專利名稱：一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光器件的制造領(lǐng)域，具體是涉及一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法。
背景技術(shù)：
由于二極發(fā)光管在提升能源效率及壽命各方面的進(jìn)展，對(duì)于在未來(lái)取代傳統(tǒng)發(fā)光源已經(jīng)產(chǎn)生很大的關(guān)注。二極發(fā)光結(jié)構(gòu)含有三種主要不同功能層(I) n型導(dǎo)電層；(2)活化發(fā)光層；及(3知型導(dǎo)電層。從上述二極發(fā)光結(jié)構(gòu)，當(dāng)電子從n-形層流入活化發(fā)光層后與從P-形層流入的空穴結(jié)合產(chǎn)生電子空穴對(duì)而發(fā)出光效應(yīng)。點(diǎn)亮二極發(fā)光管必須將電流通過(guò)n-層及P-層的界面。通常n-層都是埋藏在P-層及多層發(fā)光層之下。在處理有效連接n-層及P-層的問(wèn)題上，可用兩種基本器件封裝結(jié)構(gòu)，(I)垂直器件結(jié)構(gòu)將n-層及P-層金屬電子接觸制備在器件的正反面；(2)橫向器件結(jié)構(gòu)將n-層及P-層金屬電子接觸制備在器件同一表面。垂直結(jié)構(gòu)電流是從n垂直方向傳向P，有利于載流子的注入，提高復(fù)合效率的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作方法。一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其包含如下步驟
1)提供一具有正、反兩個(gè)表面的透光襯底，在其正面上形成一圖形化過(guò)渡層，構(gòu)成圖形化襯底；
2)在所述圖形化襯底上依次外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其自下而上至少包括緩沖層、n型導(dǎo)電層、發(fā)光層、P型導(dǎo)電層；
3)在所述發(fā)光外延層之上形成歐姆接觸層、鍵合層；
4)提供一導(dǎo)電基板，通過(guò)所述鍵合層將所述發(fā)光外延層與所述導(dǎo)電基板粘結(jié)；
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(qū)域，該N電極區(qū)域與所述圖形化過(guò)渡層對(duì)應(yīng)，采用激光蝕刻所述N電極區(qū)域的透光襯底至預(yù)設(shè)深度；
7)采用干法或濕法蝕刻，依次蝕刻所述N電極區(qū)域的剩余透光襯底、過(guò)渡層、緩沖層，直至露出n型導(dǎo)電層；
8)在露出的n型導(dǎo)電層上制作n電極。
在本發(fā)明中，在步驟I)中，先在所述透光襯底的正面上形成一過(guò)渡層，通過(guò)光刻、蝕刻形成圖形化過(guò)渡層；襯底選取可透過(guò)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(lán)寶石襯底；所述圖形化過(guò)渡層的材料為耐高溫材料，其物態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg大于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(jìn)一步地包括在歐姆接觸層上形成一金屬反射鏡；所述鍵合層形成于所述金屬反射鏡上，其為圖形化結(jié)構(gòu)。在步驟6)中，所述激光蝕刻以圖形化的過(guò)渡層為對(duì)準(zhǔn)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(guò)圖形化過(guò)渡層的面積。在步驟7)中，首先采用第一種化學(xué)溶液選擇性蝕刻所述N電極區(qū)域的剩余透光襯底同時(shí)清洗激光蝕刻的殘留物質(zhì)；接著采用第二種化學(xué)溶液選擇性蝕刻所述圖形化過(guò)渡層；最后采用干蝕刻緩沖層，直至露出n型導(dǎo)電層。本發(fā)明在透光襯底上制作耐高溫的圖形化過(guò)渡層，作為襯底蝕刻的保護(hù)膜，然后生長(zhǎng)外延發(fā)光外延層，將外延層鍵合到導(dǎo)電基座襯底上，米用研磨微控技術(shù)將襯底減薄。先利用激光以圖形化的過(guò)渡層為對(duì)準(zhǔn)窗口，第一次間距式線性蝕刻，第二次十字型交叉蝕刻，通過(guò)調(diào)節(jié)激光的速率和功率控制蝕刻速率，接著采用干/濕蝕刻方法，將襯底蝕刻到過(guò)渡層，同時(shí)清除掉襯底上的激光蝕刻的殘留，因?yàn)橛羞^(guò)渡層保護(hù)，所以可以忽略研磨厚度的不均勻性。然后去除過(guò)渡層，露出緩沖層，利用干法蝕刻進(jìn)一步蝕刻至n型導(dǎo)電層，然后制作 N電極，最后對(duì)晶片進(jìn)行逐一解離，得到垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件。本發(fā)明采用激光蝕刻與干/濕法蝕刻相結(jié)合，提高器件制作過(guò)程中蝕刻效率；利用耐高溫過(guò)渡層作為保護(hù)層，降低研磨厚度不均勻性對(duì)腐蝕深度的影響，確保蝕刻襯底時(shí)緩沖層不會(huì)受到破壞。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分地從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過(guò)實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其它優(yōu)點(diǎn)可通過(guò)在說(shuō)明書、權(quán)利要求書以及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。雖然在下文中將結(jié)合一些示例性實(shí)施及使用方法來(lái)描述本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，并不旨在將本發(fā)明限制于這些實(shí)施例。反之，旨在覆蓋包含在所附的權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明的精神與范圍內(nèi)的所有替代品、修正及等效物。


