一種垂直結構的半導體發光器件製造方法
2023-05-02 05:51:46
專利名稱：一種垂直結構的半導體發光器件製造方法
技術領域：
本發明屬於半導體發光器件的製造領域，具體是涉及一種垂直結構的半導體發光器件的製作方法。
背景技術：
由於二極發光管在提升能源效率及壽命各方面的進展，對於在未來取代傳統發光源已經產生很大的關注。二極發光結構含有三種主要不同功能層(I) n型導電層；(2)活化發光層；及(3知型導電層。從上述二極發光結構，當電子從n-形層流入活化發光層後與從P-形層流入的空穴結合產生電子空穴對而發出光效應。點亮二極發光管必須將電流通過n-層及P-層的界面。通常n-層都是埋藏在P-層及多層發光層之下。在處理有效連接n-層及P-層的問題上，可用兩種基本器件封裝結構，(I)垂直器件結構將n-層及P-層金屬電子接觸製備在器件的正反面；(2)橫向器件結構將n-層及P-層金屬電子接觸製備在器件同一表面。垂直結構電流是從n垂直方向傳向P，有利於載流子的注入，提高複合效率的。
發明內容
本發明旨在提供一種垂直結構的半導體發光器件的製作方法。一種垂直結構的半導體發光器件製作方法，其包含如下步驟
1)提供一具有正、反兩個表面的透光襯底，在其正面上形成一圖形化過渡層，構成圖形化襯底；
2)在所述圖形化襯底上依次外延生長發光外延層，其自下而上至少包括緩衝層、n型導電層、發光層、P型導電層；
3)在所述發光外延層之上形成歐姆接觸層、鍵合層；
4)提供一導電基板，通過所述鍵合層將所述發光外延層與所述導電基板粘結；
5)減薄所述透光襯底；
6)在所述透光襯底背面上定義N電極區域，該N電極區域與所述圖形化過渡層對應，採用雷射蝕刻所述N電極區域的透光襯底至預設深度；
7)採用幹法或溼法蝕刻，依次蝕刻所述N電極區域的剩餘透光襯底、過渡層、緩衝層，直至露出n型導電層；
8)在露出的n型導電層上製作n電極。
在本發明中，在步驟I)中，先在所述透光襯底的正面上形成一過渡層，通過光刻、蝕刻形成圖形化過渡層；襯底選取可透過可見光或者紅外線的材料，其材料可以選自A1N、GaN, GaAs, Si或者藍寶石襯底；所述圖形化過渡層的材料為耐高溫材料，其物態轉變溫度Tg大於800°C，其圖案可為圖形、方形、三角形或六角形等。在步驟3)中，還可以進一步地包括在歐姆接觸層上形成一金屬反射鏡；所述鍵合層形成於所述金屬反射鏡上，其為圖形化結構。在步驟6)中，所述雷射蝕刻以圖形化的過渡層為對準窗口，第一次間距式線性蝕亥IJ，第二次十字型交叉蝕刻，所述交叉位置的面積不超過圖形化過渡層的面積。在步驟7)中，首先採用第一種化學溶液選擇性蝕刻所述N電極區域的剩餘透光襯底同時清洗雷射蝕刻的殘留物質；接著採用第二種化學溶液選擇性蝕刻所述圖形化過渡層；最後採用幹蝕刻緩衝層，直至露出n型導電層。本發明在透光襯底上製作耐高溫的圖形化過渡層，作為襯底蝕刻的保護膜，然後生長外延發光外延層，將外延層鍵合到導電基座襯底上，米用研磨微控技術將襯底減薄。先利用雷射以圖形化的過渡層為對準窗口，第一次間距式線性蝕刻，第二次十字型交叉蝕刻，通過調節雷射的速率和功率控制蝕刻速率，接著採用幹/溼蝕刻方法，將襯底蝕刻到過渡層，同時清除掉襯底上的雷射蝕刻的殘留，因為有過渡層保護，所以可以忽略研磨厚度的不均勻性。然後去除過渡層，露出緩衝層，利用幹法蝕刻進一步蝕刻至n型導電層，然後製作 N電極，最後對晶片進行逐一解離，得到垂直結構的半導體發光器件。本發明採用雷射蝕刻與幹/溼法蝕刻相結合，提高器件製作過程中蝕刻效率；利用耐高溫過渡層作為保護層，降低研磨厚度不均勻性對腐蝕深度的影響，確保蝕刻襯底時緩衝層不會受到破壞。本發明的其它特徵和優點將在隨後的說明書中闡述，並且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發明而了解。本發明的目的和其它優點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現和獲得。雖然在下文中將結合一些示例性實施及使用方法來描述本發明，但本領域技術人員應當理解，並不旨在將本發明限制於這些實施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權利要求書所定義的本發明的精神與範圍內的所有替代品、修正及等效物。
附圖用來提供對本發明的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用於解釋本發明，並不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪製。圖1-11根據本發明實施的一種垂直結構的半導體發光器件的製作過程的器件結構不意圖。其中
