CN105140354B - 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；(2)在p型GaN层与n型GaN层的外表面上生长电流阻断层；(3)在电流阻断层上刻出所需的图形，保留p型GaN层上表面的电流阻断层和P/N结侧壁上的电流阻断层；(4)在p型GaN层表面沉积ITO透明导电膜；(5)分别在ITO透明导电膜和n型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极；(6)制备钝化层，通过光刻露出金属电极。该方法保留了p型GaN层上表面及P/N结侧壁上的电流阻断层，阻挡了后续ITO透明导电膜与金属电极的接触，避免了P/N结上残留ITO或金属，不会造成漏电。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
利用蓝宝石(Sapphire，化学式Al2O3)为衬底，通过有机化学气相沉积设备成长GaN半导体，已成为目前蓝光LED原件结构主流。
由于蓝宝石衬底是不导电的，因此在GaN基LED芯片的制备中就必须将LED外延片从表面去除部分材料至重掺杂的n型GaN层，并分别在p型和n型GaN材料上制备p型和n型电极。
GaN的化学键合能较高，高的结合能和宽带隙使Ⅲ族氮化物材料本质上是化学惰性的，在常温下不受化学酸和碱等溶液的腐蚀，用化学腐蚀法腐蚀GaN等材料，无论是腐蚀速率还是腐蚀的各向异性都不能令人满意。因此在GaN基LED芯片的制备中就必须采用干法刻蚀技术，目前主流的干法刻蚀方法为ICP(Inductive Coupled Plasma，感应耦合等离子体)刻蚀。
ICP刻蚀过程中，在高频射频源的作用下ICP刻蚀设备腔室内通入的气体会形成等离子体，在内建电场的作用下会轰击晶片表面以物理的作用刻蚀GaN外延层，同时形成的原子团会以化学作用刻蚀GaN外延层。
经过ICP刻蚀后，P型与N型界面之P/N结已被打开，针对后续的ITO镀膜/金属电极镀膜，因为打开接触，皆有一定机会造成P/N结上残留ITO或金属，造成二极管漏电，因此如能在P/N结打开后做上防护措施，且不增加人工、与物料成本，并使产品漏电不良率降低，增加良品产出，将有效降低成本，提升产品竞争力。
GaN基发光二极管芯片的制备有许多方法，如中国专利文献CN103137810A公开的《一种利用两次划片制备的GaN基发光二极管芯片及其制备方法》、CN103515495A公开的《一种GaN基发光二极管芯片的生长方法》、CN104022200A公开的《一种GaN基发光二极管芯片及其制备方法》以及CN102324450A公开的《GaN基发光二极管芯片及其制备方法》。但是这些方法均不能解决ICP刻蚀后造成二极管漏电的问题。
发明内容
本发明针对现有GaN基LED芯片制备技术存在的不足，提供一种能够保护P/N结，防止二极管漏电的GaN基发光二极管芯片的制备方法。
本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；
正性光刻胶的厚度为2μm-6μm。
正性光刻胶进行光刻的过程是通过对准、曝光、显影和烘干等步骤完成：使用热板在98℃下烘烤1分钟-2分钟进行对准，然后在紫外线下曝光5秒-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10秒-30秒，通过使用热板在98℃下烘烤1-2分钟。
(2)在p型GaN层与n型GaN层的外表面上(含两者的表面及两者侧壁界面)生长一层厚度为500-1500埃的电流阻断层(CB层)；
(3)在电流阻断层上通过光刻蚀刻出所需的图形，保留p型GaN层上表面的电流阻断层(CB层)和P/N结侧壁上的电流阻断层；
(4)在p型GaN层表面沉积一层厚度1000－3000埃的ITO透明导电膜，作为电流扩展层；并通过光刻，将n型GaN层及预镀金属电极处开一孔洞穿过电流阻挡层，使金属电极与p型GaN层之间设有附著界面；
ITO透明导电膜的厚度为1000－3000埃。
(5)制备金属电极，分别在ITO透明导电膜和n型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极，得GaN基发光二极管芯片；
(6)制备钝化层，通过光刻露出金属电极。
本发明主要核心为电流阻挡层厚度，太薄将无法有效使P/N结侧壁均匀得到有效阻挡之保护层，太厚会因为过厚，使后续ITO层与CB层界面处过薄与不连续，产生高电压。
本发明中保留了p型GaN层上表面的电流阻断层(CB层)，同时也将P/N结侧壁上的电流阻断层留下，留下的电流阻断层的功能不再是电流阻断，而是用于P/N结保护，用于阻挡后续ITO透明导电膜与金属电极的接触。这样避免了P/N结上残留ITO或金属，不会造成二极管漏电。
附图说明：
图1是本发明中GaN基发光二极管芯片的结构示意图。
图中：1、蓝宝石衬底，2、n型GaN层，3、p型GaN层，4、P-N结保护层，5、ITO透明导电膜，6、钝化层，7、电流阻挡层(CB层)，8、p型金属电极，9、n型金属电极。
具体实施方式
本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，适用于正装的蓝宝石衬底的GaN基发光二极管芯片，具体步骤如下：
(1)首先在GaN基外延片(该外延片自下至上包括蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱层和p型GaN层3)的p型GaN层3的上表面涂2-6μm(优选3μm)厚的正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光刻出可供后续ICP刻蚀出台面结构的图形(所需台面结构的图形)；
对正性光刻胶进行光刻的过程是通过对准、曝光、显影和烘干等步骤完成：使用热板在98℃下烘烤1分钟-2分钟进行对准，然后在紫外线下曝光5秒-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10秒-30秒，通过使用热板在98℃下烘烤1-2分钟。
