發光二極管及其制作方法與流程

本發明涉及半導體制造領域，具體的說是一種發光二極管及其制作方法。

背景技術：

發光二極管具有低能耗，高壽命，穩定性好，體積小，響應速度快以及發光波長穩定等良好光電特性，被廣泛應用于照明、家電、顯示屏及指示燈等領域。

現有發光二極管之增光工藝，常見地于器件出光表面制作粗化面以增進出光效率。在粗化蝕刻區域通常會避開焊盤電極與擴展電極等區域，以避免粗化面影響電極與擴展條的平坦面。一般常用工藝會使用光刻膠作為掩膜，將光刻膠覆蓋在欲遮蓋的地方，通常位在電極與擴展條的位置，并大于等于電極與擴展條的區域面積，接著再進行粗化工藝。但在采用基板轉移技術制作高亮度發光二極管中，由于經過鍵合工藝的晶圓片會有不同的曲翹模式，鍵合前后的黃光對位常有錯位的問題，使得擴展電極未受到良好的覆蓋，導致粗化液蝕刻到電極擴展的下方，形成金屬接觸脆弱或脫落的風險。

技術實現要素：

針對上述問題，本發明提供了一種降低粗化側蝕之發光二級管與制作方法。

本發明的技術方案為：發光二極管的制作方法，包括步驟：（1）提供一外延結構，依次包含生長襯底、第一類型半導體層、有源層和第二類型半導體層；（2）在所述第二類型半導體層的表面上定義焊盤電極區和擴展電極區，并在所述擴展電極區上依次形成金屬掩膜層和擴展電極，所述金屬掩膜層的面積完全覆蓋所述擴展電極區并向外延伸，所述金屬掩膜層的面積＞擴展電極的面積；（3）提供一臨時基板，將其與所述外延結構接合，并去除所述生長襯底，裸露出第一類型半導體層的表面；（4）提供一導電基板，將其與所述外延結構接合，移除所述臨時基板，裸露出部分第二類型半導體層的表面、部分金屬掩膜層和擴展電極；（5）采用化學蝕刻裸露出來的第二類型半導體層的表面，形成粗化表面；（6）去除裸露出的金屬掩膜層。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層的厚度為10~200nm，更佳的為50~100nm。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層的邊緣超出所述擴展電極的邊緣至少2微米，較佳的為2~10微米。

優選地，所述步驟（2）中同時在所述焊盤電極區和擴展電極區形成金屬掩膜層。

優選地，所述發光二極管的制作方法還包括步驟（7）：在所述第二類型半導體層的焊盤電極區形成焊盤電極。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層與所述第二類型半導體層形成歐姆接觸。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層的材料選用Au、Cr、Ni、Ti或Pd，較佳選用Au。

優選地，所述步驟（2）中同時在所述焊盤電極區形成金屬掩膜層和電極材料層，所述金屬掩膜層與所述焊盤電極區重合，所述電極材料層的材料與所述擴展電極的材料一樣。

本發明的另一技術方案為：發光二極管的制作方法，包括步驟：（1）提供一外延結構，依次包含生長襯底、第一類型半導體層、有源層和第二類型半導體層；（2）在所述第二類型半導體層的表面上定義焊盤電極區和擴展電極區，并在所述擴展電極區上依次形成擴展電極和金屬掩膜層，所述金屬掩膜層的面積完全覆蓋所述擴展電極區并向外延伸，所述金屬掩膜層的面積＞擴展電極的面積；（3）提供一臨時基板，將其與所述外延結構接合，并去除所述生長襯底，裸露出第一類型半導體層的表面；（4）提供一導電基板，將其與所述外延結構接合，移除所述臨時基板，裸露出部分第二類型半導體層的表面和金屬掩膜層；（5）采用化學蝕刻裸露出來的第二類型半導體層的表面，形成粗化表面；（6）去除金屬掩膜層。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層的厚度為10~200nm，更佳的為50~100nm。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層的邊緣超出所述擴展電極的邊緣至少2微米，較佳的為2~10微米。

優選地，所述步驟（2）中同時在所述焊盤電極區和擴展電極區形成金屬掩膜層。

優選地，所述發光二極管的制作方法還包括步驟（7）：在所述第二類型半導體層的焊盤電極區形成焊盤電極。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層與所述第二類型半導體層形成歐姆接觸。