附圖用來(lái)提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說(shuō)明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖1-11根據(jù)本發(fā)明實(shí)施的一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件的制作過(guò)程的器件結(jié)構(gòu)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(zhǎng)發(fā)光外延層(步驟2)后的截面示意 圖5為發(fā)光外延層與導(dǎo)電基板鍵合(步驟4)、減薄透光襯底后(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(qū)域分布示意圖，其與圖形化過(guò)渡層對(duì)應(yīng)；
圖8為采用激光蝕刻透光襯底至預(yù)設(shè)深度后(步驟6)的截面示意 圖9為步驟6中兩次激光蝕刻的示意 圖10-11為干、濕蝕刻去除過(guò)渡層、緩沖層(步驟7)的截面示意 圖12為在n型導(dǎo)電層上制作n電極(步驟8)后的截面示意圖。圖中各標(biāo)號(hào)表不
100 :圖形化襯底；101 :透光襯底；102 :過(guò)渡層；103 :圖形化過(guò)渡圖；200 :發(fā)光外延層；201 :緩沖層；202 n型導(dǎo)電層；203 :發(fā)光層；204 p型導(dǎo)電層；301 :歐姆接觸層；302 :金屬反射鏡；303 :鍵合層；400 :導(dǎo)電基板；500 n電極；501 p電極；600 N電極區(qū)域；601 :第一次激光蝕刻區(qū)；602 :第二次激光蝕刻區(qū)。
具體實(shí)施方式
以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來(lái)詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來(lái)解決技術(shù)問(wèn)題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過(guò)程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說(shuō)明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。本發(fā)明適用于半導(dǎo)體發(fā)光器件制造(如藍(lán)、綠光LED、紫外LED等)，下面以紫外半導(dǎo)體發(fā)光器件的實(shí)例進(jìn)行具體說(shuō)明。一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，如步驟如下
首先，如圖I所示，提供透光襯底101，在其上生長(zhǎng)一層耐高溫的過(guò)渡層102。透光襯底可以選用藍(lán)寶石或A1N，本實(shí)施例優(yōu)選AlN作為生長(zhǎng)襯底。過(guò)渡層的物態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg最好大于800°C，在高溫外延生長(zhǎng)時(shí)其物態(tài)溫度不變，不會(huì)影響外延生長(zhǎng)參數(shù)，同時(shí)在后續(xù)的工藝中可利用干/濕法腐蝕清除，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(guò)光刻、蝕刻，得到圖形化的過(guò)渡層103，構(gòu)成圖形化襯底100。圖形可為圓形、方形三角形，六角形等，本實(shí)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(zhǎng)AlGaN緩沖層201，n型導(dǎo)電層202，發(fā)光層203，p型導(dǎo)電層204，形成發(fā)光外延層200。下一步，在p型導(dǎo)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中的一種合金制成，并通過(guò)在N2氣氛中高溫退火達(dá)到歐姆接觸特性并增強(qiáng)其與P半導(dǎo)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(nèi)的任何一種合金制成。鍵合層303可為圖形化結(jié)構(gòu)(如圖6所示)，可以進(jìn)一步提高激光蝕刻的對(duì)準(zhǔn)精度。下一步,提供一導(dǎo)電基板400,將發(fā)光外延層200鍵合到導(dǎo)電基板上。導(dǎo)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(shí)間在0 180分鐘之間。其中用于晶片鍵合的硅片事先制備好鍵合面焊接層，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(nèi)的任何一種合金制成。其器件的截面圖如圖5所示。下一步,采用研磨微控技術(shù)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(lán)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(zhǎng))的奇數(shù)倍。下一步，如圖8所示，根據(jù)過(guò)渡層的圖形，在所述透光襯底背面上定義N電極區(qū)域600，采用激光蝕刻所述N電極區(qū)域的透光襯底至預(yù)設(shè)深度。如圖7所示，N電極區(qū)域600與所述圖形化過(guò)渡層對(duì)應(yīng)，由于本發(fā)明中選用透光性的襯底，所以可以使用光線透過(guò)襯底識(shí)別過(guò)渡層的圖形進(jìn)而確定N電極區(qū)域600。對(duì)于不同襯底，可用不同的波段的光識(shí)別過(guò)渡層圖形，如選用GaAs或Si片為襯底的可用紅外線對(duì)過(guò)渡層圖形識(shí)別，選用藍(lán)寶石、AIN、GaN為襯底的可見光即可識(shí)別過(guò)渡層圖形。在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用間距式線段激光蝕刻。如圖9所示，第一次控制激光蝕刻起始點(diǎn)和終點(diǎn)進(jìn)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(guò)過(guò)渡層單位圖形的面積。激光蝕刻深度不超過(guò)襯底的厚度，蝕刻停止位置為過(guò)渡層以上f 3um位置。在此步驟中，利用耐高溫過(guò)渡層作為保護(hù)層，降低研磨厚度不均勻性對(duì)腐蝕深度的影響，確保蝕刻襯底時(shí)緩沖層不會(huì)受到破壞。
