一种AlGaInP发光二极管及其制作方法与流程

本发明涉及半导体器件制作技术领域，尤其涉及一种algainp发光二极管(light-emittingdiode，led)及其制作方法。

背景技术：

led被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。根据使用功能的不同，可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明五大类。时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线；

四元系algainp是制备发光二极管led重要材料，在gaas衬底上生长(alxga(1-x))0.5in0.5p组分x＝0～0.5可调节的匹配材料，实现1.9ev至2.26ev禁带宽度，发光波段可覆盖红光650nm至黄绿光550nm，对于这种电致发光半导体器件，离不开电流扩展层，对于电流扩展层的选取，需满足一定的禁带宽度、载流子浓度、折射率，以实现足够的外量子效率，gap材料是目前led结构中p型电流扩展层的最优选择。

但是，在led制作过程中，由于gap的晶格常数与gaas衬底的晶格常数失配比例较大，导致led结构出现大量穿透位错，若高温生长质量较高的gap晶体材料，则掺杂元素扩散又会影响多量子阱的内量子效率。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种algainp发光二极管及其制作方法，以解决现有技术中在led制作过程中，高温生长质量较高的gap电流扩展层时，造成的掺杂元素扩散影响多量子阱的内量子效率的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种algainp发光二极管制作方法，包括：

提供第一led外延结构、第二led外延结构、第三衬底；

其中，所述第一led外延结构包括：第一gaas衬底，位于所述第一gaas衬底上沿背离所述第一gaas衬底的方向上依次设置的第一缓冲层、第一剥离层、第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层；

所述第二led外延结构包括：第二gaas衬底、位于所述第二gaas衬底上沿背离所述第二gaas衬底的方向上依次设置的第二缓冲层、第二剥离层、第二型alinp限制层和gap电流扩展层；

将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合；

去除所述第二剥离层、所述第二缓冲层和所述第二gaas衬底；

将所述第一led外延结构的第二型alinp限制层与所述第二led外延结构第二alinp限制层键合；

去除所述第一剥离层、所述第一缓冲层和所述第一gaas衬底。

优选地，所述将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合，具体包括：

在所述gap电流扩展层上蒸镀第一键合层金属；

在所述第三衬底的表面蒸镀第二键合层金属；

将所述第一键合层金属和所述第二键合层金属键合。

优选地，所述第一led外延结构还包括：位于所述第二型alinp限制层背离所述第一gaas衬底的第一gaas帽层；所述第二led外延结构还包括：位于所述gap电流扩展层背离所述第二gaas衬底的第二gaas帽层；

在所述将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合之前，还包括：

去除所述第二gaas帽层；

在将所述第一led外延结构的第二型alinp限制层与所述第二led外延结构第二alinp限制层键合之前，还包括：

去除所述第一led外延结构的第二型alinp限制层上的所述第一gaas帽层。

优选地，所述提供第一led外延结构、第二led外延结构、第三衬底，具体包括：

提供第一gaas衬底，并在第一外延设备中，在所述第一gaas衬底表面依次外延所述第一缓冲层、第一剥离层、第一型alinp限制层、algainp多量子阱层和第二型alinp限制层；

