CN103872192A - 一种led芯片制作方法 - Google Patents

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刘慰华
陈伟
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    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0095—Post-treatment of devices, e.g. annealing, recrystallisation or short-circuit elimination

Abstract

本发明公开了一种LED芯片制作方法，所述方法包括以下步骤：S1、提供一衬底，依次在衬底上生长N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层，形成LED外延结构；S2、对LED外延结构在700～900℃温度下进行高温退火；S3、在退火后的LED外延结构上生长接触层；S4、在接触层和P型半导体层上分别制作P电极和N电极。本发明通过在P型半导体层和接触层中间引入一步炉内高温退火的步骤，可以有效的降低LED芯片的电压，同时获得较高的P-GaN活化效率，提高芯片的亮度。

Description

一种LED芯片制作方法
技术领域
本发明涉及半导体发光器件技术领域，特别是涉及一种LED芯片制作方法。
背景技术
发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
传统的外延结构中使用的p型化杂质，在掺杂过程中会和H原子结合被钝化在一起形成一种非活性的络合物以及缺陷的存在，得到的都是p型的高阻材料。这时候都需要进行退火处理来使得Mg-H键断裂，来激活已经失去活性的Mg，得到有效的p型薄膜材料。
现有技术一般是通过炉外低温退火或者高温退火来得到断开Mg-H键，获得活性较高的低阻抗的p型薄膜，一般的退火温度有：小于等于350℃、500℃、900℃、1000℃以上几种，退火时间有1～3h、10～30min、10～30s，不同的温度和时间的退火对金属和GaN接触会产生完全不同的影响。有些可以提高薄膜的晶体质量和材料光电性能，降低GaN和金属的比接触电阻，有些则会使得效果完全不同。
典型的退火分为高温退火和低温退火，最早采用炉外退火的温度在500～600℃之间，时间在10～30min，之后采用的退火工艺温度约在650～700℃之间，时间在10～20min，这都比较浪费时间，同时出现的问题有，对p-GaN的活化不够，空穴浓度不够，导致芯片亮度较低；而高温炉外退火（700～900℃）对p-GaN的活化要比低温退火（<700℃）好，但是高温退火可能会破坏接触层的InGaN结构，使得做出来的芯片ITO工艺后电压较高。
因此，针对上述技术问题，有必要提供一种新的LED芯片制作方法。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED芯片制作方法，有效达到降低电压、提高亮度的作用。
为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：
一种LED芯片制作方法，所述方法包括以下步骤：
S1、提供一衬底，依次在衬底上生长N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层，形成LED外延结构；
S2、对LED外延结构在700～900℃温度下进行高温退火；
S3、在退火后的LED外延结构上生长接触层；
S4、在接触层和P型半导体层上分别制作P电极和N电极。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S1中还包括：
在衬底上生长缓冲层。
作为本发明的进一步改进，所述N型半导体层为N-GaN层，P型半导体层为P-GaN层，多量子阱发光层为GaN发光层或InGaN发光层。
作为本发明的进一步改进，所述衬底材料为蓝宝石、Si、SiC、GaN、或ZnO。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中退火条件为：
温度700～900℃，反应室压力200～300torr，反应气体氛围:氮气50～100L/min、氨气30～70L/min。
作为本发明的进一步改进，所述步骤S2中退火时间小于或等于10min。
作为本发明的进一步改进，所述接触层为InGaN接触层。
作为本发明的进一步改进，所述InGaN接触层的生长条件为：
三乙基镓100～200sccm，三甲基铟300～500sccm，硅烷浓度35～45ppm，生长温度650～720℃，马达转速500～700rpm。
本发明具有以下有益效果：
本发明LED芯片制作方法通过在P型半导体层和接触层中间引入一步炉内高温退火的步骤，可以有效的降低LED芯片的电压，同时获得较高的P-GaN活化效率，提高芯片的亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明LED芯片制作方法的工艺流程图；
图2a、2b、2c为本发明一具体实施例中LED芯片制作方法的流程示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
参图1所示，本发明的一种LED芯片制作方法包括以下步骤：
S1、提供一衬底，依次在衬底上生长N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层，形成LED外延结构；
S2、对LED外延结构在700～900℃温度下进行高温退火；
S3、在退火后的LED外延结构上生长接触层；
S4、在接触层和P型半导体层上分别制作P电极和N电极。
以下结合具体实施例对本发明作进一步说明。
S1、提供一衬底，依次在衬底上生长N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层，形成LED外延片。