優選地，所述步驟（2）中形成的金屬掩膜層的材料選用Au、Cr、Ni、Ti或Pd，較佳選用Cr。

在一些實施例中，所述步驟（2）中先擴展電極區形成擴展電極，然后在焊盤電極區的第二類型半導體層表面上和所述擴展電極上形成金屬掩膜層。

在另一些實施例中，所述步驟（2）中僅在擴展電極區形成金屬掩膜層，所述焊盤電極區不形成金屬掩膜層，所述步驟（5）中先在所述焊盤電極區形成一光阻層掩膜層，再進行蝕刻，所述步驟（6）中還包括去除光阻掩膜層。

本發明所述發光二極管的制作方法，在鍵合工藝前先制作金屬掩膜，延伸金屬區域，將金屬直接作為粗化掩膜層，減少錯位及粗化側蝕問題，提升發光二極管的質量及良率。

根據本發明的另一個實施例，提供了一種使用根據本發明的方法制造的發光二極管結構。

本發明的其它特征和優點將在隨后的說明書中闡述，并且，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。本發明的目的和其他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。

附圖說明

附圖用來提供對本發明的進一步理解，并且構成說明書的一部分，與本發明的實施例一起用于解釋本發明，并不構成對本發明的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪制。

圖1顯示本發明實施例1的一種發光二極管的制作流程圖。

圖2~13顯示了本發明實施例1的一種發光二極管的過程示意圖。

圖14顯示本發明實施例2的一種發光二極管的制作流程圖。

圖15~24顯示本發明實施例2的一種發光二極管的制作過程示意圖。

圖25~28顯示本發明實施例3的一種發光二極管的制作過程部分示意圖。

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，借此對本發明如何應用技術手段來解決技術問題，并達成技術效果的實現過程能充分理解并據以實施。需要說明的是，只要不構成沖突，本發明中的各個實施例以及各實施例中的各個特征可以相互結合，所形成的技術方案均在本發明的保護范圍之內。

圖1顯示了本發明第一個較佳實施例之一種發光二極管的制作流程圖，其主要包括步驟S110~S160，下面以四元系發光二極管為例結合附圖2~13進行詳細說明。

步驟S110：提供生長襯底100，在其上形成發光外延結構120。其中生長襯底100較佳可采用III-V 族化合物半導體材料，例如砷化鎵、磷化銦(InP)、磷化鎵或藍寶石，發光外延結構為常規外延結構即可，一般可包含n型半導體層、有源層和p型半導體層。具體的，首先提供成長基板100，再利用例如沉積方式直接在生長基板100 的表面上成長蝕刻終止層110。接下來，形成n型歐姆接觸層121于蝕刻終止層101 上，其中n型歐姆接觸層121 的材料例如可為砷化鎵、磷化鎵砷或磷化鋁鎵銦。接著，在n型歐姆接觸層121上生長發光外延結構120，較佳的，發光外延結構120可以包括依序堆棧在n型歐姆接觸層121 的表面上的n型限制層122、有源層123、p型限制層124以及窗口層125，如圖2所示。其中，N型限制層122的材料例如可為砷化鋁鎵Al_xGa_1-xAs，x>0.4或磷化鋁鎵銦 (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP，x>0.4；p型限制層124 的材料例如可為砷化鋁鎵(Al_xGa_1-xAs，x>0.4) 或磷化鋁鎵銦 (Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP，x>0.4，有源層123 的材料例如可為磷化鋁鎵銦（(Al_xGa_1-x)_yIn_1-yP，x<0.5），窗口層125的材料例如可為磷化鎵、磷化鎵砷、砷化鋁鎵或磷化鋁鎵銦。

步驟S120：在發光外延結構的表面120a上定義電極區140，包括焊盤電極區140a和擴展電極區140b，如圖3所示。接著，在電極區140上依次形成金屬掩膜層130和電極材料層141，其中焊盤電極區140a上沉積的金屬掩膜層130a、電極材料層141a基本與焊盤電極區130a重合，擴展電極區140b上沉積的金屬掩膜層130b完全覆蓋擴展電極區140b并向外延伸，金屬掩膜層130b上的電極材料層141b作為擴展電極，與擴展電極區140b重合，即金屬掩膜層130b的面積大于擴展電極141b的面積，如圖4和5所示，其中圖4為側面剖視圖，圖5為俯視圖。其中，電極材料層140可選用的材料可為金鈹合金、金鋅合金或鉻金合金。金屬掩膜層130需考慮以下因素：（1）能夠在后續粗化流程中作為掩膜層保護擴電極141b，避免擴展電極141b下方被側蝕，因此要求金屬掩膜層130b的邊緣超出擴展電極141的邊緣，其超出的距離d至少達到2微米以上為宜，較佳值為2~5微米，例如擴展電極141b的寬度d1為6微米，金屬掩膜層130b的寬度為10微米，金屬掩膜層130b的邊緣超出擴展電極141的邊緣的距離d為2微米；（2）在完成粗制程后需將非電極區的金屬掩膜層去除，因此金屬掩膜層的厚度不宜太厚，并選用較易去除的材料，例如可選用Au等，厚度可取10~200nm，較佳為50~100nm；（3）由于金屬掩膜層130位于外延層125與電極材料層141之間，需確保金屬掩膜層130與發光外延結構120形成歐姆接觸，因此需選用能與外延材料層形成歐姆接觸的材料。在本實施例中金屬掩膜層130選用Au，其既可與外延層形成良好的歐姆接觸，又容易采用化學蝕刻液去除。

