CN105374909B - 一种高压发光二极管的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压发光二极管的制造方法，属于半导体技术领域。所述制造方法包括：在衬底上依次形成N型层、有源层和P型层；采用光刻工艺在P型层上开设至少一个从P型层延伸至N型层的凹槽；采用光刻工艺在各个凹槽内开设一个从凹槽延伸至衬底的隔离槽；采用光刻工艺在P型层和隔离槽上形成设定图形的绝缘层；采用光刻工艺在P型层和绝缘层上形成设定图形的透明导电层；在透明导电层、凹槽和N型层上形成钝化层；采用光刻工艺在钝化层上形成设有通孔的光刻胶；利用光刻胶在钝化层内形成通孔；在光刻胶、透明导电层、P型层和N型层上形成电极；剥离光刻胶及光刻胶上形成的电极，得到设定图形的电极。本发明降低了高压LED的制造成本。

Description

一种高压发光二极管的制造方法

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高压发光二极管的制造方法。

背景技术

近年来，发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)作为新一代绿色光源，广泛应用于照明、背光、显示、指示等领域。高压LED包括至少两个串联的LED芯片，各个LED芯片均包括N型层、有源层和P型层。

目前高压LED的制造方法需要六道光刻工艺，分别用于刻蚀从P型层延伸至N型层的凹槽、刻蚀相邻两个LED芯片之间的隔离槽、制作覆盖在P型层和隔离槽上的绝缘层、制作覆盖在绝缘层和P型层上的透明导电层、制作覆盖在透明导电层上的电极、以及制作覆盖在透明导电层和凹槽上的钝化层。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在目前LED的制造过程中，光刻工艺的成本较高，高压LED的制造方法需要六道光刻工艺，造成高压LED的制造成本较高。

发明内容

为了解决现有技术需要六道光刻工艺，造成高压LED的制造成本较高的问题，本发明实施例提供了一种高压发光二极管的制造方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种高压发光二极管的制造方法，所述制造方法包括：

在衬底上依次形成N型层、有源层和P型层；

采用光刻工艺在所述P型层上开设至少一个从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽；

采用光刻工艺在各个所述凹槽内开设一个从所述凹槽延伸至所述衬底的隔离槽；

采用光刻工艺在所述P型层和所述隔离槽上形成设定图形的绝缘层；

采用光刻工艺在所述P型层和所述绝缘层上形成透明导电层；

在所述透明导电层、所述凹槽和所述N型层上形成钝化层；

采用光刻工艺在所述钝化层上形成设有通孔的光刻胶；

利用所述光刻胶在所述钝化层内形成通孔，所述钝化层内的通孔与所述光刻胶内的通孔连通；

在所述光刻胶上形成电极，并通过所述光刻胶内的通孔和所述钝化层内的通孔在所述透明导电层、所述P型层和所述N型层上形成电极；

剥离所述光刻胶及所述光刻胶上形成的电极，得到设定图形的电极。

在本发明一种可能的实现方式中，所述利用所述光刻胶在所述钝化层内形成通孔，所述钝化层内的通孔与所述光刻胶内的通孔连通，包括：

在所述光刻胶的保护下，利用腐蚀溶液腐蚀所述钝化层，在所述钝化层内形成从所述钝化层延伸至所述透明导电层的通孔、从所述钝化层延伸至所述P型层的通孔、以及从所述钝化层延伸至所述N型层的通孔。

可选地，所述腐蚀溶液为缓冲氧化硅刻蚀液BOE。

在本发明另一种可能的实现方式中，所述隔离槽的宽度为20-40μm。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述隔离槽的侧壁与所述衬底的表面之间的夹角为20-60°。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述绝缘层采用的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、氟化镁中的至少一种。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述透明导电层采用的材料包括氧化铟锡ITO、掺杂氟的氧化锡、石墨烯中的至少一种。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述钝化层采用的材料为氧化硅或者氧化铝。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述电极采用的材料包括金、铝、铬、镍、铂、钛中的至少一种。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述钝化层的厚度为10-500nm。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过先在透明导电层、凹槽和N型层上形成钝化层，再采用光刻工艺在钝化层上形成设有通孔的光刻胶，并利用光刻胶在钝化层内形成与光刻胶内的通孔连通的通孔，最后在光刻胶、透明导电层、P型层和N型层上形成电极，并剥离光刻胶和光刻胶上形成的电极，最终得到与现有技术相同的高压LED。而且与现有技术先采用光刻工艺在透明导电层上形成设定图形的电极，再采用光刻工艺在透明导电层和凹槽上形成设定图形的钝化层相比，在保证高压LED质量的情况下，节省了一次光刻工艺，降低了高压LED的制造成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种高压发光二极管的制造方法的流程图；

