CN105206724A - 一种led芯片的制作方法及一种led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED芯片的制作方法，包括以下步骤：1)在衬底材料上制作外延层，包括先制备N-GaN层，再制备P-GaN层；2)在外延层上干法刻蚀出相应晶粒图形，露出台阶和N型GaN层；3)在外延层上蒸镀形成透明导电层；4)在透明导电层上蒸镀金属P电极，在N-GaN层上蒸镀N电极；5)在晶圆表面整面蒸镀纯氧化铝作为钝化层，纯氧化铝钝化层的厚度为；6)通过光刻腐蚀工艺在氧化铝钝化层上露出P电极和N电极；7)晶圆减薄和切割裂片得到所述LED芯片。使用本发明方法制作LED芯片与传统LED芯片相比，可以大大提高LED芯片外量子效率，同时增加对外力的抵抗能力，起到更好的芯片保护作用。
Description
技术领域
本发明涉及半导体LED芯片领域，特别地，涉及一种改善LED芯片电极粘附力的LED芯片的制作方法及一种LED芯片。
背景技术
LED芯片制程中，早期是并不设置钝化层的。没有钝化层的保护时，LED芯片的可靠性会大大降低，透明导电层直接裸露在空气中，容易被酸性物质腐蚀、也容易被机械性地刮伤，这些都会对LED芯片的使用寿命和生产良率造成重大影响。后来在芯片制程中都加上了钝化层工艺，钝化层必须满足三个条件：其一，必须有较好的穿透率，否则会严重吸光，降低LED芯片的出光效率；其二、要有一定的硬度和稳定性，抵抗外界刮伤和空气中气体的腐蚀；其三，折射率必须与透明导电层匹配，折射率太小导致临界角太小，从而容易出现全反射现象，造成光在LED中无法取出，不仅降低了发光效率，同时会产生大量的热，降低可靠性。
目前LED芯片厂多半使用氧化硅或者氮化硅作为钝化层。也有专利中涉及使用其它材料作为钝化层材料。
如专利申请CN201510145433中提供一种LED芯片的制造方法。包括：提供衬底，所述衬底具有衬底侧壁；刻蚀所述衬底形成台阶，所述台阶具有台阶侧壁；在所述衬底上形成电流阻挡层，同时在所述衬底侧壁及台阶侧壁上形成钝化层；在所述衬底上形成透明导电层，所述透明导电层覆盖所述电流阻挡层；在所述透明导电层上和台阶上分别形成电极。相比现有技术，省去了一道光刻工艺，同时并未缺少所需要的膜层，因此也确保了LED芯片的质量。其中，所述LED芯片的第一材料层(钝化层)的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝中的多种。
另外，专利申请CN201410596788中公开了一种LED芯片的Al2O3/SiON钝化层结构，其中，所述n型电极、p型电极外侧的芯片上表面依次沉积有Al2O3层和SiON层，即其中的钝化层为叠加的Al2O3层和SiON层。
但上述专利申请中公开的LED芯片的电极粘附力仍有待进一步提高。
发明内容
本发明提供一种改善LED芯片电极粘附力的LED芯片的制作方法，具体包括将钝化层设置为一定厚度的纯氧化铝层。
本发明提供一种LED芯片的制作方法，包括以下步骤：1)在衬底材料上制作外延层，包括先制备N-GaN层，再制备P-GaN层；2)在外延层上干法刻蚀出相应晶粒图形，露出台阶和N型GaN层；3)在外延层上蒸镀形成透明导电层；4)在透明导电层上蒸镀金属P电极，在N-GaN层上蒸镀N电极；5)在晶圆表面整面蒸镀纯氧化铝作为钝化层，纯氧化铝钝化层的厚度为6)通过光刻腐蚀工艺在氧化铝钝化层上露出P电极和N电极；7)晶圆减薄和切割裂片得到所述LED芯片。
使用本发明方法制作LED芯片与传统LED芯片相比，可以大大提高LED芯片外量子效率，同时增加对外力的抵抗能力，起到更好的芯片保护作用。
在一种具体的实施方式中，步骤1)中衬底材料选自蓝宝石、碳化硅和硅，且外延层厚度为5-8μm。
在一种具体的实施方式中，步骤3)中制备的透明导电层的透光率大于90％，且其电阻率的数量级小于等于10-4。
在一种具体的实施方式中，步骤2)中刻蚀深度为1-2μm，切割道的宽度在10μm-30μm之间。
