CN102867837A

CN102867837A - 阵列式高压led器件的制作方法

Info

Publication number: CN102867837A
Application number: CN2012103401029A
Authority: CN
Inventors: 詹腾; 张杨; 李璟; 刘志强; 伊晓燕; 王国宏
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2012-09-13
Filing date: 2012-09-13
Publication date: 2013-01-09

Abstract

一种阵列式高压LED器件的制作方法，包括：在外延结构的P型氮化镓层上制作掩膜，选择性刻蚀外延结构，形成N型台阶结构；在外延结构的N型氮化镓层的表面制作掩膜，形成隔离的深槽；进行高温硫磷酸腐蚀；在刻蚀后的外延结构的表面沉积绝缘介质层；腐蚀掉深槽侧壁以外的绝缘介质层；在相邻的各N型台阶结构之间制作透明导电层；部分腐蚀掉最外侧的N型台阶结构上面的P型氮化镓层表面的透明导电层；在其上制作P金属电极和N金属电极。本发明可以减少电极吸光，增加芯片外延的侧面与底部出光面积，与后工艺相互配合，可以提高高压发光二极管芯片的发光效率。

Description

阵列式高压LED器件的制作方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指一种高光效的阵列式高压LED器件的制作方法。

背景技术

由于石油能源危机的到来，发展更高效率更省电的电子与照明设备越来越受到重视，在此趋势之下具有省电、环保(不含汞)无污染、寿命长、亮度高、反应快、体积小、高发光效率等优点的发光二极管(Light-Emitting Diode，LED)组件渐渐在照明产业中露出头角，应用范围遍及于日常生活中，例如仪器面板上的指示灯。

HV LED是在原DC LED芯片上分立出一定数量的微晶粒，然后将微晶粒通过金属电极互连，将这些微晶粒串联来提高整颗芯片的工作电压，故称之为高压(HV)LED。目前的DC LED产品在应用中存在一些弊端，如需要与变压器等原件一并使用，且寿命只有2万小时左右，而实际LED芯片的寿命却长达5-10万小时。与之相对，HV LED则无需额外的变压器，只需简短的驱动电路，不仅驱动成本降低，也避免了电路转换过程中能量的损失，因而成为当前具有市场前景的LED产品。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种阵列式高压LED器件的制作方法，该方法采用全透明导电材料进行微晶粒互连，并在深刻蚀之后采用高温酸洗处理，减少电极吸光，增加芯片外延的侧面与底部出光面积，与后工艺相互配合，可以提高高压发光二极管芯片的发光效率。

本发明提供一种一种阵列式高压LED器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：取外延结构，该外延结构包括衬底、N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层；

步骤2：采用光刻的方法，在外延结构的P型氮化镓层上制作掩膜，选择性刻蚀外延结构，刻蚀深度至N型氮化镓层的表面，在N型氮化镓层上形成N型台阶结构；

步骤3：采用光刻的方法，在暴露的外延结构的N型氮化镓层的表面制作掩膜，刻蚀暴露的部分N型氮化镓层，刻蚀深度至衬底的表面，形成隔离的深槽；

步骤4：将刻蚀后的外延结构进行高温硫磷酸腐蚀；

步骤5：在刻蚀后的外延结构的表面沉积绝缘介质层；

步骤6：采用光刻的方法，腐蚀掉深槽侧壁以外的绝缘介质层；

步骤7：在相邻的各N型台阶结构之间制作透明导电层，该透明导电层一端覆盖外延结构上的N型氮化镓层，另一端覆盖P型氮化镓层；

步骤8：采用光刻的方法，部分腐蚀掉最外侧的N型台阶结构上面的P型氮化镓层表面的透明导电层；

步骤9：在最外侧的N型台阶结构上面的P型氮化镓层的表面制作P金属电极；

步骤10：在另一最外侧的N型台阶结构上面的N型氮化镓层的表面制作N金属电极。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1为本发明的外延结构的1示意图；

图2为本发明的刻蚀出N型台阶后，再次深刻蚀，形成形成隔离微晶粒的示意图；

图3为本发明的高温酸洗，并沉积绝缘介质层30后，器件的结构示意图；

图4为本发明的沉积绝缘介质层30后，器件的结构示意图；

图5为本发明的制作完透明导电层30互联的器件示意图；

图6为本发明的制作完PN金属电极40、50的最终器件结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1-图6，一种阵列式高压LED器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤1：取外延结构1(参阅图1)，该外延结构1包括衬底10、N型氮化镓层11、有源层12和P型氮化镓层13，所述衬底10的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓，该衬底10为图形化衬底；

步骤2：运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、坚膜、显影，在外延结构1的P型氮化镓层13上制作掩膜(参阅图2)；运用刻蚀的方法，将没有掩膜保护的外延结构1选择性刻蚀，刻蚀深度至N型氮化镓层11的表面，刻蚀掉的材料包括P型氮化镓层13、有源层12和一部分N型氮化镓层11，在N型氮化镓层11上形成N型台阶结构100，所述刻蚀方法为感应耦合等离子体刻蚀；

