一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法技术

本发明专利技术涉及半导体光电子器件与3D打印领域，具体为一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法。该方法所制备的芯片结构中n面主电极、ITO电流扩展层、n面接触电极、介质膜层、金属反射镜、金属键合层、p面电极采用3D打印技术制备。利用3D打印技术制备n面主电极、ITO电流扩展层、n面接触电极、介质膜层、金属反射镜、金属键合层、p面电极，可以带来如下有益效果：1.简化了制备流程：3D打印介质膜层，省去了涂胶、曝光、显影、刻蚀开孔流程；3D打印n面主电极、n面接触电极，省去了涂胶、曝光、显影及带胶剥离的过程；2.减少了杂质的引入：在简化制备流程的同时，也避免了光刻胶、显影液、腐蚀液等化学试剂的引入，提高了器件制备的良品率。

Preparation method of AlGaInP reverse polarity light emitting diode based on 3D printing

The invention relates to the field of semiconductor optoelectronic devices and 3D printing, in particular to a AlGaInP reverse polarity light emitting diode preparation method based on 3D printing. In the chip structure prepared by the method, the N surface master electrode, the ITO current spreading layer, the N surface contact electrode, the dielectric film, the metal reflector, the metal bonding layer and the P surface electrode are prepared by 3D printing technology. The use of 3D printing technology for preparing n main electrode, ITO current spreading layer and N surface contact electrode, dielectric layer, metal mirror, metal bonding layer, P surface electrode, can bring the following advantages: 1. to simplify the preparation process: 3D printing medium film, without coating, exposure, development and etching opening process; 3D n, N printing surface of the main electrode surface contact electrode, coating, exposure and developing process and lift off the save; 2. reduces impurity in simplifying the preparation process at the same time, but also to avoid the introduction of chemical reagent photoresist liquid, such as liquid corrosion, improve the yield rate of the prepared device.