参图2a所示，提供一衬底10，衬底10可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等衬底，在MOVCD外延炉内依次在衬底上生长N型半导体层30、多量子阱发光层40和P型半导体层50，形成LED外延结构。本实施例中，N型半导体层30为N-GaN层，P型半导体层50为P-GaN层，多量子阱发光层40为GaN发光层或InGaN发光层。
由于衬底10与N型半导体层30失配非常大，因此，优选地在衬底表面先生长一层缓冲层20。
具体工艺如下：
（1）抽真空：在开始外延生长之前，MOVCD外延炉要进行抽真空，可使外延生长均匀、单一。
（2）通气：MOVCD外延炉抽真空后，向其反应室中通入氢气和氮气。
（3）压力温度控制：然后MOVCD外延炉开始加热升温，温度至500℃左右开始通入一定量的NH3，通常MOCVD外延炉的反应室压力为100-400Torr，衬底温度为500～1200℃。
（4）外延生长
①.生长缓冲层：在一定温度（550℃）及压力下，通入高流速的氢气和氮气的混合气体，用N2保护、H2作载体，使三甲基镓（TMGa）、三乙基镓（TEGa）和氨气反应生成GaN层，GaN缓冲层便在蓝宝石衬底片上生长，生长时间约30min。
②.生长N-GaN层：在GaN缓冲层表面生长一层约2μm厚的N型GaN，此层主要为有源层，提供辐射复合电子。炉温1030℃左右，用N2保护、H2作载体，使三甲基镓、氨气、硅烷（用于掺杂）反应生成GaN的N电极层，生长时间约60min。
③.生长多量子阱发光层：生长有源区(MQW)，是主要的发光层，光强和波长主要由此层决定。炉温降低至750℃，用N2保护、H2作载体，使三甲基镓、三甲基铟、氨气反应生成InGaN层，生长时间约4.5h。
④.生长P-GaN层：生长一层P型GaN，为有源区提供空穴。炉温稍降至950℃，用N2保护、H2作载体，使三甲基镓、二茂镁（用于掺杂）、氨气反应生成GaN的P电极层，厚度约200nm，生长时间约0.6h。
整个MOCVD反应过程在富N2的环境下进行，保证金属有机源完全反应。
S2、对LED外延片在700～900℃温度下进行高温退火。
退火条件为：
MOVCD外延炉内温度700～900℃，反应室压力200～300torr，反应气体氛围:氮气50～100L/min、氨气30～70L/min，退火时间小于或等于10min，退火过程中不通任何反应的MO源。
S3、在退火后的LED外延结构上生长接触层。
参图2b所示，接触层60为InGaN接触层，InGaN接触层的生长条件为：
三乙基镓(TEGa)100～200sccm，三甲基铟(TMIn)300～500sccm，硅烷浓度35～45ppm，生长温度650～720℃，马达转速500～700rpm。
高温退火在实现炉内高温对p型活化的同时，不破坏接触层的InGaN结构，能够达到降低电压、提高亮度的作用。
S4、在接触层和P型半导体层上分别制作P电极和N电极。
参图2c所示，在生长完接触层60后，按正常芯片工艺制作P电极71和N电极72，最后得到LED芯片。
具体地，将生长完的GaN外延片制作成一定尺寸的芯片进行光电性能测试，与之前在生长完接触层后进行低温或高温退火的外延片制作的相同的芯片进行比较，采用本发明制作得到的LED芯片(9*26mil芯片)电压从2.99V降低到2.98V，而亮度从27mw提升到27.3mw。可以发现本发明的LED芯片制作方法能够达到降低电压、提高亮度的作用。
由以上技术方案可以看出，本发明LED芯片制作方法通过在P型半导体层和接触层中间引入一步炉内高温退火的步骤，可以有效的降低LED芯片的电压，同时获得较高的P-GaN活化效率，提高芯片的亮度。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (8)

1.一种LED芯片制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S1、提供一衬底，依次在衬底上生长N型半导体层、多量子阱发光层和P型半导体层，形成LED外延结构；
S2、对LED外延结构在700～900℃温度下进行高温退火；
S3、在退火后的LED外延结构上生长接触层；
S4、在接触层和P型半导体层上分别制作P电极和N电极。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S1中还包括：在衬底上生长缓冲层。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述N型半导体层为N-GaN层，P型半导体层为P-GaN层，多量子阱发光层为GaN发光层或InGaN发光层。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述衬底材料为蓝宝石、Si、SiC、GaN、或ZnO。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中退火条件为：
温度700～900℃，反应室压力200～300torr，反应气体氛围:氮气50～100L/min、氨气30～70L/min。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2中退火时间小于或等于10min。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接触层为InGaN接触层。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述InGaN接触层的生长条件为：
三乙基镓100～200sccm，三甲基铟300～500sccm，硅烷浓度35～45ppm，生长温度650～720℃，马达转速500～700rpm。
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