CN104300057A - 一种高亮度GaN发光二极管器件的制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种高亮度GaN发光二极管器件的制作方法，该发明在P型氮化镓上制备电流阻挡层的同时制备了金属反射镜材料体系，从而在减少电极下方电流集中注入的现象同时，还可以使入射到电极体系上的部分光线反射回发光二级管内部。取外延结构；运用光刻办法，在外延结构的P型氮化镓上制作光刻胶掩膜形成N型台阶；采用蒸镀或溅射方法制作金属反射层，将电极位置以外的金属层剥离掉，形成金属反射层；运用等离子体增强化学气相沉积方法，在金属反射层上形成电流阻挡层；采用腐蚀液将没有光刻胶掩膜部分的透明导电薄膜去除后形成透明导电薄膜；蒸镀或溅射方法制作金属层形成金属电极；在外延片表面制作一层薄膜材料。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及到一种高亮度GaN发光二极管器件的工艺制作方法。
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。
在我们制备高亮度发光二极管器件的时候，更加关注如何能够提高发光二极管的发光效率，对于目前的工艺来说，内量子效率可以达到接近80％，而发光二极管的外量子效率却只有40％左右，其原因就是提取效率偏低，导致提取效率低的两个重要原因是：1、由于P-GaN的电流扩散比较差，导致大部分电流集中在金属电极下，从而很多产生的光也集中在金属电极下；2、金属电极体系会产生严重的吸光现象，导致很多光无法射出而被电极体系直接吸收。对于第一种情况，目前产业内的应对方法是在金属电极下方增加一层氧化层作为电流阻挡层，起到隔绝电流作用，将大部分电极下方的垂直电流强制转化为横向扩展电流。对于后者有人采用具有高反射率的金属材料，如Ag、Al做电极材料从而增加电极的反射率，使更多入射到电极体系的光线被反射回发光二极管内部。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种高亮度GaN发光二极管器件的工艺制作方法，该发明在P型氮化镓上制备电流阻挡层的同时制备了金属反射镜材料体系，从而在减少电极下方电流集中注入的现象同时，还可以使入射到电极体系上的部分光线反射回发光二级管内部。
本发明采用的技术方案为一种高亮度GaN发光二极管器件的制作方法，
步骤1：取外延结构1，该外延结构1包括蓝宝石衬底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，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，在外延结构的P型氮化镓13上制作光刻胶掩膜；运用ICP刻蚀的方法将没有光刻胶掩膜部分的P型氮化镓层13、有源层12和一部分N型氮化镓层11刻蚀掉，然后将光刻胶掩膜清洗干净，最后形成N型台阶；
步骤3：采用蒸镀或溅射方法制作金属反射层14，金属层为Ni/Ag/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或其他含有Ag或Al的金属体系，采用lift-off工艺，将电极位置以外的金属层14剥离掉，形成金属反射层14；
步骤4：运用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，在整个外延层上沉积SiO2、SiN或SiON；运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜在SiO2、SiN或SiON上制作光刻胶掩膜；运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、SiN或SiON，在金属反射层14上形成电流阻挡层15；
步骤5：采用电子束蒸镀、溅射或其他方式在外延层表面制备一层透明导电薄膜，透明导电薄膜可以是ITO或是石墨烯，然后运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，制作掩膜，再采用腐蚀液将没有光刻胶掩膜部分的透明导电薄膜去除后形成透明导电薄膜16；
步骤6：采用蒸镀或溅射方法制作金属层17，金属层为Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr、Ag或其中的几种组合，采用lift-off工艺，将电极位置以外的金属层剥离掉，形成金属电极18；
步骤7：在外延片表面制作一层薄膜材料17，薄膜材料17可以用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积SiO2、SiN或SiON；
步骤8：如果薄膜材料15为光刻胶，运用光刻办法，通过匀前烘、曝光、显影、坚膜形成光刻胶掩膜，运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、SiN和SiON，然后将光刻胶掩膜清洗干净。
本发明中的工艺制作方法具有提取效率高、制作方法简单等特点，经此方法制作出的发光二极管亮度可以提高3-5％。
附图说明
图1为本发明的高亮度GaN发光二级管芯片外延结构的示意图；
图2为本发明的高亮度GaN发光二级管芯片经过刻蚀后的结构示意图；
图3为本发明的高亮度GaN发光二级管芯片制作完成后的结构示意图；
图4为本发明的高亮度GaN发光二级管芯片电流扩展和光反射示意图；
图中：1、外延结构，10、蓝宝石衬底，11、N型氮化镓层，12有源层，13、P型氮化镓层，14、金属反射层，15、电流阻挡层，16、透明导电薄膜，17、金属层。
具体实施方式
本发明关键是在在P型氮化镓上制备电流阻挡层的同时制备了金属反射镜材料体系，从而在减少电极下方电流集中注入的现象同时，还可以使入射到电极体系上的部分光线反射回发光二级管内部。
本发明提供一种高亮度GaN发光二极管器件的制作方法包括：
步骤1：取外延结构1，该外延结构1包括蓝宝石衬底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，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，在外延结构的P型氮化镓13上制作光刻胶掩膜；运用ICP刻蚀的方法将没有光刻胶掩膜部分的P型氮化镓层13、有源层12和一部分N型氮化镓层11刻蚀掉，然后将光刻胶掩膜清洗干净，最后形成N型台阶；
步骤3：采用蒸镀或溅射方法制作金属反射层14，金属层为Ni/Ag/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或其他含有Ag或Al的金属体系，采用lift-off工艺，将电极位置以外的金属层14剥离掉，形成金属反射层14；
步骤4：运用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法，在整个外延层上沉积SiO2、SiN或SiON；运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜在SiO2、SiN或SiON上制作光刻胶掩膜；运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、SiN或SiON，在金属反射层14上形成电流阻挡层15；