(2)利用ICP干法刻蚀方法，根据台面结构的图形沿GaN基外延片的p型GaN层3、量子阱层到n型GaN层2刻蚀出台面结构，在n型GaN层2上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶。
所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl2和BCl3为刻蚀气体，刻蚀p型GaN层至量子阱层，第二步刻蚀量子阱层至n型GaN层。
(3)在p型GaN层与n型GaN层的外表面上(含两者的表面及两者侧壁界面)使用有机化学气相沉积法(PECVD)生长沉积一层SiO2(二氧化硅)钝化层，并使用步骤(1)的光刻过程，蚀刻出所需的图形，保留P/N结侧壁上的二氧化硅作为P-N结保护层4，保留p型GaN层上表面的二氧化硅并将p型GaN层欲镀电极处开二氧化硅去除作为p型GaN层上表面的电流阻挡层(CB层)7。这样p电极与p型GaN层有附著界面可以避免封装打线时，打碎电流阻挡层，造成电极连著CB层脱落。
目前业界都只会留下功能性的电流阻断层，用于电流阻断，让电流可以透过ITO层传导，让电流产生较大的面分布。而本发明中除了留下CB层外，同时也将P-N结保护层4留下，用于P/N结保护。此为本发明中的关键图层，为原本CB阻断层，本发明特意不将附于P-N结上之阻断层去除，使之成为钝化层用于阻挡后续ITO透明导电膜5与金属电极的接触。
(4)完成电流阻断层后，继续于p型GaN层3的表面沉积一层ITO透明导电膜5，具体过程为：
首先，利用电子束蒸发方法在整个GaN基外延片的上表面(这里在整个外延片的表面沉积ITO，后面通过光刻、腐蚀去除p-GaN之外的ITO，最终的结果是在p型GaN层表面沉积ITO)沉积一层厚度1000－3000埃的ITO透明导电膜作为电流扩展层；其次，在电流扩展层上涂上2μm厚的正性光刻胶，然后通过对准、曝光、显影、烘干和腐蚀步骤对所述正性光刻胶进行光刻，光刻出只保留p型GaN层上对应的ITO透明导电膜5；其中对准、曝光、显影和烘干的过程与步骤(1)的光刻过程相同，然后放入浓度为25-30wt％的HCl溶液中腐蚀15-30分钟，腐蚀掉未被正性光刻胶保护的ITO透明导电膜；放入丙酮中超声5-10分钟，然后在乙醇中超声10分钟，取出后使用去离子水冲洗10分钟，去除GaN基外延片表面的光刻胶。最终在p型GaN层表面上沉积一层ITO透明导电膜5。
(5)制备金属电极，也就是分别在ITO透明导电膜5和n型GaN层2的台面上制备p型电极和n型电极，得GaN基发光二极管芯片。
具体方法为：在经步骤(2)处理后的GaN基外延片上涂上3.5μm厚的负性光刻胶，进行对准、曝光、显影和烘干步骤后对所述负性光刻胶进行光刻，其中对准、曝光、显影和烘干的过程与步骤(1)的光刻过程相同；然后在ITO透明导电膜5和n型GaN层3上光刻出p型电极和n型电极区域；最后利用电子束蒸发法在所述p型电极区域和n型电极区域分别沉积2μm厚的Cr金属层和Au金属层，剥离负性光刻胶后得到p型金属电极8和n型金属电极9。
完成ITO透明导电膜5后优先制作金属电极，这是因为若先制作二氧化硅钝化层6，后续使用二氧化硅蚀刻液时，因无电极阻挡将会造成下层CB层一定机会被腐蚀，造成ITO层镂空，产生高电压状况。
(6)制备钝化层
使用PECVD(化学气相沉积法)在GaN基发光二极管芯片的上表面沉积一层厚度500－的氧化硅薄膜作为钝化层6(露出p型金属电极8和n型金属电极9)，然后在钝化层6的表面涂上2μm的正性光刻胶，按照步骤(1)的光刻过程进行对准、曝光、显影和烘干，然后放入SiO2腐蚀液中腐蚀30-60秒，腐蚀掉未被光刻胶保护的SiO2薄膜，放入丙酮中超声5-10分钟，然后在乙醇中超声10分钟，取出后使用去离子水冲洗10分钟，去除表面的光刻胶，完成钝化层6的制作，得到GaN基发光二极管芯片。
Claims (3)
1.一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，包括以下步骤：
（1）在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n 型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；
（2）在p型GaN层与n型GaN层的外表面上生长一层厚度为500-1500埃的电流阻断层；
（3）在电流阻断层上通过光刻蚀刻出所需的图形，保留p型GaN层上表面的电流阻断层和P/N结侧壁上的电流阻断层；
（4）在p型GaN层表面沉积一层厚度1000－3000埃的ITO透明导电膜，作为电流扩展层；并通过光刻，将n型GaN层及预镀金属电极处开一孔洞穿过电流阻挡层，使金属电极与p型GaN层之间设有附著界面；
（5）制备金属电极，分别在ITO透明导电膜和n 型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极，得GaN基发光二极管芯片；
（6）制备钝化层，通过光刻露出金属电极；
所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl2和BCl3为刻蚀气体，刻蚀p型GaN层至量子阱层，第二步刻蚀量子阱层至n型GaN层。
2.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中正性光刻胶的厚度为2μm -6μm。
3.根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤（1）中正性光刻胶进行光刻的过程是通过对准、曝光、显影和烘干步骤完成：使用热板在98℃下烘烤1分钟-2分钟进行对准，然后在紫外线下曝光5秒-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10秒-30秒，通过使用热板在98℃下烘烤1-2分钟。
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