对包括ALGAINP-LED的半导体晶圆进行激光处理以提高其光产生效率的方法与流程

对包括algainp-led的半导体晶圆进行激光处理以提高其光产生效率的方法
1.本技术要求于2019年5月31日提交的ep申请第ep 19177581.6号的优先权，其内容全部并入本文中。
2.本发明总体上涉及发光二极管芯片的制造领域。
3.更具体地，本发明涉及提高磷化铝镓铟led的光产生效率。
4.众所周知，磷化铝镓铟(algainp)led的光产生效率由于电子空穴对在led的台面(mesa)边缘处的非辐射复合而受到限制。对于非常小的algainp-led如用于高分辨率监视器和屏幕的algainp-led，这个问题尤其突出。实际上，随着algainp-led的尺寸减小，algainp-led的周长与表面的比率增加，这又增加了台面边缘处的非辐射复合的相对比例。
5.解决此问题的一种已知方法是将锌扩散到led的台面边缘中。这种锌扩散导致所谓的量子阱混合，这意味着led的台面边缘中的光学活性材料的带隙增加。这又意味着更少的电子空穴对可以到达台面边缘。因此，电子空穴对被限制于led的中心，并且电子空穴对可以光学地复合以产生光。
6.然而，扩散锌的缺点是led中心的非辐射效应增加。
7.因此，需要提高小型algainp-led的光产生效率的不同方法。
8.根据本公开内容，通过如下方法解决了该问题，该方法是对包括一组磷化铝镓铟发光二极管或algainp-led的半导体晶圆进行处理以提高algainp-led的光产生效率的方法，其中，每个algainp-led包括夹在两个外层之间的用于光产生的核心有源层，所述核心有源层具有中心光产生区域和围绕中心光产生区域的外围边缘，所述方法包括以下步骤：利用激光束处理每个algainp-led的核心有源层的外围边缘，从而将每个外围边缘中的最小带隙增加到以下这样的程度：在algainp-led的后续操作期间，电子空穴复合基本上被限制于中心光产生区域。
9.通过用激光束处理algainp-led的核心有源层的外围边缘，有效抑制了led边缘处的非辐射电子空穴复合。这提高了led的光产生效率。
10.根据一个实施方式，激光束处理可以涉及根据预定义模式用激光束扫描晶圆。
11.激光束的光子能量可以高于核心有源层的最小带隙并低于两个外层的带隙，使得在激光束处理期间，激光束能量主要被转移至核心有源层的外围边缘。
12.每个algainp-led可以是红光led。
13.激光束的波长尤其可以在550nm至640nm的范围内。
14.激光束可以具有高斯形状/分布。
15.激光束可以由脉冲激光产生。
16.在激光束处理之前，可以将晶圆加热至背景温度，以降低激光束处理的功率需求。
17.激光束功率密度可以在0.1mj/mm2和100mj/mm2之间，优选地在1mj/mm2和10mj/mm2之间。
18.在激光束处理之后，可以蚀刻晶圆，从而针对每个algainp-led获得芯片预制件，其中优选地，在蚀刻之后，例如通过激光切割将晶圆划片成单独的algainp-led芯片。
19.激光束处理的持续时间可以在1s和10min之间，优选地在10s和2min之间。
20.现在将参考附图详细描述本公开内容，在附图中：
21.图1是在经受本公开内容的方法之前的半导体晶圆的示意图；
22.图2是作为图1的晶圆的一部分的一个algainp-led的根据图1的箭头ii的截面视图；
23.图3是如下流程图，该流程图示出了从图1所示的晶圆开始获得单独的algainp-led芯片的步骤并且涉及本公开内容的处理；以及
24.图4示出了本公开内容的方法对algainp-led的核心有源层的外围边缘的带隙形状的影响。
25.参照图1，示出了半导体晶圆10，半导体晶圆10包括一组磷化铝镓铟发光二极管(algainp-led)12。在图1的示例中，有二十个led 12被布置在晶圆10中。每个led是pn结，其已经根据众所周知的方法在晶圆10中形成。
26.图2是led 12中的一个的截面。每个led 12包括夹在两个外层16和18之间的用于光产生的核心有源层14。核心有源层14具有中心光产生区域20。该区域20由有点的区域标识。中心光产生区域20被外围边缘22包围。
27.参照图4的左侧部分，现在将描述图2中所示的led 12的带隙结构。图4中的带隙图示出了带隙随着led 12的深度t(参见图2)的变化。led 12的上外层16是p掺杂层。该p型掺杂层16的带隙形状是p斜坡24，之后是p缩进(setback)26。p缩进26的带隙由bg1表示。有源层14的带隙形状是沿深度t由势垒b分隔的一系列量子阱q。在图4所示的示例中，有源层14具有由一个势垒b分隔的两个量子阱q。量子阱q限定比带隙bg1更小的带隙bg2。量子阱q的带隙是核心有源层14的最小带隙。下外层18具有与上外层16的带隙形状相当的具有缩进28和斜坡30的带隙形状。然而，下外层18是n型掺杂的。
28.现在转到图3，如下从晶圆10获得具有提高的光产生效率的单独的led芯片38：
29.在第一步骤a)中，利用激光束l处理晶圆10的阴影区z，如位于流程图的第一箭头100右侧的小处理图所示。激光束处理涉及根据预定义模式扫描晶圆10。更准确地说，激光束l扫描晶圆10的未被led 12占据的表面，除此之外，激光束l还扫描led 12的核心有源层14的外围边缘22。不同的扫描模式是可能的，只要所述模式涉及led 12的核心有源层14的外围边缘22的扫描。
30.激光束l的光子能量高于核心有源层14的最小带隙bg2并且低于两个外层16和18的带隙bg1。因此，在激光束处理期间，激光束能量主要被转移至核心有源层的外围边缘22。
31.如图4中的箭头e示出的，激光束的波长被特别地选择为使得仅量子阱q、势垒带、缩进26、28被光学地激发。例如，激光束的波长可以被选择为550nm至640nm的范围内的任何值。
