CN102790158A - 具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法 - Google Patents
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Abstract
具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法,涉及LED芯片的生产技术领域,本发明的特点是:在ITO作为GaN基LED增透膜时,其膜厚应为d=(m+1)λ/4n,且制备出多周期ITO薄膜,所述各周期ITO网孔图形的直径分别为50~500nm,相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50~500nm。本发明可以进一步增大出光侧面积,进一步增加光的逃逸路径,使光的提取效率进一步增加。
Description
技术领域
本发明涉及光电器件,特别是LED芯片的生产技术领域。
背景技术
ITO作为GaN发光材料的增透膜,其膜厚应为d=mλ/4n(其中n=2是ITO折射率,λ=460nm是蓝光波长,m为4的整数倍)。当m=4时,单周期ITO薄膜在蓝光波长460nm处透过率最高,透过率高达95%以上,此时的ITO膜厚约为2300?。这个膜厚是目前LED芯片制备中广泛采用的方案。但此方案未考虑到GaN材料对于蓝光还有1/4波长的吸收,实际上光从量子阱中发射出来,要经过P型GaN才能到达ITO,GaN/ITO复合薄膜在460nm处的透过率下降到了75%,处于透过率曲线的波谷。ITO膜厚为2300 ?时,对于GaN基LED的光提取效果有限。
发明内容
本发明目的是提出一种具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法。
本发明包括以下步骤:
1)采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法,在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱发光层和P-GaN层,形成GaN外延片,所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属;
2)采用AZ4620光刻胶作为掩膜,对GaN外延片的一侧进行ICP(感应耦合等离子体)刻蚀,去除一侧的P-GaN层、量子阱以及部分N-GaN层,形成台面,该台面的刻蚀深度为700nm~1500nm;
3)在GaN外延片的上表面先使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜,再采用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出ITO网孔图形,所述各ITO网孔图形的直径分别为50~500nm,相邻的各ITO网孔图形之间的间距为50~500nm;然后再去除P-GaN 上的部分ITO薄膜和台面上的ITO薄膜,在P型台面上形成ITO透明电极;
4)在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上先选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极,再采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr、Pt和Au,剥离后形成P电极和N电极;
5)将半导体衬底减薄,划裂成单独芯片。
本发明的特点是:在ITO作为GaN基LED增透膜时,其膜厚应为d=(m+1)λ/4n(其中,n为ITO折射率,λ为蓝光波长,m为4的整数倍)。且制备出多周期ITO薄膜,所述各周期ITO网孔图形的直径分别为50~500nm,相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50~500nm。
本发明可以进一步增大出光侧面积,进一步增加光的逃逸路径,使光的提取效率进一步增加。
例如,当m=8时,双周期ITO膜在蓝光波长460nm处透过率最大,透过率仍为85%,此时的ITO膜厚约为5175?,方块电阻5Ω/□。
因此本发明通过制备双周期图形网孔ITO结构,使GaN基大功率LED器件的发光光功率提高20%。
另外,本发明在所述感应耦合等离子体刻蚀时,同时使用Cl2、BCl3和Ar2作为刻蚀气体,其中Cl2流量为30~100sccm, BCl3流量为5~20sccm,Ar2流量为5~25sccm;刻蚀功率为300~700W;射频功率为50~200W;刻蚀时间为3min~15 min。
本发明所述小王水由HCl和HNO3混合组成,HCl和HNO3混合的投料体积比为3︰1。
所述金属Cr、Pt和Au的蒸镀厚度为100 ? 、500 ? 和10000?。P、N电极金属的厚度较厚,便于封装芯片时打线测试。
附图说明
图1为本发明的产品结构示意图。
图2为本发明产品与普通GaN基LED芯片的电流-电压(I-V)特性对比图。
图3为本发明产品与普通GaN基LED芯片的光功率-电流(P-I)特性对比图。
具体实施方式
一、制作LED芯片:
步骤1:采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法,在以蓝宝石、硅、碳化硅或金属材料为半导体衬底1上依次生长1μm低温GaN缓冲层2、1μm不掺杂GaN层3、3μm N-GaN层4、150nm多量子阱发光层5和300nmP-GaN层6,形成GaN外延片。