提供第二gaas衬底，并在第二外延设备中，在所述第二gaas衬底表面依次外延第二缓冲层、第二剥离层、第二型alinp限制层和gap电流扩展层；

提供所述第三衬底，并将所述第三衬底的待形成所述第二键合层金属的表面清洗干净。

优选地，在外延形成所述第一剥离层后，在外延形成所述第一型alinp限制层之前，还包括：

在所述第一剥离层背离所述第一gaas衬底的表面，依次外延生长第一型algainp粗化层、第一型algainp扩展层。

优选地，所述第一型均为n型，所述第二型均为p型。

优选地，所述第一缓冲层的材质与所述第二缓冲层的材质相同，均为n型掺杂的gaas缓冲层；所述第一剥离层的材质与所述第二剥离层的材质相同，均为n型掺杂的alas层。

本发明还提供一种algainp发光二极管，采用上面任意一项所述的algainp发光二极管制作方法形成；

所述algainp发光二极管包括：

第三衬底；

通过金属键合层与所述第三衬底相接的外延结构，其中，沿背离所述第三衬底的方向上，所述外延结构依次包括：

gap电流扩展层、第二型alinp限制层、algainp多量子阱层、第一型alinp限制层、保护层。

优选地，所述第一型alinp限制层和所述保护层之间还包括：

位于所述第一型alinp限制层背离所述第三衬底表面的第一型algainp扩展层；

和位于所述第一型algainp扩展层背离所述第三衬底表面的第一型algainp粗化层。

优选地，所述第一型均为n型，所述第二型均为p型。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的algainp发光二极管制作方法，分别提供第一led外延结构、第二led外延结构和第三衬底，其中，第一led外延结构包括第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层，第二led外延结构包括gap电流扩展层，然后采用键合工艺将第二led外延结构先与第三衬底键合，再将第一led外延结构与第二led外延结构键合，形成完整的发光二极管结构。通过两次键合工艺，实现led器件的制作，将gap电流扩展层的生长与第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层的生长分离为两个工艺步骤，从而避免了在生长较高晶体质量的gap电流扩展层时，需要高于algainp材料的温度，且耗时较长，造成的第一型掺杂杂质与第二型掺杂杂质向多量子阱层扩散，影响多量子阱的内量子效率。

本发明还提供一种algainp发光二极管，采用上述包括两次键合工艺的制作方法形成，从而能够避免生长高质量的gap电流扩展层时对多量子阱层的内量子效率的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种algainp发光二极管制作方法流程图；

图2-图13为本发明实施例提供的algainp发光二极管制作方法对应的工艺步骤示意图。

具体实施方式

正如背景技术部分所述，现有技术中由于gap的晶格常数与gaas衬底的晶格常数失配比例较大，导致led结构出现大量穿透位错，若高温生长质量较高的gap晶体材料，则掺杂元素扩散又会影响多量子阱的内量子效率。

发明人发现，出现上述现象的原因在于，由于gap的晶格常数与gaas衬底的晶格常数失配比例较大，想要生长高质量的gap晶体，通常需要高于algainp材料生长的温度，又由于电流扩展层结构较厚，生长耗时长，这样就会造成n型杂质、p型杂质向mqw(multiplequantumwell，多量子阱)层扩散，从而影响到mqw的内量子效率。

同时，长时间的高温环境，使得掺杂杂质由浓度高的地方向浓度低的地方扩散，从而严重影响载流子的寿命和输运、以及浓度高低扩散，会严重影响载流子的寿命和输运。

基于此，本发明提供一种algainp发光二极管制作方法，包括：

提供第一led外延结构、第二led外延结构、第三衬底；

其中，所述第一led外延结构包括：第一gaas衬底，位于所述第一gaas衬底上沿背离所述第一gaas衬底的方向上依次设置的第一缓冲层、第一剥离层、第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层；

所述第二led外延结构包括：第二gaas衬底、位于所述第二gaas衬底上沿背离所述第二gaas衬底的方向上依次设置的第二缓冲层、第二剥离层、第二型alinp限制层和gap电流扩展层；

将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合；

去除所述第二剥离层、所述第二缓冲层和所述第二gaas衬底；

将所述第一led外延结构的第二型alinp限制层与所述第二led外延结构第二alinp限制层键合；

去除所述第一剥离层、所述第一缓冲层和所述第一gaas衬底。

本发明提供的algainp发光二极管制作方法，分别提供第一led外延结构、第二led外延结构和第三衬底，其中，第一led外延结构包括第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层，第二led外延结构包括gap电流扩展层，然后采用键合工艺将第二led外延结构先与第三衬底键合，再将第一led外延结构与第二led外延结构键合，形成完整的发光二极管结构。通过两次键合工艺，实现led器件的制作，将gap电流扩展层的生长与第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层的生长分离为两个工艺步骤，从而避免了在生长较高晶体质量的gap电流扩展层时，需要高于algainp材料的温度，且耗时较长，造成的第一型掺杂杂质与第二型掺杂杂质向多量子阱层扩散，影响多量子阱的内量子效率。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参见图1所示，为本发明实施例提供的一种algainp发光二极管制作方法，包括：

s101：提供第一led外延结构、第二led外延结构、第三衬底；

其中，所述第一led外延结构包括：第一gaas衬底，位于所述第一gaas衬底上沿背离所述第一gaas衬底的方向上依次设置的第一缓冲层、第一剥离层、第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层；