步骤3：在外延层上沉积SiO₂，其中沉积SiO₂的方法为等离子体增强化学气相沉积(PECVD)，离子束沉积或电子束沉积(EB)，SiO₂的厚度为0-5000nm；采用光刻的方法，通过匀胶、前烘、曝光、坚膜、显影，在暴露的外延结构1的N型氮化镓层11的表面制作掩膜(参阅图3)，将未被光刻胶盖住的SiO₂腐蚀干净；刻蚀暴露的部分N型氮化镓层11，刻蚀深度至衬底10的表面，形成隔离深槽101，所述的掩膜为厚胶或二氧化硅与普通胶的双重掩膜；厚胶掩膜的厚度为8-20um，所述深槽101的深度为外延结构1上面的N型氮化镓层11、有源层12和P型氮化镓层13的厚度之和，深槽101的宽度在10-50um之间；

步骤4：将硫酸、磷酸进行混合配比，再将刻蚀后的外延结构1进行高温硫磷酸腐蚀，所述高温硫磷酸的腐蚀温度为150-350℃，硫磷酸溶液的体积的配比比例为1∶1-5∶1，腐蚀时间为0-60min；

步骤5：在刻蚀后的外延结构1的表面沉积绝缘介质层20(参阅图4)，所述绝缘介质层20为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺材料中的一种或任意多种组合，厚度为0.5μm-10μm，所述绝缘介质层20是采用等离子体增强化学气相沉积、溅射或旋涂烘焙的方法制备；

步骤6：运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、坚膜、显影，制作掩膜，腐蚀掉深槽侧壁以外的绝缘介质层20；其中腐蚀SiO₂层20的溶液有HF或BOE，并去除作为掩膜的光刻胶；

步骤7：在相邻的各N型台阶结构100之间制作透明导电层30(参阅图5)，所述透明导电层30的材料为氧化铟锡或氧化锌材料中的一种或及其组合，厚度为100nm-1μm，该透明导电层30一端覆盖外延结构1上的N型氮化镓层11，另一端覆盖P型氮化镓层13，所述透明导电层30中的氧化铟锡的制作方法为电子束蒸镀；

步骤8：运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、坚膜、显影，制作掩膜，部分腐蚀掉最外侧的N型台阶结构30上面的P型氮化镓层13表面的透明导电层30，在外延结构表面形成微晶粒之间的桥连，最后去除作为掩膜的光刻胶；

步骤9：在最外侧的N型台阶结构30上面的P型氮化镓层13的表面制作P金属电极40(参阅图6)，所述P金属电极40选自于包括Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr或任意组合；

步骤10：在另一最外侧的N型台阶结构30上面的N型氮化镓层11的表面制作N金属电极50(参阅图6)，所述N金属电极50选自于包括Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr或任意组合。

实施例

请参阅图1至图6所示，本发明提供一种高光效阵列式高压LED器件的制作方法包括：

步骤1：取外延结构1，该外延结构1包括衬底10、N型氮化镓层11、有源层12和P型氮化镓层13；

步骤2：运用光刻办法制作掩膜，ICP刻蚀外延结构至N型氮化镓层11，刻蚀深度为1.5μm，形成N型台阶；

步骤3：采用PECVD办法生长厚度为2um的SiO₂，运用光刻办法制作掩膜，腐蚀二氧化硅，采用ICP深刻蚀方法，将部分外延区域刻蚀至衬底10，形成隔离深槽；

步骤4：加热硫磷酸混合溶液至250℃，将外延材料进行高温硫磷酸腐蚀，腐蚀时间为5分钟；

步骤5：采用PECVD办法，在外延结构上沉积厚度为5um的SiO₂；

步骤6：运用光刻办法制作掩膜，腐蚀掉深槽侧壁以外的SiO₂；

步骤7：电子束蒸镀ITO透明导电层30，厚度为520nm；

步骤8：运用光刻办法制作掩膜，腐蚀透明导电材料30，在外延结构表面电流扩展层和各微晶粒间的桥连；

步骤9：电子束蒸镀P金属40和N金属电极50，成分依次是Cr/Pt/Au。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种阵列式高压LED器件的制作方法，包括以下步骤：

步骤4：将刻蚀后的外延结构进行高温硫磷酸腐蚀；

步骤5：在刻蚀后的外延结构的表面沉积绝缘介质层；

2.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中衬底的材料为蓝宝石、硅、碳化硅或氮化镓，该衬底为图形化衬底。

3.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中所述刻蚀方法为感应耦合等离子体刻蚀。

4.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中步骤3中的掩膜为厚胶或二氧化硅与普通胶的双重掩膜；厚胶掩膜的厚度为 8-20um。

5.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中深槽的深度为外延结构上面的N型氮化镓层、有源层和P型氮化镓层的厚度之和，深槽的宽度在10-50um之间。

6.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中高温硫磷酸的腐蚀温度为150-350℃，硫磷酸溶液的体积的配比比例为1∶1-5∶1。

7.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中绝缘介质层为二氧化硅、氮化硅或聚酰亚胺材料中的一种或任意多种组合，厚度为0.5μm-10μm。

8.根据权利要求7所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中绝缘介质层是采用等离子体增强化学气相沉积、溅射或旋涂烘焙的方法制备。

9.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中透明导电层的材料为氧化铟锡或氧化锌材料中的一种或及其组合，厚度为100nm-1μm。

10.根据权利要求8所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中透明导电层中的氧化铟锡的制作方法为电子束蒸镀。

11.根据权利要求1所述的阵列式高压LED器件的制作方法，其中P金属电极和N金属电极的材料相同，选自于包括Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr或任意组合。