步驟S130：提供一臨時基板200，利用接合層210將臨時基板200與發光外延結構120接合，接著去除發光外延結構120上的生長襯底100，露出發n型半導體層的表面。具體的，可先將接合層210涂布在發光外延結構120的表面120a 的暴露部分、金屬掩膜層130的暴露部分和電極材料層141上，再將臨時基板200貼設在接合層210上，如圖6所示；在另一個實施例中，也可先將接合層210涂布在臨時基板200的表面上，再將接合層210貼合在發光外延結構120的表面120a、金屬掩膜層130和電極材料層141，完成臨時基板200與發光外延結構120的接合。接著，利用例如化學蝕刻法或研磨法移除生長襯底100，暴露出蝕刻終止層110，再利用化學蝕刻法或研磨法移除蝕刻終止層152，以暴露出n型歐姆接觸層121，如圖7所示。其中，貼合臨時基板200的貼合溫度控制在150~500℃之間（較佳為300℃以下），臨時基板200的材料可為玻璃、硅、砷化鎵等，接合層210的材料可為鉛錫合金、金鍺合金、金鈹合金、金錫合金、錫、銦、鈀銦合金、苯并環丁烯、環氧樹脂、硅、聚亞酰胺或旋轉涂布玻璃高分子，其中較佳采用苯并環丁烯或環氧樹脂。

較佳的，在裸露出上的發光外延結構的表面上制作圖案化的歐姆接觸及反射鏡結構。具體的，圖案化n型歐姆接觸層121，并暴露n型限制層122的表面，再形成n型歐姆接觸金屬層150在n型歐姆接觸層121上，以改善組件的電性質量。其中，n型歐姆接觸金屬層150的材料例如可為金鍺合金/ 金復合材料、金/ 金鍺合金/ 金復合材料或金鍺合金/ 鎳/ 金復合材料。接著，在n型限制層122的表面的暴露部分上形成透明材料層161，其表面與n型歐姆接觸金屬層150的表面齊平。接下來，在透明材料層161和n型歐姆接觸金屬層150上形成反射金屬層162，如圖8所示。其中，透明材料層161和反射金屬層162構成全方位反射結構。

步驟S140：提供一個導電基板180，利用接合層170將導電基板200與金屬反射結構接合，如圖9所示，接合層170的材料接合層122較佳可為鉛錫合金、金鍺合金、金鈹合金、金錫合金、錫、銦、鈀銦合金或硅。接著可利用蝕刻方式移除臨時基板200與接合層210，而暴露出發光外延結構120的表面120a、金屬掩膜層130和電極材料層141，如圖10所示。

步驟S150：采用化學蝕刻裸露出來的窗口層125的表面，形成粗化表面，如圖11所示。具體為：將至少10g I2碘粉加入到1600ml CH3COOH中，然后進行攪拌，待均勻后加熱至40～45℃；接著待前述溶液持溫穩定后，加入HF、HNO3和CH3COOH的混合液，其中各物質的體積比3：2：4，控溫至35～40℃；接下來將前述發光外延結構放入配置完成的溶劑中，粗化時間1～2min。

步驟S160：粗化完成后，采用蝕刻去除裸露出的金屬掩膜層130，如圖12所示。較佳地，在發光外延結構的表面及擴展電極141b的表面上覆蓋絕緣保護層190，接著在焊盤電極區140a上方的電極材料層141a上形成焊盤電極142，完成發光二極管的制作，如圖13所示。

在本實施例中，首先將掩膜層制作提前至基板接合工藝前，減少黃光對位錯位影響；其次采用金屬作為掩膜層，在粗化過程中不會被蝕刻，同時可兼顧歐姆接觸，解決擴展電極被蝕的問題，避免了金屬接觸脆弱或脫落的風險。

