CN101950783A - 氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，包括以下工艺步骤：提供一衬底；形成过渡层于该衬底上；用光刻胶在过渡层上制备掩模图形；通过蚀刻，将光刻胶掩模的图形转移到过渡层上；清洗衬底，去除残留的光刻胶；形成N型氮化镓、发光区、P型氮化镓于衬底上并且介于各个过渡层之间；去除过渡层并形成导电层在P型氮化镓上；分别在导电层和N型氮化镓上制作P电极和N电极；经衬底研磨减薄，切割成多个发光二极管芯片。采用本发明制作LED芯片，可有效提升器件的发光效率，增加单片芯片的芯粒产量。
Description
技术领域
本发明涉及光电半导体芯片的制造方法，特别是一种氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺。
背景技术
发光二极管（英文为Light Emitting Diode，简称LED）是半导体二极管的一种，它能将电能转化为光能，发出黄、绿、蓝等各种颜色的可见光及红外和紫外不可见光。与小白炽灯泡及氖灯相比，它具有工作电压和电流低、可靠性高、寿命长且可方便调节发光亮度等优点；自20世纪90年代氮化镓（GaN）基LED开发成功以来，随着其工艺技术的不断进步，其发光亮度不断提高，其应用领域也越来越广。
已知的氮化镓基发光二极管芯片结构，如图1所示，该LED芯片结构包括：蓝宝石衬底11、N型氮化镓12、发光区13、P型氮化镓14、透明导电层15、P电极16及N电极17；常规的氮化镓基发光二极管芯片制作工艺为：提供蓝宝石衬底11；在蓝宝石衬底11依次生长N型氮化镓12、发光区13、P型氮化镓14；在P型氮化镓14上设置透明导电层15；在透明导电层15上制作P电极16；从P型氮化镓14的部分表面区域往下干蚀刻，以露出N型氮化镓12，然后在该露出的N型氮化镓12表面上制作N电极17；在蚀刻出需制作N电极17的区域时，同时也从P型氮化镓14的边缘往下干蚀刻，以形成切割道；最后从切割道将外延片切割成多个芯片。
目前制作氮化镓基发光二极管芯片，为了在外延片上制备出较小规格的LED芯粒，需要预先使用ICP蚀刻或激光划裂的方法将发光二极管芯粒的尺寸定义，而ICP蚀刻或激光划裂的方法往往会使氮化镓受到损伤，影响器件的发光效率，特别是在制作集成化芯粒的时候，由于单颗芯粒内又嵌套若干串联或并联的小芯粒，各小芯粒间切割道十分窄小并且分布比较复杂，无法用激光划裂的方法定义芯片尺寸，并且使用ICP蚀刻可能会造成切割道处氮化镓外延层残留，无法精确判断芯粒是否完全分割开，导致产品良率较低、生产耗材较大、生产成本较高。
发明内容
为解决上述问题，本发明旨在提供一种氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，用以改进传统LED芯片制作过程使用ICP蚀刻或激光划裂定义LED芯粒尺寸的方法，以避免ICP蚀刻或激光划裂对氮化镓材料的损伤，提高单片芯片材料的利用率，增加单片芯片的发光芯粒的产量，并且有效提高器件的发光效率。
为了达到上述目的，本发明提供一种氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其工艺步骤如下：
1) 提供一衬底；
2) 形成过渡层于该衬底上；
3) 用光刻胶在过渡层上制备掩模图形；
4) 通过蚀刻，将光刻胶掩模的图形转移到过渡层上；
5) 清洗衬底，去除残留的光刻胶；
6) 形成N型氮化镓、发光区、P型氮化镓于衬底上并且介于各个过渡层之间；
7) 去除过渡层并形成导电层在P型氮化镓上；
8) 分别在导电层和N型氮化镓上制作P电极和N电极；
9) 衬底经研磨减薄，将其切割成若干个发光二极管芯片。
上述的衬底材料选用蓝宝石或碳化硅。
上述的过渡层材料选用SiO2、Si3N4、TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5或前述的任意组合中择一。
上述的过渡层材料的去除顺序是在形成N型氮化镓、发光区、P型氮化镓之后完成的。
上述的过渡层的顶表面高于或者平齐于P型氮化镓的顶表面。
上述的导电层材料选用ITO、Ni/Au合金、Ni/ITO合金或前述的任意组合中择一。
与现有技术相比，本发明通过对传统LED芯片制作过程中使用ICP蚀刻或激光划裂定义LED芯粒尺寸的方法的改进，可避免ICP蚀刻或激光划裂对GaN材料的损伤，有效提升器件的发光效率，增加单片芯片的芯粒产量。
