一种改善发光角度的芯片及其制作方法

摘要

一种改善发光角度的芯片及其制作方法，涉及垂直结构芯片的结构技术领域。以两种不同折射率材料循环重复沉积形成透明导电膜层，在循环形成的透明导电膜层内制作倒锥形的空槽后，再依次向空槽中填充Ag和Au，以此构成断面上呈三角形的锥形镜面层。本发明工艺简单，减少了水平镜面反射向电极底部的光线，减少了电极的吸收，增大了芯片的出光角度，使大部分光线避免多次穿透外延层后被吸光的状况，可有效提高芯片的出光效率。

权利要求

1.一种改善发光角度的芯片，在永久衬底的一侧设置背电极，在永久衬底的另一侧依次设置金属键合层、金属镜面层和包括透明导电层、P-GaP电流扩展层、缓冲层、P-AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、N-AlGaInP限制层、N-AlGaInP电流扩展层、N-AlGaInP粗化层、N-GaAs欧姆接触层的外延层，在外延层外表面设置正电极和焊线层，其特征在于：所述透明导电层为由循环重复设置2次～10次的两种不同折射率的透明导电层组成，所述金属镜面层设置在循环形成的透明导电层中，所述金属镜面层呈锥顶朝向P-GaP电流扩展层的锥形，所述金属镜面层由Ag层和Au层组成，所述Ag层设置在朝向P-GaP电流扩展层的一侧。

2.如权利要求1所述改善发光角度的芯片制作方法，包括以下步骤：

1）在临时衬底上依次外延生长包括过渡层、N-GaInP截止层、N-GaAs欧姆接触层、N-AlGaInP粗化层、N-AlGaInP电流扩展层、N-AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP限制层、缓冲层和P-GaP电流扩展层，取得外延片；在外延片的P-GaP电流扩展层上沉积透明导电膜层；

2）通过金属键合层和压力，将永久衬底键合在外延片上，取得键合制品；

3）对键合制品进行化学腐蚀，裸露出N-GaAs欧姆接触层；

4）蚀刻出图形化的N-GaAs欧姆接触层；

5）对图形化的N-GaAs欧姆接触层外周的N-AlGaInP粗化层进行粗化处理；

6）在图形化的N-GaAs欧姆接触层104外制作形成扩展电极， 在部分N-AlGaInP粗化层上制作Pt阻挡层，并在Pt阻挡层外表面制作焊线层；

7）通过退火，扩展电极与N-GaAs欧姆接触层形成良好的电学欧姆接触；

8）在永久衬底背面制作形成背电极；

其特征在于：

在步骤1）中，以两种不同折射率材料循环重复沉积2次～10次透明导电膜层；然后在最后一层裸露的透明导电膜层表面上旋涂正性光刻胶，经过曝光、显影做出掩膜图形，再利用ICP干法自最后一层裸露的透明导电膜层至最接近P-GaP电流扩展层的透明导电膜层蚀刻，并通过抛光，形成倒锥形的空槽；在锥形的空槽内依次填充Ag和Au共同形成倒锥形镜面层；

在倒锥形镜面层表面和剩余的最后一层裸露的透明导电膜层表面制作金属键合层。

3.根据权利要求2所述的芯片制作方法，其特征在于：所述两种不同折射率材料的折射率分别为1.8和2.3。

4.根据权利要求2所述的芯片制作方法，其特征在于：所述循环重复沉积的次数为3次～4次。

说明书

一种改善发光角度的芯片及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明涉及垂直结构芯片的结构技术领域。

背景技术

[0002] 传统的垂直结构芯片在P型层表面蒸镀平面形金属镜面后键合在硅衬底表面，此种芯片的发光角度一般在120°左右。众所周知，发光角度偏小不能180°出光，否则所需封装支架上的反射碗杯设计角度要更小，因此若需要发光角度更大的封装形式时会有所局限性。

发明内容

[0003] 本发明一个目的是提出一种可有效提高芯片发光角度的改善发光角度的芯片。

[0004] 本发明在衬底的一侧设置背电极，在衬底的另一侧依次设置金属键合层、金属镜面层和包括透明导电层、P-GaP电流扩展层、缓冲层、P-AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、N-AlGaInP限制层、N-AlGaInP电流扩展层、N-AlGaInP粗化层、N-GaAs欧姆接触层的外延层，在外延层外表面设置正电极和焊线层，其特征在于：所述透明导电层为由循环重复设置2次～10次的两种不同折射率的透明导电层组成，所述金属镜面层设置在循环形成的透明导电层中，所述金属镜面层呈锥顶朝向P-GaP电流扩展层的锥形，所述金属镜面层由Ag层和Au层组成，所述Ag层设置在朝向P-GaP电流扩展层的一侧。