所述第二led外延结构包括：第二gaas衬底、位于所述第二gaas衬底上沿背离所述第二gaas衬底的方向上依次设置的第二缓冲层、第二剥离层、所述第二型alinp限制层和gap电流扩展层；

本实施例中提供第一led外延结构、第二led外延结构、第三衬底，具体包括：

如图2所示，提供第一gaas衬底11，并在第一外延设备中，在所述第一gaas衬底11表面依次外延所述第一缓冲层12、第一剥离层13、第一型alinp限制层16、algainp多量子阱层17和第二型alinp限制层18。

需要说明的是，在led芯片制作过程中，为了对led功能层进行保护，避免在不同机台之间输运过程中，对led功能层造成污染或划伤，本实施例中所述第一led外延结构还包括：位于所述第二型alinp限制层背离所述第一gaas衬底的第一gaas帽层；也即如图2所示，在第二型alinp限制层18上还包括第一gaas帽层19。

在本发明的其他实施例中，所述在外延形成所述第一剥离层后，在外延形成所述第一型alinp限制层之前，还包括：在所述第一剥离层13背离所述第一gaas衬底11的表面，依次外延生长第一型algainp粗化层14、第一型algainp扩展层15。所述第一型algainp粗化层14为所述芯片表面经过湿法腐蚀形成的不规则岛状凸起，凸起结构能够增加光的溢出，所述第一型algainp扩展层15能够使得电流横向扩展更为均匀。

如图3所示，提供第二gaas衬底21，并在第二外延设备中，在所述第二gaas衬底21表面依次外延第二缓冲层22、第二剥离层23、第二型alinp限制层24和gap电流扩展层25；

同样地，在led芯片制作过程中，为了对led功能层进行保护，避免在不同机台之间输运过程中，对led功能层造成污染或划伤，本实施例中所述第二led外延结构还包括：位于所述gap电流扩展层背离所述第二gaas衬底的第二gaas帽层；也即如图3所示，在gap电流扩展层25上还包括第二gaas帽层26。

提供所述第三衬底，并将所述第三衬底的待形成所述第二键合层的表面清洗干净。

如图4所示，提供第三衬底31，本实施例中不限定所述第三衬底的材质，可选的，所述第三衬底为si片。

s102：将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合；

需要说明的是，若所述第二led外延结构上具有第二gaas帽层26时，在所述将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合之前，还包括：

去除所述第二gaas帽层；如图5所示。

所述将所述第三衬底与所述gap电流扩展层键合，具体包括：

如图6所示，在所述gap电流扩展层25上蒸镀第一键合层金属32a；

如图7所示，在所述第三衬底31的表面蒸镀第二键合层金属32b；

如图8所示，将所述第一键合层金属32a和所述第二键合层金属键合32b，形成金属键合层32。

s103：去除所述第二剥离层、所述第二缓冲层和所述第二gaas衬底；

如图9所示，为去除所述第二剥离层23后，所述第二缓冲层22和所述第二gaas衬底21随之去除后剩余的结构，此时，第二led外延结构上待键合的第二型alinp限制层被暴露出来。

s104：将所述第一led外延结构的第二型alinp限制层与所述第二led外延结构的第二型alinp限制层键合；

需要说明的是，当所述第一led外延结构上包括第一gaas帽层是，在将所述第一led外延结构的第二型alinp限制层与所述第二led外延结构第二alinp限制层键合之前，还包括：

去除所述第一led外延结构的第二型alinp限制层上的所述第一gaas帽层，请见图10所示，此时暴露出第一led外延结构上待键合的第二型alinp限制层。

请参见图11，将第一led外延结构的第二型alinp限制层18与所述第二led外延结构的第二型alinp限制层24键合，形成完成的led外延结构。

s105：去除所述第一剥离层、所述第一缓冲层和所述第一gaas衬底。

最后，去除图11中的所述第一剥离层13、所述第一缓冲层12和所述第一gaas衬底11，形成如图12所示的led完整结构。

在形成led芯片后，还可以包括led芯片工艺，具体为：表面电极制作、器件分离、表面粗化、sin钝化保护等工艺，最终制造出led芯粒，如图13所示，led芯片还包括sin保护层33。