附图说明
图1是现有氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图。
图2～图7是本发明实施例制作氮化镓基高亮度发光二极管芯片流程的结构剖视图。
图8是本发明在衬底上并且介于过渡层之间依次形成N型氮化镓、发光区及P型氮化镓后的俯视图。
图中附图标识为：21.衬底；22.过渡层；23.光刻胶；24.N型氮化镓；25. 发光区；26.P型氮化镓；27.导电层；28.N电极；29.P电极。
具体实施方式
下面结合附图对本发明氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作过程进行详细说明：
如图2所示，首先在蓝宝石衬底21上形成SiO2过渡层22，并用光刻胶23在SiO2过渡层22上制备掩模图形。
如图3所示，通过蚀刻，将光刻胶23掩模的图形转移到图形化SiO2过渡层22上，清洗衬底，去除残留的光刻胶。
如图4所示，在蓝宝石衬底21上并且介于图形化SiO2过渡层22之间依次形成N型氮化镓24、发光区25、P型氮化镓26，其中图形化SiO2过渡层22的顶表面高于P型氮化镓26的顶表面。此时，如图8所示，图形化SiO2过渡层22分布在N型氮化镓24、发光区25及P型氮化镓26的四周，完成对芯片颗粒的规格尺寸设定。
如图5所示，形成ITO导电层27在P型氮化镓26上并去除图形化SiO2过渡层22；
如图6所示，在N型氮化镓24 上制作N电极28；在ITO导电层27上制作P电极29；
如图7所示，将蓝宝石衬底21研磨减薄，切割成若干个发光二极管芯片；至此完全本发明的制作过程。
依据上述工艺制作的氮化镓基高亮度LED芯片，其结构如图7所示，包括蓝宝石衬底21，N型氮化镓24形成于蓝宝石衬底21上，发光区25形成于N型氮化镓24上，P型氮化镓26形成于发光区25上，ITO导电层27形成于P型氮化镓26上，P电极29形成于ITO导电层27上，N电极28形成于N型氮化镓24上。
以上实施例仅供说明本发明之用，而非对本发明的限制，本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以作出各种变换或变化；因此，所有等同的技术方案均属本发明的保护范畴，由各权利要求限定。
Claims (6)
1. 氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其工艺步骤如下：
1) 提供一衬底；
2) 形成过渡层于该衬底上；
3) 用光刻胶在过渡层上制备掩模图形；
4) 通过蚀刻，将光刻胶掩模的图形转移到过渡层上；
5) 清洗衬底，去除残留的光刻胶；
6) 形成N型氮化镓、发光区、P型氮化镓于衬底上并且介于各个过渡层之间；
7) 去除过渡层并形成导电层在P型氮化镓上；
8) 分别在导电层和N型氮化镓上制作P电极和N电极；
9) 衬底经研磨减薄，将其切割成若干个发光二极管芯片。
2. 如权利要求1所述的氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其特征在于衬底材料选用蓝宝石或碳化硅。
3. 如权利要求1所述的氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其特征在于：过渡层材料选用SiO2、Si3N4、TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5或前述的任意组合中择一。
4. 如权利要求1所述的氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其特征在于过渡层材料的去除顺序是在形成N型氮化镓、发光区、P型氮化镓之后完成的。
5. 如权利要求1所述的氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其特征在于过渡层的顶表面高于或者平齐于P型氮化镓的顶表面。
6. 如权利要求1所述的氮化镓基高亮度发光二极管芯片的制作工艺，其特征在于导电层材料选用ITO、Ni/Au合金、Ni/ITO合金或前述的任意组合中择一。
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