圖1-2為形成圖案化襯底(步驟I)的截面示意 圖3為圖形化襯底的圖案不意 圖4為外延生長發光外延層(步驟2)後的截面示意 圖5為發光外延層與導電基板鍵合(步驟4)、減薄透光襯底後(步驟5)的截面示意圖； 圖6為鍵合層的圖案不意 圖7為N電極區域分布示意圖，其與圖形化過渡層對應；
圖8為採用雷射蝕刻透光襯底至預設深度後(步驟6)的截面示意 圖9為步驟6中兩次雷射蝕刻的示意 圖10-11為幹、溼蝕刻去除過渡層、緩衝層(步驟7)的截面示意 圖12為在n型導電層上製作n電極(步驟8)後的截面示意圖。圖中各標號表不
100 :圖形化襯底；101 :透光襯底；102 :過渡層；103 :圖形化過渡圖；200 :發光外延層；201 :緩衝層；202 n型導電層；203 :發光層；204 p型導電層；301 :歐姆接觸層；302 :金屬反射鏡；303 :鍵合層；400 :導電基板；500 n電極；501 p電極；600 N電極區域；601 :第一次雷射蝕刻區；602 :第二次雷射蝕刻區。
具體實施方式
以下將結合附圖及實施例來詳細說明本發明的實施方式，藉此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，並達成技術效果的實現過程能充分理解並據以實施。需要說明的是，只要不構成衝突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特徵可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護範圍之內。本發明適用於半導體發光器件製造(如藍、綠光LED、紫外LED等)，下面以紫外半導體發光器件的實例進行具體說明。一種垂直結構的半導體發光器件製作方法，如步驟如下
首先，如圖I所示，提供透光襯底101，在其上生長一層耐高溫的過渡層102。透光襯底可以選用藍寶石或A1N，本實施例優選AlN作為生長襯底。過渡層的物態轉變溫度Tg最好大於800°C，在高溫外延生長時其物態溫度不變，不會影響外延生長參數，同時在後續的工藝中可利用幹/溼法腐蝕清除，材料首選Si02，厚度在50-500nm之間，也可以是SiN或者其組合。下一步，如圖2所示，通過光刻、蝕刻，得到圖形化的過渡層103，構成圖形化襯底100。圖形可為圓形、方形三角形，六角形等，本實施例選用圓形，其圖案如圖3所示。下一步，如圖4所示，在圖形化的襯底100上依次外延生長AlGaN緩衝層201，n型導電層202，發光層203，p型導電層204，形成發光外延層200。下一步，在p型導電層204上依次蒸鍍歐姆接觸層301、金屬反射鏡302、鍵合層303。金屬反射鏡材料首選Ni/Al/Ti/Au，厚度在50_500nm之間，也可以是包括Al、Ag、Ni、Au、Cu、Pd和Rh中的一種合金製成，並通過在N2氣氛中高溫退火達到歐姆接觸特性並增強其與P半導體層的附著力。鍵合層303的材料首選Ti/Pt/Au合金，厚度在0. 5 IOum之間，也可以是包括Cr、Ni、Co、Cu、Sn、Au在內的任何一種合金製成。鍵合層303可為圖形化結構(如圖6所示)，可以進一步提高雷射蝕刻的對準精度。下一步,提供一導電基板400,將發光外延層200鍵合到導電基板上。導電基板400可選用Si片。鍵合工藝條件溫度在(T500°C之間，壓力在0 800 kg之間，時間在0 180分鐘之間。其中用於晶片鍵合的矽片事先製備好鍵合面焊接層，其材料為Ti/Pt/Au合金，厚度在0. 5 IOum之間，也可以是包括Cr、Ni、Co、Cu、Sn、Au在內的任何一種合金製成。其器件的截面圖如圖5所示。下一步,採用研磨微控技術將透光襯底101減薄,其厚度控制在4 50um。在保證外延層不受損傷的前提下，為了取得最佳的取光效果，透光襯底越薄越佳。不同材料的襯底其最小厚度不同，如AlN的最小厚度為5. 8um,藍寶石的最低厚度為4. 5um,娃的最低厚度為
9.Ium,砷化鎵的最低厚度為20. lum。另外,為了取得較佳的出光效果,可選用入/4 (四分之一波長)的奇數倍。下一步，如圖8所示，根據過渡層的圖形，在所述透光襯底背面上定義N電極區域600，採用雷射蝕刻所述N電極區域的透光襯底至預設深度。如圖7所示，N電極區域600與所述圖形化過渡層對應，由於本發明中選用透光性的襯底，所以可以使用光線透過襯底識別過渡層的圖形進而確定N電極區域600。對於不同襯底，可用不同的波段的光識別過渡層圖形，如選用GaAs或Si片為襯底的可用紅外線對過渡層圖形識別，選用藍寶石、AIN、GaN為襯底的可見光即可識別過渡層圖形。在本發明的一個優選實施例中，採用間距式線段雷射蝕刻。如圖9所示，第一次控制雷射蝕刻起始點和終點進行線條蝕刻，第二次在第一次的位置上垂直蝕刻，中間交叉的位置為電極中間位置，中間交叉位置的面積不超過過渡層單位圖形的面積。雷射蝕刻深度不超過襯底的厚度，蝕刻停止位置為過渡層以上f 3um位置。在此步驟中，利用耐高溫過渡層作為保護層，降低研磨厚度不均勻性對腐蝕深度的影響，確保蝕刻襯底時緩衝層不會受到破壞。