图2a-图2j是本发明实施例提供的制造过程中高压发光二极管的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种高压发光二极管的制造方法，参见图1，该制造方法包括：

步骤101：在衬底上依次形成N型层、有源层和P型层。

图2a为步骤101执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层。

具体地，衬底可以为蓝宝石衬底或硅衬底，N型层可以为N型GaN层，有源层可以为交替生长的InGaN层和GaN层，P型层可以为P型GaN层。

在本实施例的一种实现方式中，该步骤101可以包括：

采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical VaporDeposition，简称MOCVD)技术在衬底上依次形成N型层、有源层和P型层。

在本实施例的一种实现方式中，该步骤101可以包括：

在衬底上形成至少一层缓冲层；

在缓冲层上依次形成N型层、有源层和P型层。

可以理解地，在衬底和N型层之间先形成缓冲层，有利于N型层、有源层和P型层的生长，提高晶体质量。

步骤102：采用光刻工艺在P型层上开设至少一个从P型层延伸至N型层的凹槽。

图2b为步骤102执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，11为凹槽。

在本实施例的又一种实现方式中，该步骤102可以包括：

在P型层上形成一层光刻胶；

采用光刻工艺溶解部分光刻胶；

在光刻胶的保护下，采用感应耦合等离子体(Inductively Coupled Plasma，简称ICP)刻蚀工艺在P型层上开设至少一个从P型层延伸至N型层的凹槽；

剥离光刻胶。

可以理解地，凹槽的深度大于P型层和有源层的厚度之和，且凹槽的深度小于P型层、有源层和N型层的厚度之和。

步骤103：采用光刻工艺在各个凹槽内开设一个从凹槽延伸至衬底的隔离槽。

图2c为步骤103执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，11为凹槽，12为隔离槽。

在本实施例的又一种实现方式中，该步骤103可以包括：

在凹槽内形成一层光刻胶；

采用光刻工艺溶解部分光刻胶；

在光刻胶的保护下，采用ICP刻蚀工艺在各个凹槽内开设一个从凹槽延伸至衬底的隔离槽；

剥离光刻胶。

可选地，隔离槽的宽度可以为20-40μm。当隔离槽的宽度小于20μm时，隔离槽内不容易铺设绝缘层和电极；当隔离槽的宽度大于40μm时，芯片的有效面积较小。

优选地，隔离槽的宽度可以为25-30μm，在保证良好铺设绝缘层和电极前提下，最大程度地利用芯片的发光区面积。

更优选地，隔离槽的宽度可以为30μm。

可选地，隔离槽的侧壁与衬底的表面之间的夹角可以为20-60°。

优选地，隔离槽的侧壁与衬底的表面之间的夹角可以为45°。

需要说明的是，隔离槽具有一定的宽度(20-40μm)，且隔离槽的侧壁比较平缓(隔离槽的侧壁与衬底的表面之间的夹角可以为20-60°)，以使绝缘层(见步骤104)沿隔离槽的侧壁设置。

步骤104：采用光刻工艺在P型层和隔离槽上形成设定图形的绝缘层。

在本实施例中，设定图形的绝缘层是指绝缘层覆盖在部分P型层上和整个隔离槽上。

图2d为步骤104执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，11为凹槽，12为隔离槽。

可选地，绝缘层采用的材料可以包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、氟化镁中的至少一种。

优选地，绝缘层采用的材料可以包括氧化硅，制作工艺最为简单，成本低。

在本实施例的又一种实现方式中，当绝缘层采用的材料包括氧化硅、氮化硅中的至少一种时，该步骤104可以包括：

采用等离子体增强化学气相沉积法(Plasma Enhanced Chemical VaporDeposition，简称PECVD)、溅射工艺或蒸发工艺在P型层和隔离槽上形成绝缘层；

