CN104733573B - 高压发光二极管及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高压发光二极管及其制作方法，高压发光二极管是对基板进行处理得到的，所述基板包括衬底，位于所述衬底之上的缓冲层，位于所述缓冲层之上的N型GaN层，位于所述N型GaN层之上的发光层以及位于所述发光层之上的P型GaN层，方法：对所述基板蒸镀透明导电层；利用MESA方法光刻出N型电极区域、切割道及隔离槽的图形；进行隔离槽刻蚀；制作隔离层；制作金属电极和桥接金属；以及制作钝化保护层。本申请的高压发光二极管及其制作方法简化高压发光二极管制作流程；提升了高压发光二极管的良率和产线直通率；增加了高压发光二极管的可靠性和寿命；提升了高压发光二极管的光效。
Description
技术领域
本申请涉及高压发光二极管芯片制造技术，更具体地，涉及一种高压发光二极管及其制作方法。
背景技术
发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)是一种将电能转化为光能的半导体电子器件。当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，正在被迅速广泛地得到应用。如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等。尤其是在照明领域，大功率芯片是未来LED发展的趋势。
在半导体照明领域，如何突破现有技术进一步简化发光二极管的外围电路设计，简化制作工艺，是本领域技术人员亟待解决的技术课题，于是高压LED应运而生。高压LED的优势在于通过制作工艺的努力使得封装段的外围电路设计在芯片段完成。由于芯片车间都是高洁净室内，环境远比封装车间要可靠，因此生产出的高压LED质量也更好。但高压LED仍存在一些问题需要我们去克服。例如，高压LED存在稳定性差、良率低、一致性差等问题。在高压LED的制作过程中，高压LED的小芯粒之间的绝缘隔离和电极桥接绝是最为关键的制作技术，如何做好这两项将直接决定高压LED的质量。
有鉴于此，本发明提出一种新的高压LED及其制作方法以解决上述问题。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种高压发光二极管及其制作方法，以解决上述问题。
本发明公开了一种高压发光二极管制作方法，所述高压发光二极管是对基板进行处理得到的，所述基板包括衬底，位于所述衬底之上的缓冲层，位于所述缓冲层之上的N型GaN层，位于所述N型GaN层之上的发光层以及位于所述发光层之上的P型GaN层，其特征在于，所述方法包括：
对所述基板蒸镀透明导电层；
利用MESA方法光刻出N型电极区域、切割道及隔离槽的图形；
进行隔离槽刻蚀；
制作隔离层；
制作金属电极和桥接金属；以及
制作钝化保护层。
优选地，其中，先通过蒸镀或溅射方式对所述基板镀上ITO或AZO材质的所述透明导电层，再通过MESA(平台)刻蚀方法在蒸镀所述透明导电层之后的所述基板上黄光光刻出所述N型电极区域、所述切割道及所述隔离槽的图形。
优选地，其中，通过ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着所述隔离槽的图形进行刻蚀至所述基板的所述N-GaN层，再去除光刻胶。
优选地，其中，用ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着所述隔离槽的图形分步进行刻蚀至所述基板的所述衬底，形成所述隔离槽。
优选地，其中，用厚光刻胶通过高能量曝光显影出需要的图形，再通过分步式的坚膜方式充分烘烤出所述厚光刻胶中的溶剂，并同时得到具有平缓斜坡的所述光刻胶图形作为深槽刻蚀掩膜层，用以使得在ICP电感耦合等离子体刻蚀操作中能复制出较为平缓的所述隔离槽图形。
优选地，其中，进行隔离槽刻蚀的步骤中无须进行SIO2的沉积、光刻和腐蚀。