下一步，利用溼法蝕刻，將透明襯底101進一步蝕刻到過渡層102，同時清洗掉雷射蝕刻的燒痕，蝕刻溶液首選K0H，濃度在2 5mol/L。下一步，利用溼法蝕刻，清除過渡層102，其器件截面圖如圖10所示。蝕刻溶液可用HF、NH4F等溶液組合。下一步，利用幹法蝕刻，在雷射切割交點位置，蝕刻緩衝層，直至露出n半導電層，其器件截面圖如圖11所示。下一步,在n型導電層上製作N電極500,電極材料優選Ti、Al、Au三種符合金屬，也可以是Ti、Al、Au、Ag、Rh、Co在內的任和一種合金製成。下一步，在導電基板400的背面形成p電極501。根據器件單元的大小，逐一解離，得到垂直結構的器件。如圖12所示，按照上述方法形成帶有襯底的垂直結構的發光器件。襯底可以承受外延的應力，防止外延層在後續打線製程中破裂。為了進一步地提高光萃取效果，還可在襯底的表面做粗化處理。
權利要求
1.一種垂直結構的半導體發光器件製作方法，其包含如下步驟 1)提供一具有正、反兩個表面的透光襯底，在其正面上形成一圖形化過渡層，構成圖形化襯底； 2)在所述圖形化襯底上依次外延生長發光外延層，其自下而上至少包括緩衝層、n型導電層、發光層、P型導電層； 3)在所述發光外延層之上形成歐姆接觸層、鍵合層； 4)提供一導電基板，通過所述鍵合層將所述發光外延層與所述導電基板粘結； 5)減薄所述透光襯底； 6)在所述透光襯底背面上定義N電極區域，該N電極區域與所述圖形化過渡層對應，採用雷射蝕刻所述N電極區域的透光襯底至預設深度； 7)採用幹法或溼法蝕刻，依次蝕刻所述N電極區域的剩餘透光襯底、過渡層、緩衝層，直至露出n型導電層； 8)在露出的n型導電層上製作n電極。
2.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於所述透光襯底的材料選自AlN、GaN、GaAs、Si或者藍寶石襯底。
3.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於所述圖形化過渡層的材料為耐高溫材料，其物態轉變溫度Tg大於800°C。
4.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於在步驟I)中，先在所述透光襯底的正面上形成一過渡層，通過光刻、蝕刻形成圖形化過渡層。
5.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於所述圖形化過渡層的圖案為圖形、方形、三角形或六角形。
6.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於在步驟3)中，還包括在歐姆接觸層上形成一金屬反射鏡。
7.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於所述鍵合層為圖形化結構。
8.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於在步驟6)中，所述雷射蝕刻以圖形化的過渡層為對準窗口，第一次間距式線性蝕刻，第二次十字型交叉蝕刻。
9.根據權利要求8所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於所述交叉位置的面積不超過圖形化過渡層的面積。
10.根據權利要求I所述的垂直結構的半導體發光器件製作方法，其特徵在於在步驟7)中，首先採用第一種化學溶液選擇性蝕刻所述N電極區域的剩餘透光襯底同時清洗雷射蝕刻的殘留物質；接著採用第二種化學溶液選擇性蝕刻所述圖形化過渡層；最後採用幹蝕刻緩衝層，直至露出n型導電層。
全文摘要
一種垂直結構的半導體發光器件製作方法，其包含如下步驟1)提供一具有正、反兩個表面的透光襯底，在其正面上形成一圖形化過渡層，構成圖形化襯底；2)在所述圖形化襯底上依次外延生長發光外延層，其自下而上至少包括緩衝層、n型導電層、發光層、p型導電層；3)在所述發光外延層之上形成歐姆接觸層、鍵合層；4)提供一導電基板，通過所述鍵合層將所述發光外延層與所述導電基板粘結；5)減薄所述透光襯底；6)在所述透光襯底背面上定義N電極區域，該N電極區域與所述圖形化過渡層對應，採用雷射蝕刻所述N電極區域的透光襯底至預設深度；7)採用幹法或溼法蝕刻，依次蝕刻所述N電極區域的剩餘透光襯底、過渡層、緩衝層，直至露出n型導電層；8)在露出的n型導電層上製作n電極。
文檔編號H01L33/00GK102623589SQ20121009499
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者周一為, 楊建健, 梁兆煊, 鍾志白, 陳文欣 申請人:廈門市三安光電科技有限公司