需要说明的是，本实施例中不限定所述第一型和第二型的具体类型，可选的，上面所述的第一型均为n型，所述第二型均为p型，在本发明的其他实施例中，所述第一型还可以为p型，所述第二型为n型，本发明实施例对此不做详细说明。

本发明提供的algainp发光二极管制作方法，分别提供第一led外延结构、第二led外延结构和第三衬底，其中，第一led外延结构包括第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层，第二led外延结构包括gap电流扩展层，然后采用键合工艺将第二led外延结构先与第三衬底键合，再将第一led外延结构与第二led外延结构键合，形成完整的发光二极管结构。通过两次键合工艺，实现led器件的制作，将gap电流扩展层的生长与第一型alinp限制层、algainp多量子阱层、第二型alinp限制层的生长分离为两个工艺步骤，从而避免了在生长较高晶体质量的gap电流扩展层时，需要高于algainp材料的温度，且耗时较长，造成的第一型掺杂杂质与第二型掺杂杂质向多量子阱层扩散，影响多量子阱的内量子效率。

需要说明的是，同一机台生长全led结构，不同晶格常数材料在反应室粘附不牢固；长时间生长不同晶格常数材料，从而导致粘附不牢固的材料掉落到外延片表面几率变大，形成水点缺陷，影响产品良率；本实施例中第一led外延结构和第二led外延结构采用不同机台生长，能够避免长时间在同一机台制作全led结构，出现的水点缺陷，产品良率降低的问题。

需要说明的是，本发明实施例中不限定各个结构的制作工艺以及工艺参数，为方便理解本发明的制作方法，本发明还提供一个详细的algainp发光二极管制作过程，请具体参见图1-图13。所述algainp发光二极管制作方法包括：

第一led外延结构制作：

gaas衬底在反应室升温至350℃，预通ash3，继续升温至650℃，生长n型gaas缓冲层，掺杂si或者te元素，生长厚度300nm后；

采用相同生长温度条件，切换生长alaslift-off层材料，掺杂si或者te元素，生长15nm后；

升温至700℃，切换n型(alxga1-x)05in0.5p粗化层生长，x＝0.5～1，掺杂si或者te元素，厚度2um后；

采用相同生长温度条件，切换n型(alxga1-x)05in0.5p扩展层生长，x＝0.5～1，掺杂si或者te元素，厚度1um后；

采用相同生长温度条件，切换n型alinp限制层生长，掺杂si或者te元素，厚度0.5um后；

生长温度至680℃，切换mqw厚垒层(alxga1-x)05in0.5p生长，x＝0.5～1，不掺杂，厚度12nm后；

采用相同生长温度条件，切换mqw阱层(alxga1-x)05in0.5p生长，x＝0.1～0.3不掺杂，厚度6nm后；

采用相同生长温度条件，切换mqw垒层(alxga1-x)05in0.5p生长，x＝0.5～1，不掺杂，厚度7nm后；

mqw阱层与垒层交替生长10～65个循环；

采用相同生长温度条件，切换mqw厚垒层(alxga1-x)05in0.5p生长，x＝0.5～1，不掺杂，厚度20nm后；

升温至700℃，生长p型alinp限制层/直接键合层，掺杂mg或zn或c实现p型材料，生长0.25um后；

采用相同生长温度条件，生长p型gaas帽层，掺杂mg或zn或c，生长厚度8nm；

在相同温度下，退火5分钟后，降温至常温，led1结构生长完毕。

第二led外延结构制作：

gaas衬底在反应室升温至350℃，预通ash3，继续升温至650℃，生长n型gaas缓冲层，掺杂si或者te元素，生长厚度300nm后；

采用相同生长温度条件，切换生长alaslift-off层材料，掺杂si或者te元素，生长15nm后；

升温至700℃，生长p型alinp限制层/直接键合层，前15nm不掺杂，后续掺杂mg或zn或c实现p型材料，生长0.25um后；

升温至730℃，生长(alxga1-x)05in0.5p到(alyga1-y)05in0.5p过渡层材料，x＝0.3～0.8，y＝0～0.6，x>y，掺杂mg或zn或c；两层厚度分别为10nm后；