优选地，其中，采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积SIO2或SINX作为所述隔离层。
优选地，其中，采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积SIO2或SINX作为所述钝化保护层。
本发明还公开了一种高压发光二极管，所述高压发光二极管是对基板进行处理得到的，所述基板包括衬底，位于所述衬底之上的缓冲层，位于所述缓冲层之上的N型GaN层，位于所述N型GaN层之上的发光层以及位于所述发光层之上的P型GaN层，其特征在于，所述高压发光二极管包括：
形成于所述N型GaN层和所述P型GaN层中的隔离槽，
其中，所述隔离槽具有平缓的坡度。
优选地，其中，所述隔离槽的侧壁上的金属厚度与所述隔离槽的底部平面的金属厚度实质上相等。
本发明提出的高压发光二极管及其制作方法及其制作方法与现有的高压发光二极管及其制作方法及其制作方法相比，具有以下优点：
(1)简化高压发光二极管制作流程；
(2)提升了高压发光二极管的良率和产线直通率；
(3)增加了高压发光二极管的可靠性和寿命；
(4)提升了高压发光二极管的光效。
当然，实施本申请的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1为压发光二极管制作方法中使用的基板的剖面示意图；
图2为现有的高压二极管制作方法的流程示意图；
图3为利用图2的高压发光二极管制作方法处理后的基板的剖面结构示意图；
图4为本发明一实施例的高压二极管制作方法的流程示意图；
图5为利用图4的高压发光二极管制作方法处理后的基板的剖面结构示意图。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
图1为高压发光二极管制作方法中使用的基板的剖面示意图。如图1所示，基板1自下而上依次包括衬底11、缓冲层12、N型半导体层13、发光层14及P型半导体层15。其中衬底11可以是蓝宝石衬底，也可以是其它半导体衬底，例如硅衬底或SOI。N型半导体层13可以为N-GaN层。发光层14可以为多重量子阱，其材料可为掺杂In的GaN。P型半导体层15可以为P-GaN层。
图2为现有的高压二极管制作方法的流程示意图。需要说明的是，本领域技术人员应可理解，图2仅列出高压二极管的制作过程中涉及光刻操作的步骤，为简洁目的，在此省略其他制作高压二极管的其他必要步骤。
步骤201，利用MESA方法光刻出N型电极区域、切割道及其隔离槽的图形。
对图1所示的基板1进行刻蚀，在基板1中形成凹陷区域，所述凹陷区域底部到达N型半导体层13中。具体的，可采用常规的MESA(平台)刻蚀方法在基板1中产生所述凹陷区域，其中N型半导体层13的一部分被刻蚀掉。如此处理之后，在基板1上光刻出N型电极区域、切割道及其隔离槽的图形。
步骤202，深隔离槽(ISO)刻蚀。
先对MESA光刻后的基板进行清洗，然后沉积上一层足够厚的SIO2(例如1～3微米)，通过黄光光刻的方式对SIO2进行光刻露出隔离槽的图形。接着通过IRE干法刻蚀或者BOE湿法腐蚀的方式将露出区域(该区域指将要刻蚀的深隔离槽区域)的SIO2去除，再通过ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着隔离槽的图形进行刻蚀至衬底11，形成隔离槽，然后去除表面残余的SIO2。
考虑到黄光光刻中使用的光刻胶在SIO2上附着不好导致的过腐蚀、掉胶等问题还需在光刻胶中增加增粘剂HMDS。
步骤203，制作隔离层
可采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积SIO2或SINX。并进一步通过黄光光刻的方式制作出隔离层和台面边缘保护层。
步骤204，蒸镀透明导电层
通过蒸镀或溅射等方式镀上ITO或AZO等透明导电层，并通过黄光光刻的方式制作出需要的图形，再通过ITO蚀刻液去除露出区域(该区域指不需要ITO的区域，即待腐蚀的区域)的透明导电层。