在绝缘层上形成一层光刻胶；

采用光刻工艺溶解部分光刻胶；

在光刻胶的保护下，对绝缘层进行腐蚀清洗，得到设定图形的绝缘层；

剥离光刻胶。

在本实施例的又一种实现方式中，当绝缘层采用的材料包括氧化铝、氟化镁中的至少一种时，该步骤104可以包括：

采用溅射工艺或蒸发工艺在P型层和隔离槽上形成绝缘层；

在绝缘层上形成一层光刻胶；

采用光刻工艺溶解部分光刻胶；

在光刻胶的保护下，对绝缘层进行腐蚀清洗，得到设定图形的绝缘层；

剥离光刻胶。

需要说明的是，绝缘层设置在P型层和透明导电层(见步骤105)之间，以避免电流直接注入P型层，有利于电流均匀分布，提升LED的发光亮度。

步骤105：采用光刻工艺在P型层和绝缘层上形成透明导电层。

图2e为步骤105执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，6为透明导电层，11为凹槽，12为隔离槽。

在本实施例中，透明导电层采用的材料为耐腐蚀钝化层(见步骤106)的溶液的材料，以阻挡腐蚀钝化层时腐蚀溶液对绝缘层的破坏。

可选地，透明导电层采用的材料可以包括氧化铟锡(Indium Tin Oxides，简称ITO)、掺杂氟的氧化锡、石墨烯中的至少一种。

优选地，透明导电层采用的材料可以包括ITO，使用最为普遍，成本低。

在本实施例的又一种实现方式中，该步骤105可以包括：

采用电子束蒸发法或者磁控溅射法在N型层、凹槽、P型层和绝缘层上形成透明导电层；

在透明导电层上形成一层光刻胶；

采用光刻工艺溶解部分光刻胶；

在光刻胶的保护下，对透明导电层进行腐蚀清洗，留下在P型层和绝缘层上的透明导电层；

剥离光刻胶。

步骤106：在透明导电层、凹槽和N型层上形成钝化层。

图2f为步骤106执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，6为透明导电层，7为钝化层，11为凹槽，12为隔离槽。

可选地，钝化层采用的材料可以为氧化硅或者氧化铝，对LED芯片进行保护，避免反向漏电等问题，提高芯片的可靠性。

优选地，钝化层采用的材料可以为氧化硅，以便使用腐蚀溶液开孔形成电极(见步骤107)。

可选地，钝化层的厚度可以为10-500nm。

优选地，钝化层的厚度可以为80nm。

在本实施例的又一种实现方式中，该步骤106可以包括：

采用PECVD在透明导电层、凹槽和N型层上形成钝化层。

步骤107：采用光刻工艺在钝化层上形成设有通孔的光刻胶。

图2g为步骤107执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，6为透明导电层，7为钝化层，11为凹槽，12为隔离槽，13为光刻胶，14为通孔。

步骤108：利用光刻胶在钝化层内形成通孔。

在本实施例中，钝化层内的通孔与光刻胶内的通孔连通。

图2h为步骤108执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，6为透明导电层，7为钝化层，11为凹槽，12为隔离槽，13为光刻胶，14为通孔。

具体地，该步骤108可以包括：

在光刻胶的保护下，利用腐蚀溶液腐蚀钝化层，在钝化层内形成从钝化层延伸至透明导电层的通孔、从钝化层延伸至P型层的通孔、以及从钝化层延伸至N型层的通孔。

可选地，腐蚀溶液可以为缓冲氧化硅刻蚀液(Buffer Oxide Etcher，简称BOE)，易于控制腐蚀大小，且业界通用，成本低。

步骤109：在光刻胶上形成电极，并通过光刻胶内的通孔和钝化层内的通孔在透明导电层、P型层和N型层上形成电极。

图2i为步骤109执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，6为透明导电层，7为钝化层，8为电极，11为凹槽，12为隔离槽，13为光刻胶。