升温至750℃，生长p型gap扩展欧姆层，掺杂mg或zn或c；厚度为1～10um；

采用相同生长温度条件，生长p型gaas帽层，掺杂mg或zn或c，生长厚度8nm；

在相同温度下，退火5分钟后，降温至常温，led2结构生长完毕。

芯片工艺部分：

对第一led外延结构，使用c2h8o7与h2o2的混合水溶液，去除表面gaascap层，混合溶液的比例为：c2h8o7：h2o2：h2o＝1:1:1；温度设定40℃。

对第二led外延结构，表面进行化学清洗，去除保护的gaas层。具体步骤如下：使用氨水与双氧水的混合溶液。混合溶液的比例为：nh4oh：h2o2：h2o＝1:1:10，溶液温度25℃。

对转移衬底(也即第三衬底)的si片，进行清洁。使用溶液a：h2so4：h2o2：h2o＝5:1:1，温度55℃去除表面有机污染水汽等；b：hcl：h2o2：h2o＝1:2:8，去除金属离子温度45℃；c：hf：h2o＝1:20，温度：25℃去除氧化物；具体步骤为：a溶液浸泡5min，去离子水冲洗干净后，浸c溶液1min，去离子水冲洗，最后浸b溶液3min，去离子水清洗，吹干表面。

在第二led外延结构的gap表面，蒸镀键合层金属。金属膜结构为aube和au，其中au位于外侧，厚度分别为：aube＝0.1μm，au＝1μm；

在si片表面蒸镀键合层金属，金属膜结构为ti和au，其中au位于外侧，厚度分别为：ti＝0.1μm，au＝1μm；

将第二led外延结构与si进行金属键合。键合参数条件为：压力＝9000kgf/cm2；温度＝400℃；真空值≤1e-3tro；压合时间600s。

第二led外延结构的衬底剥离。使用hf：h2o2＝1:5溶液，温度25℃，腐蚀掉led2结构中的alaslift-off层，实现gaas衬底与第二led外延结构中的键合层与扩展层分离。

对第一led外延结构与第二led外延结构进行表面活化处理。使用ar2等离子体对晶片表面进行清洁并且活化，并且在活化的同时，起到去除表面氧化层的作用。系统真空维持在10^-4pa，等离子体的正向功率为200w。轰击角度为45°。

表面活化完成后，进行压合，也即第二次键合。第二次键合参数设定为：压力＝12000kgf，温度＝420℃，保持时间＝120min；

二次衬底移除，将第一led外延结构的衬底剥离；方法与一次衬底移除相同，使用hf：h2o2＝1:5溶液，温度25℃，腐蚀掉led2结构中的alaslift-off层，实现gaas衬底与led2结构中的键合层与扩展层分离。

在翻转后的外延结构上面，进行led芯片工艺。具体为：表面电极制作、器件分离、表面粗化、sinx钝化保护等工艺，最终制造出led芯粒。

本发明实施例还提供一种algainp发光二极管，采用上面实施例所述的algainp发光二极管制作方法形成；

请参见图13，所述algainp发光二极管包括：

第三衬底31；

通过金属键合层32与所述第三衬底31相接的外延结构，其中，沿背离所述第三衬底31的方向上，所述外延结构依次包括：

gap电流扩展层25、第二型alinp限制层(24和18)、algainp多量子阱层17、第一型alinp限制层16、保护层33。

在本发明的其他实施例中，所述第一型alinp限制层16和所述保护层33之间还包括：位于所述第一型alinp限制层16背离所述第三衬底31表面的第一型algainp扩展层15；和位于所述第一型algainp扩展层15背离所述第三衬底31表面的第一型algainp粗化层14。

本实施例中不限定所述第一型和所述第二型的具体类型，可选的，所述第一型均为n型，所述第二型均为p型。

本发明提供的algainp发光二极管，采用上述包括两次键合工艺的制作方法形成，从而能够避免生长高质量的gap电流扩展层时对多量子阱层的内量子效率的影响。

同时，第一led外延结构和第二led外延结构采用不同机台生长，还能够避免长时间在同一机台制作全led结构，出现的水点缺陷，产品良率降低的问题。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。