32.此外，激光束的形状或分布可以特别地对应于高斯分布。
33.激光束可以是脉冲激光，例如纳秒、皮秒或飞秒激光。激光束的功率密度可以在0.1mj/mm2和100mj/mm2之间，优选地在1mj/mm2和10mj/mm2之间。晶圆的激光束处理的总持续时间可以在1秒和10分钟之间，优选地在10秒和2分钟之间。
34.激光束处理对带隙结构的影响在图4右侧示出。显然，通过局部加热处理区域，激光束l有效地破坏量子阱q。因此，在激光束处理之后，外围边缘22不再具有任何核心有源层
14。激光束处理导致量子阱材料与势垒材料的混合(所谓的量子阱混合)，这增加了带隙。
35.在激光束处理100之后，半导体晶圆10可以被蚀刻(所谓的“台面蚀刻”)，从而针对每个led 12获得芯片预制件32。蚀刻步骤102由图3中的字母b)标识。晶圆10的蚀刻部分由交叉影线图案y突出显示。每个芯片预制件32具有中心区34和外围边界36。外围边界36已经被激光处理，因此没有任何核心有源层14。与之相反，中心区34仍然具有核心有源层14。
36.如图3的步骤104所示，为了获得单独的led芯片38，例如通过激光切割来对晶圆10进行划片。
37.可选地，激光处理步骤100之前可以是以下步骤：将半导体晶圆10加热至背景温度以降低激光束处理的功率需求。
38.由于本公开内容的激光束处理，在led芯片38的操作期间，电子空穴复合基本上被限制于中心光产生区域20。这是因为外围边缘22中的带隙增大，这防止电子空穴对进入外围边缘22。
39.本公开内容的激光处理方法对于例如被用作高分辨率监视器和显示器的一部分的非常小的红色led尤其有用。
40.附图标记列表
41.10
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半导体晶圆
42.12
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发光二极管(led)
43.14
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核心有源层
44.16
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外层
45.18
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外层
46.20
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中心光产生区域
47.22
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外围边缘
48.24
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p斜坡
49.26
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p缩进
50.28
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缩进
51.30
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斜坡
52.32
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芯片预制件
53.34
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中心区
54.36
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外围边界
55.38
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led芯片
56.100
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激光束处理步骤
57.102
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蚀刻步骤
58.104
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划片步骤
59.b
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势垒
60.bg1
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带隙
61.bg2
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带隙
62.e
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光学激发
63.l
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激光束
64.q
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量子阱
65.t
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深度
66.y
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交叉影线图案
67.z
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阴影区