【技术实现步骤摘要】
一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法
本专利技术涉及半导体光电子器件与3D打印领域，具体为一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法。
技术介绍
发光二极管(LightEmittingdiode,LED)被称为第四代照明光源，具有体积小、电光转换效率高、寿命长、节能环保等优点，在通用照明、城市景观、显示、医疗器械、通信等各方面均有广泛的应用，并已逐渐取代传统光源进入通用照明领域。目前，市场上主流的LED分为AlGaN基紫光LED、InGaN基蓝绿光LED以及AlGaInP基红黄光LED。其中，AlGaInP基红黄光LED是出现最早、成熟最早的LED产品。经过多年的发展，AlGaInP红黄光LED早已跨过了中小功率LED的发展阶段，转而发展高亮度、高功率产品。AlGaInP基LED的内量子效率早已接近100%，所以，提高产品功率的主要途径是提高器件的光提取效率。目前，提高光提取效率最有效的方法为倒装芯片结构，即反极性LED。AlGaInP反极性LED的制备主要分为三个阶段：外延材料生长、芯片制备、芯片封装。(1)外延材料生长与芯片制备是决定LED器件性能的关键阶段。外延材料生长是指利用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延(MBE)等技术在GaAs衬底上逐层生长如附图2所示的外延结构（外延结构由下而上包括GaAs衬底、n-GaAs缓冲层、n-AlInP腐蚀停止层、n-GaAs接触层、n-AlGaInP限制层、AlGaInP量子阱有源区、p-AlGaInP限制层、p-GaP窗口层）。(2)芯片制备则是对外延材料进行清洗、镀膜、键合曝光、刻蚀、减薄、划片等加工，以形成LED芯片的过程；(3)芯片封装是指将芯片封装到专用支架上，形成灯珠的过程。其中，前两个阶段涉及MOCVD、X射线衍射、光致发光、电化学CV、光刻、离子辅助气相沉积(PECVD)、等离子清洗、干法或湿法刻蚀、金属键合、激光划片、离子束蒸镀等十数种先进的材料加工及测试技术，每种技术均需要价格高昂的设备来实现，这些设备结构复杂，维护成本高。制备过程中，需要用到大量易燃易爆或有毒的气体、各种化学试剂及材料。另外，加工过程包括几十甚至上百个微加工步骤，任何一步出错都会导致LED器件制备的失败。从以上论述可以看出，AlGaInP反极性LED制备工艺流程复杂，需要消耗大量的人力物力资源，且存在一定安全隐患。所以，简化其制备过程，不仅可以有效地节省人力及物力资源，消除上述安全隐患，更能够提高AlGaInP反极性LED的生产效率及良品率，对于LED产业的发展具有重大的科学意义及商业价值，新兴的3D打印技术为这个技术难题的解决提供了良好的契机。
技术实现思路
本专利技术针对AlGaInP反极性LED制备流程复杂、设备维护成本高的缺点，提出了一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法，以简化制备的流程。本专利技术是采用如下的技术方案实现的：一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法，包括以下步骤：S1：在GaAs衬底上生长反极性LED外延片结构；S2：利用3D打印技术在p-GaP窗口层表面制备介质膜层，并留出导电孔；S3：利用3D打印技术在介质膜层上制备金属反射镜，介质膜层与金属反射镜构成ODR反射镜；S4：利用3D打印技术分别在ODR反射镜表面及Si基底上制备金属键合层；S5：将上述金属键合层相对并进行金属键合，使外延片与Si基底键合在一起；S6：利用机械研磨及选择性湿法刻蚀去除GaAs衬底及n-GaAs缓冲层，露出n-AlInP腐蚀停止层；S7：利用选择性湿法刻蚀去除n-AlInP腐蚀停止层，露出n-GaAs接触层；S8：利用3D打印技术在n-GaAs接触层表面制备n面接触电极；S9：选择性刻蚀n-GaAs接触层，留下n面接触电极，n面接触电极之外的区域刻蚀到n-AlGaInP限制层；S10：在n-AlGaInP限制层上3D打印ITO电流扩展层，同时形成粗化的ITO表面；S11：在ITO表面3D打印N面主电极；S12：干法刻蚀形成划片所需沟道，沟道深度直到p-GaP窗口层；S13：将Si衬底研磨减薄至100um，抛光形成光滑的背面；S14：在Si衬底背面3D打印P面电极，留出划片所需沟道；S15：划片、裂片，完成芯片制备，所制备的芯片结构由上而下包括n面主电极、ITO电流扩展层、n面接触电极、n-GaAs接触层、n-AlGaInP限制层、量子阱有源层、p-AlGaInP限制层、p-GaP窗口层、介质膜层、金属反射镜、金属键合层、Si衬底、p面电极。上述的一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法，3D打印过程分为三个步骤，3D建模、3D打印、样品修正。