[0005] 以上结构形成的锥形金属镜面层在断面上呈三角形，而不是传统的水平镜面，其优点是：

[0006] 1、锥形金属镜面层结构减少了水平镜面反射向电极底部的光线，减少了电极的吸收。

[0007] 2、锥形金属镜面层结构增大了芯片的出光角度，使大部分光线避免多次穿透外延层后被吸光的状况。

[0008] 3、锥形金属镜面层结构由Ag和Au共同形成，其中Ag起到提高反射率的作用，而Au层则起到保护Ag的稳定性的作用。

[0009] 因此，本设计可有效提高芯片的出光效率。

[0010] 本发明另一目的是提出以上改善发光角度的芯片制作方法，包括以下步骤：

[0011] 1）在临时衬底上依次外延生长包括过渡层、N-GaInP截止层、N-GaAs欧姆接触层、N-AlGaInP粗化层、N-AlGaInP电流扩展层、N-AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、P-AlGaInP限制层、缓冲层和P-GaP电流扩展层，取得外延片；在外延片的P-GaP电流扩展层上沉积透明导电膜层；

[0012] 2）通过金属键合层和压力，将永久衬底键合在外延片上，取得键合制品；

[0013] 3）对键合制品进行化学腐蚀，裸露出N-GaAs欧姆接触层；

[0014] 4）蚀刻出图形化的N-GaAs欧姆接触层；

[0015] 5）对图形化的N-GaAs欧姆接触层外周的N-AlGaInP粗化层进行粗化处理；

[0016] 6）在图形化的N-GaAs欧姆接触层104外制作形成扩展电极， 在部分N-AlGaInP粗化层上制作Pt阻挡层，并在Pt阻挡层外表面制作焊线层；

[0017] 7）通过退火，扩展电极与N-GaAs欧姆接触层形成良好的电学欧姆接触；

[0018] 8）在永久衬底背面制作形成背电极；

[0019] 其特征在于：在步骤1）中，以两种不同折射率材料循环重复沉积2次～10次透明导电膜层；然后在最后一层裸露的透明导电膜层表面上旋涂正性光刻胶，经过曝光、显影做出掩膜图形，再利用ICP干法自最后一层裸露的透明导电膜层至最接近P-GaP电流扩展层的透明导电膜层蚀刻，并通过抛光，形成倒锥形的空槽；在锥形的空槽内依次填充Ag和Au共同形成倒锥形镜面层。并在倒锥形镜面层表面和剩余的最后一层裸露的透明导电膜层表面制作金属键合层。

[0020] 本发明工艺特点是：以两种不同折射率材料循环重复沉积2次～10次透明导电膜层，在循环形成的透明导电膜层内制作倒锥形的空槽后，再依次向空槽中填充Ag和Au，以此构成锥形镜面层。

[0021] 本发明工艺简单、合理，便于生产、制作，制成的产品稳定性好，合格率高，能够达到改善发光角度的效果。

[0022] 另外，本发明所述两种不同折射率材料的折射率分别为1.8和2.3。两种折射率的差值尽量使两层ITO之间形成光疏到光密的变化，使光从一定角度入射时会出现全反射的效果减少光被镜面的吸收，可以直接反射出芯片。

[0023] 更优选的所述循环重复沉积的次数为3次～4次。多次沉积达到一个布拉格反射镜的效果，当大于布拉格反射镜反射角度时光到达镜面由镜面反射出去。

附图说明

[0024] 图1为本发明外延片的结构示意图。

[0025] 图2为制作了透明导电膜层和金属键合层的外延片的结构示意图。

[0026] 图3为制作了金属键合层的永久衬底的结构示意图。

[0027] 图4为键合的制品结构示意图。

[0028] 图5为本发明的一种结构示意图。

[0029] 图6为图5的俯向视图。

具体实施方式

[0030] 一、本发明制造步骤如下：

[0031] 1、如图1所示，利用MOCVD设备在一临时的GaAs基板101上依次生长过渡层102、N-GaInP截止层103、N-GaAs欧姆接触层104、N-AlGaInP粗化层105、N-AlGaInP电流扩展层106、N-AlGaInP限制层107、MQW多量子阱有源层108、P-AlGaInP限制层109、缓冲层110、P-GaP电流扩展层111。

[0032] 其中N-GaAs欧姆接触层104优选厚度60nm，掺入的杂质元素为Si，掺杂浓度在8×18 -3
10 cm 以上，以保证N面有良好的电学接触。

[0033] P-GaP电流扩展层111优选厚度3000nm，掺入的杂质元素为Mg，掺杂浓度在7×1018cm-3以上，以保证P面有良好的电学接触。

[0034] 2、利用511清洗液清洗P-GaP电流扩展层111，在P-GaP电流扩展层111上沉积20nm折射率为1.8的ITO透明导电膜层112，再在ITO透明导电膜层112层上沉积20nm折射率为2.3的ITO透明导电膜层113，循环重复沉积层112和113各3次～10次。本例循环重复沉积层112和113各3次，共计6层。