步骤2:将GaN外延片进行光刻图形制备,选用AZ4620光刻胶作为掩膜,对GaN外延片的一侧进行ICP(感应耦合等离子体)刻蚀,去除一侧的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN, 形成台面41,该台面41的刻蚀深度700nm~1500nm。ICP(感应耦合等离子体)刻蚀,同时使用Cl2、BCl3和Ar2作为刻蚀气体,其中Cl2流量为30-100sccm,BCl3流量为5-20sccm,Ar2流量为5-25sccm;刻蚀功率为300-700W;射频功率为50-200W;刻蚀时间为3min-15 min。
步骤3:先在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜 7,厚度5175?。
再选用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出多周期ITO薄膜7,各周期ITO网孔图形的直径分别为50~500nm,相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50~500nm。然后,再去除P-GaN 6上的部分ITO薄膜和台面41上的ITO薄膜,在P型台面上形成ITO透明电极。
步骤4:在P-GaN层6、ITO层7和N-GaN层41上选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极,采用电子束蒸发法依次蒸镀厚度分别为100 ? 、500 ? 和10000?的金属Cr、Pt和Au,剥离后形成P电极8和N电极9。
步骤5:将半导体衬底1减薄至150um,划裂成单独芯片。
二、电流-电压(I-V)特性测试和光功率-电流(P-I)特性测试,以及对比效果:
分别将本发明产品与普通的GaN基LED芯片进行器件的I-V特性测试和P-I特性测试。
得到图2和图3所示,从图2可见:本发明产品与普通GaN基LED芯片的I-V特性曲线几乎重合,工作电压没有变化。从图3可见:本发明通过制备双周期图形网孔ITO结构,使GaN基大功率LED器件的发光光功率在350mA工作电流下比普通GaN基LED提高20%。
Claims (4)
1.具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法,包括以下步骤:
1)采用金属有机化学气相沉积的方法,在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱发光层和P-GaN层,形成GaN外延片,所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属;
2)采用AZ4620光刻胶作为掩膜,对GaN外延片的一侧进行感应耦合等离子体刻蚀,去除一侧的P-GaN层、量子阱以及部分N-GaN层,形成台面,该台面的刻蚀深度为700nm~1500nm;
3)在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜 ;再采用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出ITO网孔图形;然后再去除P-GaN 上的部分ITO薄膜和台面上的ITO薄膜,在P型台面上形成ITO透明电极;
4)在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上先选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极,再采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr、Pt和Au,剥离后形成P电极和N电极;
5)将半导体衬底减薄,划裂成单独芯片;
其特征在于:
ITO薄膜的蒸镀厚度d=(m+1)λ/4n;
上式中,n为ITO折射率,λ为蓝光波长,m为4的整数倍;
腐蚀出的ITO网孔图形为多周期ITO薄膜,所述各周期ITO网孔图形的直径分别为50~500nm,相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50~500nm。
2.根据权利要求1所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法,其特征在于:在所述感应耦合等离子体刻蚀时,同时使用Cl2、BCl3和Ar2作为刻蚀气体,其中Cl2流量为30~100sccm, BCl3流量为5~20sccm,Ar2流量为5~25sccm;刻蚀功率为300~700W;射频功率为50~200W;刻蚀时间为3min~15 min。
3.根据权利要求1所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法,其特征在于:所述小王水由HCl和HNO3混合组成,HCl和HNO3混合的投料体积比为3︰1。
4.根据权利要求1所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法,其特征在于:所述金属Cr、Pt和Au的蒸镀厚度为100 ? 、500 ? 和10000?。
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