3D打印技术是当今高端制造业的重要发展方向，目前能够打印的材料包括：热塑性塑料、几乎所有金属及其合金、共晶材料、橡胶、陶瓷、石膏、纸张、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、光聚合物等。可以看出，在AlGaInP反极性LED芯片中，能够利用3D打印技术进行制备的结构包括DBR反射镜、金属反射镜、金属键合层、金属电极、ITO电流扩展层，3D打印这些结构，可以有效地简化制备流程，提高生产效率及良品率。本专利技术提供的一种基于3D打印的GaAs基反极性LED制备方法，利用3D打印替代部分传统制备技术，带来如下有益效果：1、简化了制备流程：(1)简化了介质膜层制备：传统方法制备介质膜层，无法直接形成导电孔，需要另外利用曝光及刻蚀技术开孔，而利用3D打印技术制备介质膜层，在3D建模时即可建立含有导电孔的介质膜模型，打印过程中留出导电孔，无需后续曝光及刻蚀步骤；(2)简化了n面接触电极及n面主电极的制备流程：传统方式制备n面接触电极，首先要在n-GaAs接触层表面旋涂光刻胶、曝光、显影，以形成电极的图形，然后蒸镀金属电极，最后带胶剥离，形成如附图5、6所示的电极图形。但3D打印技术可以直接打印出附图5、6所示接触电极，无需旋涂光刻胶、曝光、显影、带胶剥离等流程；2、减少了制备流程中引入的杂质：(1)利用传统制备方法制备介质膜层时，需要经过涂胶、曝光、显影、湿法或干法刻蚀来形成导电孔，引入了光刻胶、显影液、腐蚀液，残留的光刻胶、显影液及腐蚀液不仅会影响器件的性能，还可能导致后续制备工艺的失败。3D打印介质膜层，可以在打印过程中直接留出导电孔，无需经过涂胶、曝光、显影、刻蚀流程，避免了光刻胶、显影液及腐蚀液等杂质的引入；(2)利用传统制备方法制备n面接触电极及n面主电极的过程中，首先要经过涂胶、曝光、显影形成电极图形，然后蒸镀或溅射形成金属电极薄膜，最后带胶剥离，剥去多余的金属薄膜，形成电极。在以上流程中，会引入光刻胶、显影液及丙酮等化学试剂，残留的化学试剂会增大后续制备工艺失败的概率。3D打印n面接触电极及n面主电极，可以直接形成电极图形，无需经过涂胶、曝光、显影及带胶剥离过程，避免了上述化学试剂的引入，提高了器件制备的良品率。附图说明图1为本专利技术的制备流程图。图2为反极性LED外延结构示意图。图3为反极性LED芯片结构示意图。图4为导电孔示意图。图5为N面接触电极示意图。图6为N面接触电极截面图。图7为N面主电极示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1：在GaAs衬底上生长反极性LED外延片结构；S2：利用3D打印技术在p‑GaP窗口层表面制备介质膜层，并留出导电孔；S3：利用3D打印技术在介质膜层上制备金属反射镜，介质膜层与金属反射镜构成ODR反射镜；S4：利用3D打印技术分别在ODR反射镜表面及Si基底上制备金属键合层；S5：将上述金属键合层相对并进行金属键合，使外延片与Si基底键合在一起；S6：利用机械研磨及选择性湿法刻蚀去除GaAs衬底及n‑GaAs缓冲层，露出n‑AlInP腐蚀停止层；S7：利用选择性湿法刻蚀去除n‑AlInP腐蚀停止层，露出n‑GaAs接触层；S8：利用3D打印技术在n‑GaAs接触层表面制备n面接触电极；S9：选择性刻蚀n‑GaAs接触层，留下n面接触电极，n面接触电极之外的区域刻蚀到n‑AlGaInP限制层；S10：在n‑AlGaInP限制层上3D打印ITO电流扩展层，同时形成粗化的ITO表面；S11：在ITO表面3D打印N面主电极；S12：干法刻蚀形成划片所需沟道，沟道深度直到p‑GaP窗口层；S13：将Si衬底研磨减薄至100um，抛光形成光滑的背面；S14：在Si衬底背面3D打印P面电极，留出划片所需沟道；S15：划片、裂片，完成芯片制备，所制备的芯片结构由上而下包括n面主电极、ITO电流扩展层、n面接触电极、n‑GaAs接触层、n‑AlGaInP限制层、量子阱有源层、p‑AlGaInP限制层、p‑GaP窗口层、介质膜层、金属反射镜、金属键合层、Si衬底、p面电极。...

【技术特征摘要】
1.一种基于3D打印的AlGaInP反极性发光二极管制备方法，其特征在于包括以下步骤：S1：在GaAs衬底上生长反极性LED外延片结构；S2：利用3D打印技术在p-GaP窗口层表面制备介质膜层，并留出导电孔；S3：利用3D打印技术在介质膜层上制备金属反射镜，介质膜层与金属反射镜构成ODR反射镜；S4：利用3D打印技术分别在ODR反射镜表面及Si基底上制备金属键合层；S5：将上述金属键合层相对并进行金属键合，使外延片与Si基底键合在一起；S6：利用机械研磨及选择性湿法刻蚀去除GaAs衬底及n-GaAs缓冲层，露出n-AlInP腐蚀停止层；S7：利用选择性湿法刻蚀去除n-AlInP腐蚀停止层，露出n-GaAs接触层；S8：利用3D打印技术在n-GaAs接触层表面制备n面接触电极；S9：选择性刻蚀n-GaAs接触层，留下n面接触电极，n面接触电极之外的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许并社，贾志刚，马淑芳，梁建，董海亮，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14