步骤205，制作金属电极和桥接金属
通过负胶光刻的方式制作出需要的电极图形，然后通过蒸镀或溅射等方式镀上电极金属，然后通过剥离的方式，制作出需要的焊接电极和桥接金属。
步骤206，制作钝化保护层
可采用PECVD方法制作SIO2或SINX等保护层，然后通过黄光光刻的方式制作出需要的图形，然后通过腐蚀的方式，将露出的SIO2去除掉，露出焊接电极。
图3为利用图2的高压发光二极管制作方法处理后的基板的剖面结构示意图。如图3所示，包括衬底1、缓冲层2、N-GaN层3、发光层4、P-GaN层5、隔离层6、透明导电层7、二氧化硅保护层9以及金属层8(图3中的金属层8包含81和82，其中81表示P型电极，82表示N型电极)。
如图3所示，隔离槽(N-GaN层3中间凹陷的部分)又深又陡，因此往隔离槽侧壁上铺设隔离层会变得困难，使得侧壁上的隔离层会比平面上的隔离层厚度要降低近一半。不佳的侧壁隔离会导致侧壁金属经常烧断，也就是高压发光二极管的沟道处电极容易烧断。此外，由于隔离槽又深又陡，在蒸镀透明导电层后想要去除隔离槽底部边缘的透明导电层将变得困难，由于隔离槽底部边缘残留透明导电层，会导致高压发光二极管出现小电流的漏电。
图4为本发明一实施例的高压二极管制作方法的流程示意图。需要说明的是，本领域技术人员应可理解，图4仅列出高压二极管的制作过程中的一部分操作步骤，为简洁目的，在此省略其他制作高压二极管的其他必要步骤。
步骤401，先蒸镀透明导电层再利用MESA方法光刻出N型电极区域、切割道及隔离槽的图形。
先通过蒸镀或溅射等方式对基板镀上ITO或AZO等透明导电层，再通过MESA(平台)刻蚀方法在基板上黄光光刻出N型电极区域、切割道及其隔离槽的图形。请注意，在本实施例中，先蒸镀透明层，然后再与MESA共用一次光刻操作，如此相对于现有技术，简化了一道光刻工艺。相对于现有技术，光刻操作后无须去除光刻胶，通过ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着隔离槽的图形进行刻蚀至基板的N-GaN层，再去除光刻胶。
步骤402，深隔离槽(ISO)刻蚀。
用特制的(例如，黏度较高的光刻胶，能制作出大于10微米以上的胶厚。)厚光刻胶，通过高能量曝光，并显影出需要的图形，再通过分步式的坚膜方式充分烘烤出厚光刻胶中的溶剂，并同时得到具有较平缓斜坡的光刻胶图形作为深槽刻蚀掩膜层，如此操作能使得在之后的ICP刻蚀操作中能复制出较为平缓的隔离槽图形。如本领域技术人员所了解的，掩膜层在深槽刻蚀时用于阻挡刻蚀，将不需要刻蚀的地方保护起来，在刻蚀完后会去除，故在成品上无法看到。然后用ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着隔离槽的图形(用按一定的选择比同步复制光刻胶的图形至衬底，形成GaN缓坡更为准确)分步进行刻蚀至衬底，形成隔离槽。
步骤403，制作隔离层
可采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积SIO2或SINX。并进一步通过黄光光刻的方式制作出隔离层和台面边缘保护层。在本发明的一实施例中，SIO2隔离层和SINX隔离层位于芯片的不同位置。
步骤404，制作金属电极和桥接金属
通过负胶光刻的方式制作出需要的电极图形，然后通过蒸镀或溅射等方式镀上电极金属，然后通过剥离的方式，制作出需要的焊接电极和桥接金属。
步骤405，制作钝化保护层
可采用PECVD方法制作SIO2或SINX等钝化保护层，然后通过光刻腐蚀的方式，将露出的SIO2或SINX去除掉，露出焊接电极。
由图2和图4可知，本发明的高压发光二极管的制作方法与现有技术相比，区别包括将透明导电层的制作放在MESA光刻之前，并与MESA共用一次光刻，简化了一道光刻操作。另外，本发明的高压发光二极管的深槽刻蚀步骤中，简化了现有技术的“沉积前清洗—沉积SIO2—光刻SIO2—SIO2腐蚀—深槽刻蚀”的操作步骤，无须进行SIO2的沉积、光刻和腐蚀，从而减少了因为光刻胶在SIO2上附着不好导致的过腐蚀、掉胶等问题，提升产线直通率。