步骤5：采用电子束蒸镀、溅射或其他方式在外延层表面制备一层透明导电薄膜，透明导电薄膜可以是ITO或是石墨烯，然后运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，制作掩膜，再采用腐蚀液将没有光刻胶掩膜部分的透明导电薄膜去除后形成透明导电薄膜16；
步骤6：采用蒸镀或溅射方法制作金属层17，金属层为Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr、Ag或其中的几种组合，采用lift-off工艺，将电极位置以外的金属层剥离掉，形成金属电极18；
步骤7：在外延片表面制作一层薄膜材料17，薄膜材料17可以用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)方法沉积SiO2、SiN或SiON；
步骤8：如果薄膜材料15为光刻胶，运用光刻办法，通过匀前烘、曝光、显影、坚膜形成光刻胶掩膜，运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、SiN和SiON，然后将光刻胶掩膜清洗干净。
实施例
请参阅图1至图4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1.2μm，形成N型台阶；
步骤3：电子束蒸镀金属层Ni/Ag，厚度为5nm/300nm
步骤4：采用PECVD办法生长厚度为100nm的SiO2，运用光刻办法制作掩膜，然后腐蚀二氧化硅，形成电流阻挡层；
步骤5采用电子束蒸镀一层ITO薄膜，厚度为320nm，然后采用光刻制作掩膜将没有掩膜部分的ITO腐蚀掉；
步骤6：电子束蒸镀金属电极Cr/Au，厚度为30nm/1500nm，通过lift-off工艺将电极位置以外的金属层剥离掉，形成最终金属电极；
步骤7：采用PECVD办法，在外延结构上沉积140nm的SiO2，并采用光刻掩膜的办法将没有掩膜部分的SiO2用BOE腐蚀掉，形成最终器件。
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)
1.一种高亮度GaN发光二极管器件的制作方法，其特征在于：该发明在P型氮化镓上制备电流阻挡层的同时制备了金属反射镜材料体系；
该方法的实施过程如下，
步骤1：取外延结构(1)，该外延结构(1)包括蓝宝石衬底(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，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，在外延结构的P型氮化镓(13)上制作光刻胶掩膜；运用ICP刻蚀的方法将没有光刻胶掩膜部分的P型氮化镓层(13)、有源层(12)和一部分N型氮化镓层(11)刻蚀掉，然后将光刻胶掩膜清洗干净，最后形成N型台阶；
步骤3：采用蒸镀或溅射方法制作金属反射层(14)，金属层为Ni/Ag/Pt/Au或Ti/Al/Ti/Au或其他含有Ag或Al的金属体系，采用lift-off工艺，将电极位置以外的金属层(14)剥离掉，形成金属反射层(14)；
步骤4：运用等离子体增强化学气相沉积方法，在整个外延层上沉积SiO2、SiN或SiON；运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜在SiO2、SiN或SiON上制作光刻胶掩膜；运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、SiN或SiON，在金属反射层(14)上形成电流阻挡层(15)；
步骤5：采用电子束蒸镀、溅射或其他方式在外延层表面制备一层透明导电薄膜，透明导电薄膜可以是ITO或是石墨烯，然后运用光刻办法，通过匀胶、前烘、曝光、显影、坚膜，制作掩膜，再采用腐蚀液将没有光刻胶掩膜部分的透明导电薄膜去除后形成透明导电薄膜(16)；
步骤6：采用蒸镀或溅射方法制作金属层(17)，金属层为Ti、Au、Pt、Al、Ni、Cr、Ag或其中的几种组合，采用lift-off工艺，将电极位置以外的金属层剥离掉，形成金属电极(18)；
步骤7：在外延片表面制作一层薄膜材料(17)，薄膜材料(17)可以用等离子体增强化学气相沉积方法沉积SiO2、SiN或SiON；
步骤8：如果薄膜材料(15)为光刻胶，运用光刻办法，通过匀前烘、曝光、显影、坚膜形成光刻胶掩膜，运用HF或BOE溶液腐蚀掉没有光刻胶掩膜部分的SiO2、SiN和SiON，然后将光刻胶掩膜清洗干净。
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Effective date of registration: 20160627 Address after: 225500 Taizhou science and Technology Industrial Park, Jiangyan District, Jiangsu (east side of the South) Applicant after: BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY Address before: 100124 Chaoyang District, Beijing Ping Park, No. 100 Applicant before: Beijing University of Technology |
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| CB02 | Change of applicant information | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Address after: 225500 Taizhou science and Technology Industrial Park, Jiangyan District, Jiangsu (east side of the South) Applicant after: China Semiconductor Technology Co., Ltd. Address before: 225500 Taizhou science and Technology Industrial Park, Jiangyan District, Jiangsu (east side of the South) Applicant before: BEIJING UNIVERSITY OF TECHNOLOGY |
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20150121 |