CN104319326B - 一种发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管的制造方法，包括步骤：1）提供发光外延片，从下至上至少包括第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；2）制作整层电流阻挡层，光刻并腐蚀电流阻挡层，保留待镀P型电极下方的电流阻挡层，并去除光刻胶；3）制作整层电流扩展层；4）制作光刻并腐蚀电流扩展层，刻蚀出第一导电类型半导体层，并粗化电流阻挡层；5）光刻并制作P型电极和N型电极；6）使用钝化保护层涂覆器件表面，并通过光刻把电极上的钝化层刻蚀完成，从而完成器件制作，缩短制作周期，降低制造成本，提高发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管的制造方法，尤其涉及一种提高金属粘附性及降低成本的发光二极管的制造方法。
背景技术
由于GaN基材料具有高的辐射复合效率、连续可调的禁带宽度、高的电子迁移率以及稳定的化学性能而成为制作可见光发光二极管，尤其是短波长发光二极管的重要材料。近年来，随着外延生长技术的提高和芯片制造工艺水平的不断提升，目前GaN基发光二极管已经实现商业化。然而高制作成本仍然是制约GaN基发光二极管普遍应用的一个重要原因。
传统的GaN基发光二极管工艺制作流程为：首先，在蓝宝石基板上外延生长包括N-GaN层、有源层、P-GaN层等结构的GaN基发光外延层；第二，光刻并刻蚀出N型GaN台面，并去除光刻胶；第三，PECVD沉积整层SiO2电流阻挡层，光刻并腐蚀SiO2，保留P金属电极下方的电流阻挡层，并去除光刻胶；第四，蒸发或溅射整层电流阻挡层ITO，光刻并腐蚀ITO，保留P-GaN层上方的电流阻挡层，并去除光刻胶；第五，光刻并制作出P型金属接触电极和N型金属电极；第六，使用钝化层涂覆器件表面，从而完成器件制作。但是该传统工艺制程中普遍存在金属与介质层粘附性较差的问题，从而导致制造成本增加；另外，器件工艺制程有待进一步简化，从而缩短制作周期，降低成本，提高发光效率。
发明内容
为了解决上述金属与介质层粘附性差的问题，本发明旨在提出一种发光二极管的制造方法。本发明在提高金属与介质层粘附性的基础上，提升了器件成品率和缩短器件制作周期，并提升器件发光效率，从而降低了器件的制造成本。
本发明所述的一种发光二极管的制造方法包括以下步骤：
（1）提供一在基板上形成外延层的发光外延片，其外延层主要包括第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层，还可包括缓冲层、电子阻挡层等，材料可为氮化镓基半导体材料；
（2）制作整层电流阻挡层，光刻并腐蚀电流阻挡层，保留待镀P型电极下方的电流阻挡层，并去除光刻胶；
（3）制作整层电流阻挡层；
（4）制作光刻并腐蚀电流阻挡层，使得位于电流阻挡层上的电流扩展层以及位于部分第二导电类型半导体层上方的电流扩展层去除，在光刻的作用下，保护发光区的电流阻挡层不被刻蚀，同时利用刻蚀对外延层的选择比与对电流阻挡层选择比差异，在未保护的位置制作出第一导电类型半导体层，而电流阻挡层未完全被刻蚀掉，在所述刻蚀过程中，电流阻挡层的表面同时做粗化，利于增强电极粘附性；
（5）光刻并制作P型电极和N型电极；
（6）使用钝化保护层涂覆器件表面，并通过光刻把电极上的钝化层刻蚀完成，从而完成器件制作。
本发明利用电流扩展层和电流阻挡层作为刻蚀GaN材料的掩模层，与传统工艺相比，减少了一次光刻，同时增加了介质层，提升器件发光效率，同时介质层的表面粗糙度提高了金属的粘附性。按照上述方法，产品的成品率及发光效率提高，同时大幅降低制造成本。
本发明中第一导电类型半导体层的极性与第二导电类型半导体层相反，如第一导电类型半导体层为N-GaN层，则第二导电类型半导体层为P-GaN层；所述刻蚀速率对外延层和电流阻挡层选择比为2:1~5:1，更优选地为3:1；所述基板是蓝宝石、SiC、GaN、ZnO、Si中的一种或几种组合；所述电流扩展层是ITO、IZO、AZO、FTO其中之一；所述电流阻挡层是SiO2、SiNx、TiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、AlN绝缘或半绝缘层；所述刻蚀通过ICP、RIE、化学刻蚀、剥离或雷射烧结中的一种或其任意组合方式完成。
附图说明
图1至图7是本发明所述的GaN发光二极管制作过程的示意图。
附图中各部分说明如下：
