CN102790158B - 具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法 - Google Patents

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

具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法

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2300Å。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 Å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5175Å，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 Å 、500 Å 和10000Å。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5175Å。

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 Å 、500 Å 和10000Å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电极、N电极的光刻胶图形，再采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr、Pt和Au，剥离后形成金属P电极和金属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，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 Å 、500 Å 和10000Å。