图5为利用图4的高压发光二极管制作方法处理后的基板的剖面结构示意图。如图5所示，包括衬底1、缓冲层2、N-GaN层3、发光层4、P-GaN层5、隔离层6、透明导电层7、二氧化硅保护层9以及金属层8(图5中的金属层8包含81和82，其中81表示P型电极，82表示N型电极)。
由于在制作过程中，将透明导电层的制作放在MESA光刻之前，因此透明导电层7在步骤402的深隔离槽刻蚀的过程中能更好的保护P-GaN层5的表面，使得P-GaN层5免受高能粒子的轰击。且由于透明导电层的制作放在深隔离槽刻蚀之前，因此，可避免现有技术中由于隔离槽又深又陡，在蒸镀透明导电层后很难去除隔离槽底部边缘的透明导电层的问题，降低高压发光二极管出现小电流漏电的隐患。
此外，采用特制的厚光刻胶和相应的光刻工艺，可以得到具有较平缓斜坡的光刻胶图形，与图3相比，图5刻蚀后的隔离槽具有平缓的坡度，使得在后续蒸镀金属时，隔离槽侧壁上的金属厚度与隔离槽底部平面的金属厚度的差值减少(例如，隔离槽侧壁上的金属厚度与隔离槽底部平面的金属厚度实质上相等)，如此将极大程度上解决沟道处电极烧断的问题。
再者，由于透明导电层的制作放在MESA光刻之前，并与MESA共用一次光刻，透明导电层与MESA平台的距离更近，如此能增加发光二极管的发光面积，提升产品的光效。
需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、商品或者系统不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、商品或者系统所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、商品或者系统中还存在另外的相同要素。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。
Claims (3)
1.一种高压发光二极管制作方法，所述高压发光二极管是对基板进行处理得到的，所述基板包括衬底，位于所述衬底之上的缓冲层，位于所述缓冲层之上的N型GaN层，位于所述N型GaN层之上的发光层以及位于所述发光层之上的P型GaN层，其特征在于，所述方法包括：
先通过蒸镀或溅射方式对所述基板镀上ITO或AZO材质的透明导电层；
通过MESA(平台)刻蚀方法在蒸镀所述透明导电层之后的所述基板上黄光光刻出N型电极区域、切割道及隔离槽的图形；
通过ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着所述隔离槽的图形进行刻蚀至所述基板的所述N型GaN层，再去除光刻胶；
进行隔离槽刻蚀，此过程无须进行SIO2的沉积、光刻和腐蚀；用ICP电感耦合等离子体刻蚀的方式沿着所述隔离槽的图形分步进行刻蚀至所述基板的所述衬底，形成所述隔离槽；用厚光刻胶通过高能量曝光显影出需要的图形，所述厚光刻胶为10微米以上的厚度光刻胶，再通过分步式的坚膜方式充分烘烤出所述厚光刻胶中的溶剂，并同时得到具有平缓斜坡的所述光刻胶图形作为深槽刻蚀掩膜层，用以使得在ICP电感耦合等离子体刻蚀操作中能复制出较为平缓的所述隔离槽图形；
制作隔离层；
制作金属电极和桥接金属；以及
制作钝化保护层。
2.如权利要求1所述的高压发光二极管制作方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积SIO2或SINX作为所述隔离层。
3.如权利要求1所述的高压发光二极管制作方法，其特征在于，采用等离子体增强化学气相沉积方法(PECVD)沉积SIO2或SINX作为所述钝化保护层。
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