在一种具体的实施方式中，步骤4)中P电极与P-GaN层和透明导电层接触，N电极与N-GaN层接触。
在一种具体的实施方式中，步骤5)中的蒸镀为电子束蒸发，且腔体温度150-300℃，蒸发速率控制在腔体真空度高于10-5数量级。本领域技术人员熟知的，电子束蒸发是真空蒸镀的一种方式，它是在钨丝蒸发的基础上发展起来的。
本发明还提供一种如上所述方法制备得到的LED芯片，其特征在于：所述芯片在厚度方向上依次包括衬底材料、N-GaN、P-GaN、透明导电层ITO和纯氧化铝钝化层，还包括与P-GaN和透明导电层ITO接触的P电极和与N-GaN接触的N电极，且所述纯氧化铝钝化层的厚度为
本发明中采用纯氧化铝作为钝化层，其优点如下：氧化铝折射率约为1.765，氧化硅约为1.48，氧化铝的穿透率比氧化硅更好，具有更好的机械硬度。本发明采用氧化铝作为钝化层，不仅能更好的起到抵抗划伤和抗腐蚀作用，同时还能大大改善全反射现象，提高LED芯片的出光效率。
在芯片制作过程中，钝化层起到至关重要的作用。其一，它起到抵抗外界机械划伤和酸碱腐蚀的作用；其二改善LED芯片的全反射现象，大大提高出光效率。目前生产的LED芯片均采用氧化硅或者氮化硅作为钝化层，其主要缺点如下：1、氧化硅层容易出现空洞，不能很好的起到保护作用；2、氮化硅穿透率相对较差；3、相比透明导电层氧化铟锡来说，氧化硅折射率较低，容易导致全反射现象，降低出光效率。而本发明采用一定厚度的氧化铝做为钝化层可以很好的解决以上问题。
在一种具体的实施方式中，本发明技术方案包括如下步骤：
步骤一、在外延衬底上生长外延层：包括将衬底表面清洁后先沉积缓冲层，然后生长n型GaN，接着生长多量子阱和P型GaN层；
步骤二、在外延层上制作芯片图形：用干法刻蚀设备ICP刻蚀出台阶，露出N型GaN层，刻蚀深度1-2μm，切割道的宽度在10μm-30μm之间；
步骤三、在晶圆表面蒸镀一层氧化铟锡薄膜：薄膜厚度腔体温度150-350℃，氧气流量5-15sccm，真空度10-5-10-7；
步骤四、在氧化铟锡表层蒸镀一层纯氧化铝钝化层，膜层厚度腔体温度150-200℃，氧气流量5-25sccm，真空度10-6-10-7；
步骤五、在氧化铝表层实施光刻工艺：涂覆光刻胶，曝光、显影露出不需要氧化铝保护的区域，在该区域蒸镀金属电极；
步骤六、将制作好的芯片进行减薄、划片和测试得到一种LED芯片。
附图说明
图1为本发明提供的一种LED芯片的结构示意图；
图中，1、衬底材料，2、N-GaN，3、P-GaN，4、透明导电层ITO，5、纯氧化铝钝化层，6、P电极，7、N电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下实施案例以蓝宝石衬底GaN基LED蓝光芯片制作为例，每个实施例制备1000片晶元(wafer)样品，样品尺寸为17*35mil2。
对比例1
用MOCVD设备在蓝宝石衬底上生长GaN外延层，外延层厚度6μm，用电子束蒸发机台蒸镀一层厚度的ITO透明导电层，在wafer表面涂覆光刻胶做为保护层，用ICP刻蚀机台刻蚀外延片露出台阶和N型GaN层，刻蚀深度1.3-1.5μm，在透明导电层上制作P型电极，在N型GaN上制作N型电极，然后用PECVD沉积SiO2制作钝化层，钝化层厚度接着完成后工艺步骤晶圆减薄、背镀反射层、切割裂片、点测分选等。点测平均亮度值165.74mw。
实施例1
用MOCVD设备在蓝宝石衬底上生长GaN外延层，外延层厚度6μm，用电子束蒸发机台蒸镀一层厚度的ITO透明导电层，在wafer表面涂覆光刻胶做为保护层，用ICP刻蚀机台刻蚀外延片露出台阶和N型GaN层，刻蚀深度1.3-1.5μm，在透明导电层上制作P型电极，在N型GaN上制作N型电极，然后用电子束蒸发法制作钝化层Al2O3，钝化层厚度接着完成后工艺步骤晶圆减薄、背镀反射层、切割裂片、点测分选等。点测平均亮度值168.62mw。
对比例2