11：蓝宝石基板；12：GaN基外延层；21：SiO2 层；31：ITO层；41：粗化后的SiO2 层；51：P型电极；52：N型电极；61：钝化保护层。
具体实施例
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图和实施例，对本发明进一步详细说明。
1）如图1所示，在蓝宝石基板11上利用金属有机物化学气相沉积技术依次沉积GaN基外延层12，其从下至上依次包括掺Si的N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱有源层、掺Mg的AlGaN层和掺Mg的P型GaN层，并在外延生长后进行Mg激活，以提高空穴浓度；
2）如图2所示，利用PECVD工艺，在300℃温度下沉积300 nm厚的 SiO2层21作为电流阻挡层，并光刻腐蚀去除部分SiO2层，留下后续待镀P型电极位置下方的SiO2层21；
3）如图3所示，利用电子束蒸发或溅镀工艺制作ITO层 31，作为电流扩展层；
4）如图4所示，利用光刻并进行湿法刻蚀，刻蚀掉位于SiO2层21上的 ITO层以及位于部分P型GaN层上的ITO层；
5）如图5所示，在光阻保护下，使用ICP对样品进行干法刻蚀，利用刻蚀速率对外延层的选择比与对电流阻挡层选择比差异，选择比范围为2:1~5:1，在本实施例优选3:1（其中外延层蚀刻速率约1200A/分钟，SiO2电流阻挡层蚀刻速率为300A/分钟），从而在未保护的位置制作出N型GaN层，而电流阻挡层未完全被刻蚀掉，在所述刻蚀过程中，SiO2层的表面同时做粗化，即形成粗化后的SiO2 层41，利于增强电极粘附性；
6）如图6所示，光刻并蒸发P型电极51和N型电极52，材质优选Cr/Au；
7）如图7所示，使用钝化保护层 61涂覆器件表面，并通过光刻把P、N型电极上的钝化保护层刻蚀完成，从而完成器件制作。
Claims (9)
1.一种发光二极管的制造方法，包括步骤：
（1）提供一在基板上形成外延层的发光外延片，其外延层从下至上至少包括第一导电类型半导体层、有源层以及第二导电类型半导体层；
（2）制作整层电流阻挡层，光刻并腐蚀电流阻挡层，保留待镀P型电极下方的电流阻挡层，并去除光刻胶；
（3）制作整层电流扩展层；
（4）光刻并腐蚀电流扩展层，使得位于电流阻挡层上的电流扩展层以及位于部分第二导电类型半导体层上方的电流扩展层去除，在光刻的作用下，保护发光区的电流扩展层不被刻蚀，同时利用刻蚀速率对外延层和电流阻挡层选择比差异，在未保护的位置制作出第一导电类型半导体层，而电流阻挡层未完全被刻蚀掉；
（5）光刻并制作P型电极和N型电极；
（6）使用钝化层涂覆器件表面，并通过光刻把电极上的钝化层刻蚀完成，从而完成器件制作。
2.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述刻蚀速率对外延层和电流阻挡层选择比为2:1~5:1。
3.如权利要求2所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述刻蚀速率对外延层和电流阻挡层选择比为3:1。
4.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤（4）中在刻蚀过程中，电流阻挡层的表面同时做粗化，利于增强电极粘附性。
5.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述基板为蓝宝石、SiC、GaN、ZnO、Si中的一种或几种组合。
6.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述第一导电类型半导体层为N-GaN层，第二导电类型半导体层为P-GaN层。
7.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述电流阻挡层为SiO2、SiNx、TiO2、Ta2O5、ZrO2、Nb2O5、AlN绝缘或半绝缘层中的一种或几种组合。
8.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：电流扩展层为ITO、IZO、AZO、FTO中的一种或几种组合。
9.如权利要求1所述的一种发光二极管的制造方法，其特征在于：所述刻蚀通过ICP、RIE、化学刻蚀、剥离或雷射烧结中的一种或其任意组合方式完成。
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