[0035] 制成的半制品如图1所示。

[0036] 3、在最后一层裸露的折射率为2.3的ITO透明导电膜层113表面先旋涂正性光刻胶，经过曝光、显影做出掩膜图形，再利用ICP干法自最后一层裸露的折射率为2.3的ITO透明导电膜层113下向蚀刻至最接近P-GaP电流扩展层111的折射率为2.3的ITO透明导电膜层113，然后再利用体积比为1:10的HCl和H2O混合溶液进行抛光，形成高度为500nm的倒锥形的空槽。

[0037] 4、采用电子束蒸镀方式，在倒锥形的空槽内，先填充高度为200nm的倒锥形Ag，然后再填充高度为300nm的倒台阶形Au层，以此由Ag/Au共同形成了镜面层114。

[0038] 然后，通过旋涂正性光刻胶，经过曝光、显影做出掩膜图形，再利用化学电镀Au的方法，在镜面层114表面和最后一层裸露的折射率为2.3的ITO透明导电膜层113表面电镀2000nm的Au该层作为金属键合层115。

[0039] 取得的半制品如图2所示。

[0040] 5、如图3所示，在Si衬底201上采用电子束蒸镀方式制作厚度为1000nm的Au作为金属键合层202。

[0041] 6、将步骤4制成的半制品和步骤5制成的半制品分别浸入IPA溶液中，进行超声清洗10min。

[0042] 然后将金属键合层115和金属键合层202相对，在320℃条件下，于7000kg外力作用下，经过5min将两者键合到一起，得到键合制品，如图4所示。

[0043] 7、将键合制品置于体积比为1：7的NH4OH和 H2O2的混合溶液中反应20min，化学腐蚀停止在GaInP截止层103上，裸露出N-GaAs欧姆接触层104。

[0044] 8、通过在N-GaAs欧姆接触层104上旋涂正胶，经过光刻显影后，再浸入体积比为1:4:20的H3PO4、H2O2和H2O的混合溶液，蚀刻出图形化的N-GaAs欧姆接触层104。

[0045] 9、采用体积比为2：2：5的H3PO4、H2SO4和CH3COOH混合溶液湿法在图形化的N-GaAs欧姆接触层104外周制出N-AlGaInP粗化层105。

[0046] 10、经过上胶、光刻、显影等工艺后制作掩膜版，在图形化的N-GaAs欧姆接触层104上采用冷蒸镀的方式蒸镀厚度为150nm的金铬（AuGe）合金材料，作为扩展电极204，在部分N-AlGaInP粗化层105上制作厚度为80nm的Pt阻挡层205，并在Pt阻挡层205外表面制作厚度为3μm的Au焊线层206。

[0047] 再通过380℃氮气氛围退火炉进行退火12min处理，使扩展电极204与N-GaAs欧姆接触层104形成良好的电学欧姆接触。

[0048] 11、在Si衬底201背面采用电子束热蒸镀的方式分别蒸镀厚度为50nm的Ti，厚度为100nm的Au，由Ti /Au构成的背电极203，即完成器件的制作。

[0049] 二、芯片结构特征：

[0050] 如图5、6所示：在Si衬底201背面设置背电极203，在Si衬底201的正面依次设置金属键合层202、115、金属镜面层114和透明导电层，在透明导电层上依次设置有P-GaP电流扩展层111、缓冲层110、P-AlGaInP限制层109、MQW多量子阱有源层108、N-AlGaInP限制层107、N-AlGaInP电流扩展层106、N-AlGaInP粗化层105。

[0051] 在N-AlGaInP粗化层105上分布有Pt阻挡层205和图形化的N-GaAs欧姆接触层104，并在Pt阻挡层205外表面设置有Au焊线层206，在图形化的N-GaAs欧姆接触层104外设置有扩展电极204。

[0052] 其中，透明导电层为由循环重复设置3次的两种不同折射率的透明导电层112和113组成，金属镜面层114设置在循环形成的透明导电层中，金属镜面层114呈锥顶朝向P-GaP电流扩展层111的锥形，金属镜面层114由Ag层和Au层组成， Ag层设置在朝向P-GaP电流扩展层111的一侧。

[0053] 三、芯片的发光角度试验：

[0054] 经大量试验证实了：采用本发明工艺制成的芯片的出光角度由常规产品的110°左右增加至170°左右。