CN105895771B - 一种带ito薄膜结构的led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法,属于半导体发光二极管领域,该方法是先制成发光二极管的外延片,然后在外延片上制作出图案化的介质膜层,经过蚀刻制作出图案化的ITO薄膜层和p‑GaP窗口层;在图案化的ITO薄膜层和p‑GaP窗口层上制作金属电极层,金属电极层包括主电极和扩展电极。本发明采用图案化的ITO薄膜层和p‑GaP窗口层作为接触层,其中作为焊盘的主电极连接在p‑GaP窗口层上,扩展电极连接在ITO薄膜层上。本发明提高了整个金属电极层的附着性,确保发光器件工作电压稳定,提高产品的焊线可靠性,极大地提升了产品的质量和良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体发光二极管领域,尤其是涉及一种带ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED具有高光效、低能耗、长寿命、高安全性、高环保等优势,是一种有广阔应用前景的照明方式,受到越来越多国家的重视。目前LED已广泛应用于高效固态照明领域中,如显示屏、汽车用灯、背光源、交通信号灯、景观照明等。
如图1所示,常规AlGaInP发光二极管包含GaAs衬底100、缓冲层101、n-AlGaInP限制层102、MQW多量子阱有源层103、p-AlGaInP限制层104和p-GaP窗口层105,金属电极层109直接设置在p-GaP窗口层105上,GaAs衬底100背面设置有背电极层201。由于常规AlGaInP发光二极管的出光层为GaP窗口层105,同时GaP层也起着欧姆接触层和电流扩展的重要作用,这就会使电流容易集中从与电极接触的正下方区域流过,即电极正下方区域的电流密度增加,却不能使电流得到充分的扩展,从而降低了LED的发光效率。ITO(掺锡氧化铟,IndiumTinOxide,一般简称为ITO)薄膜相比GaP层具有良好的横向电流扩展性,同时具有透过率高、导电性好、耐磨损、耐腐蚀等优点,且与GaP层的粘附性好,因此,ITO薄膜通常被用于作为提高AlGaInP基芯片亮度的透明电极材料。在实际应用中,先是在GaP层上面生长一层ITO薄膜层,然后再沉积作为焊盘材料使用的金属电极层,但在对焊盘的焊线测试中发现,很容易出现ITO薄膜层脱落、金属电极层脱落的异常现象,这会导致金属电极层的焊盘性能、AlGaInP基芯片的使用可靠性受到严重影响。
发明内容
本发明的第一个目的在于提供一种焊线可靠性高、便于生产、发光效率高的带ITO薄膜结构的LED芯片。
本发明的第二个目的在于提供一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法。
本发明的第一个目的是这样实现的:
一种带ITO薄膜结构的LED芯片,包括GaAs衬底,在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、n-AlGaInP限制层、多量子阱(MQW)有源层、p-AlGaInP限制层和p-GaP窗口层,在p-GaP窗口层上设有ITO薄膜层,在GaAs衬底的下面制作背电极,特征是:在ITO薄膜层上设有金属电极层;金属电极层包括主电极和扩展电极,主电极连接在p-GaP窗口层上,扩展电极连接在ITO薄膜层上。
主电极为圆形,直径90μm,扩展电极为矩形,长度为20μm,宽度为10μm,材料为Cr/Au,厚度50/2500nm。
本发明的由于作为焊盘的主电极直接连接在p-GaP窗口层上,从而避免了在焊线测试时造成ITO薄膜层脱落,并且由于扩展电极连接在ITO薄膜层上,这样既起到了降低接触电压的作用,同时又对主电极起到了防护作用,提高了整个金属电极层的附着性和完整性,确保了产品的工作电压稳定,提高了产品的焊线可靠性。
本发明的第二个目的是这样实现的:
一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法,特征是:具体步骤如下:
(1)、在GaAs衬底的上面依次外延生长缓冲层、n-AlGaInP限制层、多量子阱(MQW)有源层、p-AlGaInP限制层和p-GaP窗口层,得到LED外延片;
(2)、在p-GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层;
(3)、在ITO薄膜层上制作图案化的接触层:在ITO薄膜层上采用PECVD生长一层介质膜,采用光刻和湿法蚀刻方式在介质膜上制作出图案化的介质膜层,利用ITO和GaP腐蚀液对没有介质膜层保护的ITO和GaP层区域进行腐蚀,利用介质膜腐蚀液将介质膜层去除;
(4)、在图案化的接触层上制作金属电极层:采用负胶套刻和蒸镀方式制作金属电极层,主电极形成于p-GaP窗口层上,扩展电极形成于ITO薄膜层上;
(5)、在GaAs衬底的下面制作背电极,得到带ITO薄膜结构的LED芯片。
在步骤(3)中,PECVD制作的介质膜层由绝缘材料SiO2或 SiNxOy中的一种或多种组合制成,其中 x>0,0<y<2,获得稳定图案化的临时膜层,避免ITO和GaP腐蚀溶液影响,从而制作出设计的图案化的接触层。
在步骤(3)中,被腐蚀的GaP层的蚀刻深度为150±50nm,从而既能去除p-GaP窗口层105表层的高掺杂层,又避免接触层的周围区域台阶差异大,这样就能很容易制作金属电极层。
在步骤(4)中,蒸镀方式制作的金属电极层的材料为 Cr、Pt、Ti、Al或Au中的一种,或为Cr、Pt、Ti、Al、Au中任意两种材料的合金。