用MOCVD设备在蓝宝石衬底上生长GaN外延层，外延层厚度6μm，用电子束蒸发机台蒸镀一层厚度的ITO透明导电层，在wafer表面涂覆光刻胶做为保护层，用ICP刻蚀机台刻蚀外延片露出台阶和N型GaN层，刻蚀深度1.3-1.5μm，在透明导电层上制作P型电极，在N型GaN上制作N型电极，然后用PECVD沉积SiO2制作钝化层，钝化层厚度接着完成后工艺步骤晶圆减薄、背镀反射层、切割裂片、点测分选等。点测平均亮度值164.83mw。
实施例2
用MOCVD设备在蓝宝石衬底上生长GaN外延层，外延层厚度6μm，用电子束蒸发机台蒸镀一层厚度的ITO透明导电层，在wafer表面涂覆光刻胶做为保护层，用ICP刻蚀机台刻蚀外延片露出台阶和N型GaN层，刻蚀深度1.3-1.5μm，在透明导电层上制作P型电极，在N型GaN上制作N型电极，然后用电子束蒸发法制作钝化层Al2O3，钝化层厚度接着完成后工艺步骤晶圆减薄、背镀反射层、切割裂片、点测分选等。点测平均亮度值168.37mw。
对比例3
用MOCVD设备在蓝宝石衬底上生长GaN外延层，外延层厚度6μm，用电子束蒸发机台蒸镀一层厚度的ITO透明导电层，在wafer表面涂覆光刻胶做为保护层，用ICP刻蚀机台刻蚀外延片露出台阶和N型GaN层，刻蚀深度1.3-1.5μm，在透明导电层上制作P型电极，在N型GaN上制作N型电极，然后用电子束蒸发法制作钝化层Al2O3，钝化层厚度接着完成后工艺步骤晶圆减薄、背镀反射层、切割裂片、点测分选等。点测平均亮度值167.58mw。
从以上案例的比较看，本发明中钝化层Al2O3相对SiO2而言，SiO2钝化层厚度对点测亮度影响大于Al2O3，具体地，实施例1和实施例2的亮度差值为0.25mw，而对比例1和对比例2的亮度差值为0.91mw；说明Al2O3穿透率更好，对光的吸收更少，相同厚度的钝化层对比，Al2O3点测亮度较高，且厚度范围内Al2O3透光率非常理想，对点测亮度影响较小。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
1)在衬底材料上制作外延层，包括先制备N-GaN层，再制备P-GaN层；
2)在外延层上干法刻蚀出相应晶粒图形，露出台阶和N型GaN层；
3)在外延层上蒸镀形成透明导电层；
4)在透明导电层上蒸镀金属P电极，在N-GaN层上蒸镀N电极；
5)在晶圆表面整面蒸镀纯氧化铝作为钝化层，纯氧化铝钝化层的厚度为
6)通过光刻腐蚀工艺在氧化铝钝化层上露出P电极和N电极；
7)晶圆减薄和切割裂片得到所述LED芯片；
在上述步骤中，步骤2)和步骤3)的顺序可以调换，且步骤4)和步骤5)的顺序也可以调换。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤1)中衬底材料选自蓝宝石、碳化硅和硅，且外延层厚度为5-8μm。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤3)中制备的透明导电层的透光率大于90％，且其电阻率的数量级小于等于10-4。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤2)中刻蚀深度为1-2μm，切割道的宽度在10μm-30μm之间。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤4)中P电极与P-GaN层和透明导电层接触，N电极与N-GaN层接触。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于：步骤5)中的蒸镀为电子束蒸发，且腔体温度150-300℃，蒸发速率控制在腔体真空度高于10-5数量级。
7.一种如权利要求1～6中任意一项所述方法制备得到的LED芯片，其特征在于：所述芯片在厚度方向上依次包括衬底材料(1)、N-GaN(2)、P-GaN(3)、透明导电层ITO(4)和纯氧化铝钝化层(5)，还包括与P-GaN(3)和透明导电层ITO(4)接触的P电极(6)和与N-GaN(2)接触的N电极(7)，且所述纯氧化铝钝化层(5)的厚度为
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