圖14顯示了本發明第二個較佳實施例之一種發光二極管的制作流程圖，其主要包括步驟S210~S260。區別于第一個較佳實施例，在本實施例中，在步驟S220中在發光外延結構的擴展電極區141b先形成擴展電極141，接著在擴展電極141的表面上覆蓋金屬掩膜層130a，下面結合附圖15-24進行詳細說明。

首先，提供生長襯底100，在其上形成發光外延結構120，接著，在發光外延結構120的表面120a上定義焊盤電極區140a和擴展電極區140b，此部分參照第一個實施例即可。

接下來，先在發光外延結構表面120a的擴展電極區140b上形成擴展電極141，然后在發光外延結構表面120a的焊盤電極區140a和擴展電極141上形成金屬掩膜層130，其中焊盤電極區140a上沉積的金屬掩膜層130a、基本與焊盤電極區130a重合，擴展電極141上沉積的金屬掩膜層130b完全包覆擴展電極141并向外延伸，金屬掩膜層130b的面積大于擴展電極141b的面積，如圖15和16所示，其中圖15為側面剖視圖，圖16為俯視圖。其中，擴展電極141可選用的材料可為金鈹合金、金鋅合金或鉻金合金。金屬掩膜層130的厚度為50~100nm，其材料選用Cr，擴展電極141上的金屬掩膜層130b的邊緣超出擴展電極141的邊緣，其超出的距離d至少達到2微米以上為宜，較佳值為2~5微米，例如擴展電極141b的寬度d1為6微米，金屬掩膜層130b的寬度為10微米，金屬掩膜層130b的邊緣超出擴展電極141的邊緣的距離d為2微米。

接下來，提供一臨時基板200，利用接合層210將臨時基板200與發光外延結構120接合，如圖17所示，接著去除發光外延結構120上的生長襯底100，露出發n型歐姆接觸層121的表面，如圖18所示。接下來，在裸露出上的n型歐姆接觸層121的表面上制作圖案化的歐姆接觸及反射鏡結構，如圖19所示。接下來，提供一個導電基板180，利用接合層170將導電基板200與金屬反射結構接合，如圖20所示。接下來，利用蝕刻方式移除臨時基板200與接合層210，暴露出發光外延結構120的表面120a、金屬掩膜層130，如圖21所示。接下來，采用化學蝕刻裸露出來的窗口層125的表面，形成粗化表面，如圖22所示。接下來，采用蝕刻去除金屬掩膜層130，裸露出擴展電極141的表面及焊盤電極區140a的窗口層的表面，如圖23所示。接下來，在發光外延結構的表面及擴展電極141的表面上覆蓋絕緣保護層190，接著在焊盤電極區140a上方的依次形成高阻值的電流阻擋層143和焊盤電極143，完成發光二極管的制作，如圖24所示。其中焊盤電極142與擴展電極141連接，當向焊盤電極142注放電流時，通過擴展電極141流向窗口層125。

在本實施例中，采用Cr作為粗化的掩膜層，首先Cr不會被粗化蝕刻液腐蝕，保證了其下方的區域不會被側蝕；其次Cr為惰性金屬，不會發生擴散，且不會對擴展電極等其他結構產生破壞；再者容易采用化學蝕刻去除。

圖25~28顯示了本發明第三個較佳實施例之一種發光二極管制作方法的部分過程示意圖。作為第二個較佳實施例的一個變形，在步驟S220中僅在擴展電極區140b上形成金屬掩膜層130，如圖25和26所示；在完成S240步驟后，先在外延結構120的表面120a的焊盤電極區140a上形成一光阻層220作為掩膜層，如圖27和28所示，再進行S250步驟作粗化處理；在S260步驟中分別采用不同的溶液去除光阻層220和金屬掩膜層130，再在焊盤電極區制作焊盤電極。

通常較大功率垂直發光二極管芯片中，一般頂面的焊盤電極與焊盤電極會設計成回路，如圖3所示，因此第一、第二較佳實施例中焊盤電極區和擴展電極區的金屬掩膜層會形成一系列閉合回路，造成粗化過程中粗化液中的帶電粒子做切割磁感線的運動，使得粗化液中不同電性的帶電粒子在各自的磁場內按一定方向發生偏移，從而影響粗化效果。為避免前述問題，本實施例中僅在擴展電極區形成擴展電極和金屬掩膜層，焊盤電極區采用光阻做了掩膜層，從而避免了焊盤電極區和擴展電極區形成閉合回路，使得粗化液中的帶電粒子不會因為磁場作用做定向運動，而是隨機自由運動，從而提高出面光的粗化比以提升LED光取出率。

很明顯地，本發明的說明不應理解為僅僅限制在上述實施例，而是包括利用本發明構思的所有可能的實施方式。