下一步，利用濕法蝕刻，將透明襯底101進(jìn)一步蝕刻到過(guò)渡層102，同時(shí)清洗掉激光蝕刻的燒痕，蝕刻溶液首選K0H，濃度在2 5mol/L。下一步，利用濕法蝕刻，清除過(guò)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，利用干法蝕刻，在激光切割交點(diǎn)位置，蝕刻緩沖層，直至露出n半導(dǎo)電層，其器件截面圖如圖11所示。下一步,在n型導(dǎo)電層上制作N電極500,電極材料優(yōu)選Ti、Al、Au三種符合金屬，也可以是Ti、Al、Au、Ag、Rh、Co在內(nèi)的任和一種合金制成。下一步，在導(dǎo)電基板400的背面形成p電極501。根據(jù)器件單元的大小，逐一解離，得到垂直結(jié)構(gòu)的器件。如圖12所示，按照上述方法形成帶有襯底的垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光器件。襯底可以承受外延的應(yīng)力，防止外延層在后續(xù)打線制程中破裂。為了進(jìn)一步地提高光萃取效果，還可在襯底的表面做粗化處理。
權(quán)利要求
1.一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其包含如下步驟 1)提供一具有正、反兩個(gè)表面的透光襯底，在其正面上形成一圖形化過(guò)渡層，構(gòu)成圖形化襯底； 2)在所述圖形化襯底上依次外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其自下而上至少包括緩沖層、n型導(dǎo)電層、發(fā)光層、P型導(dǎo)電層； 3)在所述發(fā)光外延層之上形成歐姆接觸層、鍵合層； 4)提供一導(dǎo)電基板，通過(guò)所述鍵合層將所述發(fā)光外延層與所述導(dǎo)電基板粘結(jié)； 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(qū)域，該N電極區(qū)域與所述圖形化過(guò)渡層對(duì)應(yīng)，采用激光蝕刻所述N電極區(qū)域的透光襯底至預(yù)設(shè)深度； 7)采用干法或濕法蝕刻，依次蝕刻所述N電極區(qū)域的剩余透光襯底、過(guò)渡層、緩沖層，直至露出n型導(dǎo)電層； 8)在露出的n型導(dǎo)電層上制作n電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于所述透光襯底的材料選自AlN、GaN、GaAs、Si或者藍(lán)寶石襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于所述圖形化過(guò)渡層的材料為耐高溫材料，其物態(tài)轉(zhuǎn)變溫度Tg大于800°C。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于在步驟I)中，先在所述透光襯底的正面上形成一過(guò)渡層，通過(guò)光刻、蝕刻形成圖形化過(guò)渡層。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于所述圖形化過(guò)渡層的圖案為圖形、方形、三角形或六角形。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于在步驟3)中，還包括在歐姆接觸層上形成一金屬反射鏡。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于所述鍵合層為圖形化結(jié)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于在步驟6)中，所述激光蝕刻以圖形化的過(guò)渡層為對(duì)準(zhǔn)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(jù)權(quán)利要求8所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于所述交叉位置的面積不超過(guò)圖形化過(guò)渡層的面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其特征在于在步驟7)中，首先采用第一種化學(xué)溶液選擇性蝕刻所述N電極區(qū)域的剩余透光襯底同時(shí)清洗激光蝕刻的殘留物質(zhì)；接著采用第二種化學(xué)溶液選擇性蝕刻所述圖形化過(guò)渡層；最后采用干蝕刻緩沖層，直至露出n型導(dǎo)電層。
全文摘要
一種垂直結(jié)構(gòu)的半導(dǎo)體發(fā)光器件制作方法，其包含如下步驟1)提供一具有正、反兩個(gè)表面的透光襯底，在其正面上形成一圖形化過(guò)渡層，構(gòu)成圖形化襯底；2)在所述圖形化襯底上依次外延生長(zhǎng)發(fā)光外延層，其自下而上至少包括緩沖層、n型導(dǎo)電層、發(fā)光層、p型導(dǎo)電層；3)在所述發(fā)光外延層之上形成歐姆接觸層、鍵合層；4)提供一導(dǎo)電基板，通過(guò)所述鍵合層將所述發(fā)光外延層與所述導(dǎo)電基板粘結(jié)；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(qū)域，該N電極區(qū)域與所述圖形化過(guò)渡層對(duì)應(yīng)，采用激光蝕刻所述N電極區(qū)域的透光襯底至預(yù)設(shè)深度；7)采用干法或濕法蝕刻，依次蝕刻所述N電極區(qū)域的剩余透光襯底、過(guò)渡層、緩沖層，直至露出n型導(dǎo)電層；8)在露出的n型導(dǎo)電層上制作n電極。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102623589SQ20121009499
公開日2012年8月1日 申請(qǐng)日期2012年3月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月31日
發(fā)明者周一為, 楊建健, 梁兆煊, 鐘志白, 陳文欣 申請(qǐng)人:廈門市三安光電科技有限公司