本发明先采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的介质膜层,进而对没有介质膜层保护的ITO薄膜层和GaP层进行可控深度的蚀刻;然后在图案化的接触层上采用蒸镀方式制作金属电极层,金属电极层包括主电极和扩展电极,其中作为焊盘的主电极直接连接在p-GaP窗口层上,从而避免了在焊线测试时造成ITO薄膜层脱落,并且由于扩展电极连接在ITO薄膜层上,这样既起到了降低接触电压的作用,同时又对主电极起到了防护作用,提高了整个金属电极层的附着性和完整性,确保了产品的工作电压稳定,提高了产品的焊线可靠性,极大地提升了产品的质量和良率。
附图说明
图1为现有的常规AlGaInP发光二极管的结构示意图;
图2为本发明的结构示意图;
图3为本发明发光二极管外延片的制作过程截面示意图;
图4为本发明ITO薄膜层和介质膜层的制作过程截面示意图;
图5为本发明接触层的制作过程截面示意图;
图6为本发明金属电极层的制作过程截面示意图。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
一种带ITO薄膜结构的LED芯片,如图2所示,包括GaAs衬底100,在GaAs衬底100的上面依次设有缓冲层101、n-AlGaInP限制层102、多量子阱有源层103、p-AlGaInP限制层104和p-GaP窗口层105,在p-GaP窗口层105上设有ITO薄膜层106,在ITO薄膜层106上设有金属电极层109,在GaAs衬底100的下面制作背电极201;金属电极层109包括主电极和扩展电极,主电极连接在p-GaP窗口层105上,扩展电极连接在ITO薄膜层106上。
一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法,具体步骤如下
1、制备发光二极管外延片:如图3所示,在GaAs衬底100的上采面用金属有机化学气相沉积(MOCVD)依次外延生长缓冲层101、n-AlGaInP限制层102、多量子阱有源层103、p-AlGaInP限制层104和p-GaP窗口层105,其中p-GaP窗口层105表层的高掺杂层厚度优选500±50埃,掺杂浓度优选5×1019cm-3以上;
2、如图4所示,在p-GaP窗口层105上采用蒸发镀膜方法蒸镀ITO薄膜层106,ITO薄膜层106优选厚度为3000±200埃;
3、如图4所示,在ITO薄膜层106上采用PECVD生长介质膜层107,介质膜层107优选厚度为2000±100埃,介质膜层107由SiO2制成;
4、如图4所示,在介质膜层107上采用光刻和蚀刻制作图案化的介质膜层;
5、如图5所示,在图案化的介质膜层107上制作图案化的接触层108;
6、如图6所示,在图案化的接触层108上制作带有主电极和扩展电极的金属电极层109,主电极为圆形,直径90μm,扩展电极为矩形,长度为20μm,宽度为10μm,主电极和扩展电极的材料均为Cr/Au,Cr的厚度为50nm,Au的厚度为2500nm;
7、在GaAs衬底100的下侧面制作背电极201,电极材料采用AuGeNi/Au,厚度为150/200nm;而后在420℃的氮气氛围中进行熔合,以获得背电极201和GaAs衬底100形成良好的欧姆接触,同时进一步增强了金属电极层109与图案化的接触层108附着性。
Claims (6)
1.一种带ITO薄膜结构的LED芯片,包括GaAs衬底,在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、n-AlGaInP限制层、多量子阱(MQW)有源层、p-AlGaInP限制层和p-GaP窗口层,在p-GaP窗口层上设有ITO薄膜层,在GaAs衬底的下面制作背电极,其特征在于:在ITO薄膜层上设有金属电极层;金属电极层包括主电极和扩展电极,主电极连接在p-GaP窗口层上,扩展电极连接在ITO薄膜层上。
2.根据权利要求1所述的带ITO薄膜结构的LED芯片,其特征在于:主电极为圆形,直径90μm,扩展电极为矩形,长度为20μm,宽度为10μm,主电极和扩展电极的材料均为Cr/Au,Cr的厚度为50nm,Au的厚度为2500nm。
3.一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法,其特征在于:具体步骤如下:
(1)、在GaAs衬底的上面依次外延生长缓冲层、n-AlGaInP限制层、多量子阱(MQW)有源层、p-AlGaInP限制层和p-GaP窗口层,得到LED外延片;
(2)、在p-GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层;
(3)、在ITO薄膜层上制作图案化的接触层:在ITO薄膜层上采用PECVD生长一层介质膜,采用光刻和湿法蚀刻方式在介质膜上制作出图案化的介质膜层,利用ITO和GaP腐蚀液对没有介质膜层保护的ITO和GaP层进行腐蚀,利用介质膜腐蚀液将介质膜层去除;
(4)、在图案化的接触层上制作金属电极层:采用负胶套刻和蒸镀方式制作金属电极层,主电极形成于p-GaP窗口层上,扩展电极形成于ITO薄膜层上;
(5)、在GaAs衬底的下面制作背电极,得到带ITO薄膜结构的LED芯片。
4.根据权利要求3所述的LED芯片的制备方法,其特征在于:在步骤(3)中,PECVD制作的介质膜层由绝缘材料SiO2或 SiNxOy中的一种或多种组合制成,其中 x>0,0<y<2。
5.根据权利要求3所述的LED芯片的制备方法,其特征在于:在步骤(3)中,GaP层的蚀刻深度为150±50nm。
6.根据权利要求3所述的LED芯片的制备方法,其特征在于:在步骤(4)中,蒸镀方式制作的金属电极层的材料为 Cr、Pt、Ti、Al或Au中的一种,或为Cr、Pt、Ti、Al、Au中任意两种材料的合金。
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