于:先在P-GaP电流扩展层表面蚀刻形成阵列分布有圆形孔的P-GaP图案化层，然后再在P-GaP图案化层表面制作氧化铟锡透明薄膜层。4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于:外延生长形成的所述P-GaP电流扩展层的厚度为2?5μηι，制作形成的P-GaP图案化层的圆形孔的孔径为3?5μηι，深度为I?2μηι，相邻的圆形孔的间距为4?8μπι。5.根据权利要求3或4所述的制造方法，其特征在于:在P-GaP电流扩展层上旋涂正性光刻胶，通过曝光、显影，制作出分布的圆形孔图案，再通过等离子打胶后，进行湿化蚀刻，然后再去除圆形孔之间剩余的正性光刻胶。6.根据权利要求5所述的制造方法，其特征在于:所述湿化蚀刻用蚀刻液为由体积比为2:1:2:4的K0H、Na2S04、高锰酸钾、铁酸钾和水组成的混合液，或为由体积比为I: I: 3的HCl、H2O2和CH3COOH组成的混合液。7.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于:在外延生长P-GaP电流扩展层时，以镁进行掺杂，掺杂浓度为2 X 1018cm—3到I X 10 19cm—3。8.根据权利要求3或7所述的制造方法，其特征在于:外延生长形成的氧化铟锡透明薄膜的厚度为200?350nmo9.根据权利要求3所述的制造方法，其特征在于:将图案化高亮度AlGaInP发光二极管进行快速退火。10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于:快速退火温度为380?480°C，退火时间5?20s。
【文档编号】H01L33/00GK106098917SQ201610713428
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年8月24日
【发明人】肖和平, 王宇, 孙如剑, 郭冠军, 马祥柱
【申请人】扬州乾照光电有限公司