可选地，电极采用的材料可以包括金、铝、铬、镍、铂、钛中的至少一种。

优选地，电极可以包括依次形成在透明导电层上的铬层、铝层、铬层、钛层、铝层，以适用接触、反光、导电等方面因素。

优选地，该步骤109可以包括：

采用蒸发技术在透明导电层、P型层、N型层、以及钝化层上形成电极。

容易知道，采用蒸发技术形成电极，速率较快。

可选地，该步骤109可以包括：

采用溅射技术在透明导电层、P型层、N型层、以及钝化层上形成电极。

步骤110：剥离光刻胶及光刻胶上形成的电极，得到设定图形的电极。

在本实施例中，设定图形的电极是指电极只覆盖在钝化层内的通孔中。

图2j为步骤110执行之后的发光二极管的结构示意图。其中，1为衬底，2为N型层，3为有源层，4为P型层，5为绝缘层，6为透明导电层，7为钝化层，8为电极，11为凹槽，12为隔离槽。

需要说明的是，衬底上形成的N型层、有源层和P型层被至少一个隔离槽分隔为至少两个LED芯片，在N型层上形成的电极为N型电极，在透明导电层上形成的电极包括一个P型电极、以及至少一个连接电极，P型电极设置在一个LED芯片的P型层上，N型电极设置在另一个LED芯片的N型层上，连接电极设置在一个隔离槽分隔的两个LED芯片上，且连接电极的一端设置在一个LED芯片的N型层上，连接电极的另一端设置在另一个LED芯片的P型层上。

本发明实施例通过先在透明导电层、凹槽和N型层上形成钝化层，再采用光刻工艺在钝化层上形成设有通孔的光刻胶，并利用光刻胶在钝化层内形成与光刻胶内的通孔连通的通孔，最后在光刻胶、透明导电层、P型层和N型层上形成电极，并剥离光刻胶和光刻胶上形成的电极，最终得到与现有技术相同的高压LED。而且与现有技术先采用光刻工艺在透明导电层上形成设定图形的电极，再采用光刻工艺在透明导电层和凹槽上形成设定图形的钝化层相比，在保证高压LED质量的情况下，节省了一次光刻工艺，降低了高压LED的制造成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (10)

1.一种高压发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

在衬底上依次形成N型层、有源层和P型层；

采用光刻工艺在所述P型层上开设至少一个从所述P型层延伸至所述N型层的凹槽；

采用光刻工艺在各个所述凹槽内开设一个从所述凹槽延伸至所述衬底的隔离槽；

采用光刻工艺在所述P型层和所述隔离槽上形成设定图形的绝缘层；

采用光刻工艺在所述P型层和所述绝缘层上形成透明导电层；

在所述透明导电层、所述凹槽和所述N型层上形成钝化层；

采用光刻工艺在所述钝化层上形成设有通孔的光刻胶；

利用所述光刻胶在所述钝化层内形成通孔，所述钝化层内的通孔与所述光刻胶内的通孔连通；

在所述光刻胶上形成电极，并通过所述光刻胶内的通孔和所述钝化层内的通孔在所述透明导电层、所述P型层和所述N型层上形成电极；

剥离所述光刻胶及所述光刻胶上形成的电极，得到设定图形的电极。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述利用所述光刻胶在所述钝化层内形成通孔，所述钝化层内的通孔与所述光刻胶内的通孔连通，包括：

在所述光刻胶的保护下，利用腐蚀溶液腐蚀所述钝化层，在所述钝化层内形成从所述钝化层延伸至所述透明导电层的通孔、从所述钝化层延伸至所述P型层的通孔、以及从所述钝化层延伸至所述N型层的通孔。

3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述腐蚀溶液为缓冲氧化硅刻蚀液BOE。

4.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述隔离槽的宽度为20-40μm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述隔离槽的侧壁与所述衬底的表面之间的夹角为20-60°。

6.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述绝缘层采用的材料包括氧化硅、氮化硅、氧化铝、氟化镁中的至少一种。

7.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述透明导电层采用的材料包括氧化铟锡ITO、掺杂氟的氧化锡、石墨烯中的至少一种。

8.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述钝化层采用的材料为氧化硅或者氧化铝。

9.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述电极采用的材料包括金、铝、铬、镍、铂、钛中的至少一种。

10.根据权利要求1-3任一项所述的制造方法，其特征在于，所述钝化层的厚度为10-500nm。