[发明专利]6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片

说明书

技术领域

本发明涉及四元AlGaInP发光二极管(LED)芯片的结构及其制作方法，属半导体光电子加工技术领域。

背景技术

高亮度AlGaInP四元LED具有寿命长、稳定性好、节能环保等优点，广泛应用于户内外显示屏、城市亮化、交通信号灯、汽车用灯、液晶显示背光源等领域。

现有常规AlGaInP四元LED芯片采用GaAs基底，其芯片的结构如图1所示，包括外延层9和GaAs基底7，外延层9的顶面设有P型电极1，GaAs基底7的底面设有N型电极8，外延层9由上至下依次为P型GaP层2、P型AlGaInP层3、发光层4、N型AlGaInP层5和DBR(布拉格)反射层6，P型电极设置在P型GaP层2上。该类芯片使用的是热导率较差的GaAs基底(热导率0.46W/cm K)，在大电流、高功率工作条件下，GaAs基底LED芯片散热不良，性能提升有很大的局限性。

6H-SiC基底具有大的热导率(达到4.9W/cm K)，比GaAs基底高约十倍，在此基底上工作的管芯可以工作在大电流下，功率增加，可靠性增加，散热良好，能够克服了GaAs基底上四元AlGaInP发光二极管芯片的缺点。但是由于制备工艺的不完善，目前还没有6H-SiC基底四元AlGaInP发光二极管芯片的产品问世。

发明内容

本发明针对现有AlGaInP四元发光二极管芯片采用GaAs基底存在的不适应大电流、高输出功率工作条件的问题，提供一种大电流、高输出功率的6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片及其制作方法，同时提供一种该LED芯片的制作工艺。

本发明的6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片包括基底和基底上的外延层，以6H-SiC材料作为基底，外延层由上至下依次为N型AlGaInP层、发光层、P型AlGaInP层、P型GaP层和金属反射及粘结层，在N型AlGaInP层上设置N型电极，在6H-SiC基底的底面或金属反射及粘结层上设置P型电极。金属反射及粘结层包括一层粘接层和一个金属反射镜。

6H-SiC材料可以是导电6H-SiC单晶(电阻率小于0.1欧姆·厘米)或绝缘6H-SiC单晶(电阻率大于10³欧姆·厘米)。

上述6H-SiC基底反极性AlGaInP LED芯片的制作工艺是：

在经过抛光的6H-SiC基底表面上蒸镀一层粘接层及金属反射镜，再通过加热、真空及静压的方法将LED外延层与6H-SiC基底粘接在一起，再用选择腐蚀的方法将原GaAs基底腐蚀剥离掉，制作成以6H-SiC为基底的LED晶片，经蒸镀、刻蚀等工艺形成电极制成管芯。具体包括以下步骤：

(1)首先在GaAs基底上生长外延结构，按常规由下至上依次外延生长N型AlGaInP层、发光层、P型AlGaInP层和P型GaP层，制成外延层；

(2)在经过抛光的6H-SiC基底上蒸镀金属反射及粘结层，金属反射及粘结层包括一层粘接层和一个金属反射镜；

(3)在200℃~400℃加热、小于1Torr的真空及30PSI~80PSI的静压的条件下将步骤(1)制备的外延层中P型GaP层与步骤(2)中的金属反射及粘结层对接；

(4)选择性腐蚀掉GaAs基底；

(5)在N型AlGaInP层上制作N型电极，在6H-SiC基底的底面或金属反射及粘结层上制作P型电极。

本发明的AlGaInP LED芯片是以热导率高于GaAs材料10倍的6H-SiC材料为基底，将LED发光层从GaAs上转移到6H-SiC基底上，与现有的AlGaInP四元LED芯片的外延层结构自上至下正好相反，制作出了大电流、高输出功率的AlGaInP四元LED芯片。由于6H-SiC材料的热导率高，可大幅度改善产品的高温特性，提高产品可靠性，在大功率应用方面存在着其它类型LED无法比拟的优势。

附图说明

图1是现有GaAs基底的AlGaInP常规LED四元芯片结构示意图。

图2是本发明实施例1的以导电6H-SiC为基底的反极性AlGaInP LED芯片的结构示意图。

图3是本发明实施例2的以绝缘6H-SiC为基底的反极性AlGaInP LED芯片结构示意图。

图4是本发明制作工艺中的外延层结构示意图。

图5是6H-SiC基底、金属反射层及粘结层制作步骤示意图。

图6是6H-SiC基底与外延层粘接步骤的示意图。

图7是GaAs基底腐蚀剥离步骤的示意图。

图8是外延层局部蚀刻步骤的示意图。