CN106058003A - 一种提升led芯片亮度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种提升LED芯片亮度的方法，包括：制备LED外延层，在外延层上依次蒸镀ITO透明导电层和沉积TiO2钝化膜；在N型半导体层上形成台阶，蚀刻去除下台阶部上的发光层、P型半导体层、ITO透明导电层和TiO2钝化膜；再腐蚀去掉上台阶部上的TiO2钝化膜；最后在ITO透明导电层和下台阶部的LED的上表面形成一层SiO2保护层，通过光刻和蚀刻在ITO透明导电层上方形成凹槽P和凹槽N，并形成相应的电极。本发明使得ITO透明导电层在光刻、刻蚀以及光刻后去胶过程中受到了TiO2钝化膜的保护，避免了ITO透明导电层受损伤和污染，提高了ITO透明导电层的质量，使LED芯片亮度提升的同时电压有所降低。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制造领域，特别地，涉及一种提升LED芯片亮度的方法。
背景技术
在LED芯片制造过程中，由于P-GaN层与P型欧姆金属电极接触会引起较高的接触电阻和低透过率，造成了LED芯片的驱动电压增大，较高的驱动电压会使得LED芯片在使用过程中产生被大量的热量，不仅造成能量的损失，而且影响LED芯片的可靠性，从而影响了LED芯片的整体性能。在实际应用中，由于ITO(Indium Tin Oxide氧化铟锡)薄膜由于其优异的光电性能(高透过率和低电阻)，且与GaN层的粘附性好，因此，ITO薄膜被通常广泛的用于作为GaN基芯片的电极材料。
中国专利申请CN201310703714.4公开了一种LED芯片制作方法，该方法包括以下步骤：S1、提供一衬底，依次在衬底上制作N型半导体层、发光层和P型半导体层，形成LED晶圆；S2、在LED晶圆上沉积ITO透明导电层；S3、使用光刻胶对ITO透明导电层进行MESA光刻，在光刻胶层上形成MESA图层；S4、以MESA图层为掩模对ITO透明导电层进行ITO刻蚀；S5、以MESA图层为掩模对LED晶圆进行ICP刻蚀，形成N型半导体台面；S6、去除MESA光刻后的光刻胶，露出下方的ITO透明导电层；S7、在ITO透明导电层和N型半导体台面上沉积钝化层；S8、使用光刻胶对钝化层进行PAD光刻，在光刻胶层上形成PAD图层；S9、对PAD图层进行钝化层刻蚀，去除PAD图层区域的钝化层；S10、在刻蚀掉的钝化层上制作P电极和N电极；S11、去除PAD光刻后的光刻胶。上述制作过程中，ITO膜层会多次受到正性光刻胶、显影液以及去胶液的影响，其中显影液和去胶液会浸蚀ITO膜层，去胶后会有极少量的光刻胶残留在ITO薄膜上，且制作过程中还会有其它杂质残留在ITO薄膜上。这些残留的光刻胶以及其他杂质不良的影响降低了ITO膜层的质量，影响了出光效率，降低了芯片亮度；而且ITO膜层表面的残留杂质会影响ITO与金属电极的接触，导致芯片电压升高。
发明内容
本发明目的在于提供一种提升LED芯片亮度的方法，以来解决现有芯片制程中ITO透明导电层易被损伤和污染的问题，有效提升LED芯片的亮度，同时降低芯片电压。
为实现上述目的，本发明提供了一种提升LED芯片亮度的方法，包括如下步骤：
步骤A、在衬底上先后形成包含N型半导体层、发光层及P型半导体层的外延层和ITO透明导电层；
步骤B、在ITO透明导电层上沉积一层TiO2钝化膜；
步骤C、通过光刻和刻蚀形成N型半导体层上的台阶；使得上台阶部上的发光层、P型半导体层、ITO透明导电层和TiO2钝化膜均保留，而下台阶部上的发光层、P型半导体层、ITO透明导电层和TiO2钝化膜均被蚀刻去除；
步骤D、使用BOE溶液腐蚀去掉上台阶部上的TiO2钝化膜，露出下方的ITO透明导电层；
步骤E、在包括ITO透明导电层和N型半导体层的下台阶部的LED整个上表面整面形成一层SiO2保护层；
步骤F、通过光刻和蚀刻在ITO透明导电层上方形成用于设置P电极的凹槽P，且通过光刻和蚀刻在所述下台阶部上方形成用于设置N电极的凹槽N；其中，使用BOE溶液蚀刻SiO2保护层形成凹槽P和凹槽N；
步骤G、在所述凹槽P处制作P电极和在所述凹槽N处制作N电极。
在本发明中，步骤A中在形成ITO透明导电层之前还包括如下步骤：
步骤a、在LED外延层上整面沉积电流阻挡层；
步骤b、利用光刻和蚀刻去掉部分电流阻挡层，保留所需图案的电流阻挡层结构。
在本发明中，所述步骤B中采用电子枪蒸镀机蒸镀方法生长TiO2钝化膜，蒸镀温度为100℃～200℃，腔体压力1.0E×10-6～1.0E×10-7Torr，氧气流量2sccm～15sccm。
在本发明中，所述TiO2钝化膜的厚度为100～1500埃。
在本发明中，所述步骤C中在超声下使用BOE溶液对TiO2钝化膜蚀刻的时间为15～200秒。
在本发明中，所述步骤D中使用BOE溶液对TiO2钝化膜进行蚀刻的时间为15～200秒。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明在LED外延层上完成沉积ITO透明导电层之后接着在ITO表面沉积一层TiO2钝化膜，并在ICP蚀刻去胶后再用BOE溶液将TiO2钝化膜去除，使得ITO透明导电层在光刻、刻蚀以及光刻后去胶过程中受到了TiO2钝化膜的保护，避免了ITO透明导电层受损伤和污染，提高了ITO透明导电层的质量，使LED芯片亮度提升的同时电压有所降低。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照实施例，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明提升LED芯片亮度的方法中步骤C之后以及步骤D(腐蚀去掉上台阶部上的TiO2钝化膜)之前的LED芯片结构示意图；
图2是本发明方法最终制备得到的LED芯片结构示意图；
其中，1、衬底，2、N型半导体层，21、上台阶部，22、下台阶部，3、发光层、4、P型半导体层，5、ITO透明导电层，6、TiO2钝化膜，7、SiO2保护层，8、N电极，9、P电极，10、电流阻挡层。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明提供了一种提升LED芯片亮度的方法，包括如下步骤：
步骤A、在衬1上先后形成包含N型半导体层2、发光层23及P型半导体层4的外延层和ITO透明导电层5；具体地，可采用金属有机化学气相沉积、分子束外延或氢化物气相外延技术生长发光外延层，本发明中优选的采用金属有机化学气相沉积技术生长外延层。
步骤B、在ITO透明导电层上沉积一层TiO2钝化膜6；本发明中优选的采用电子枪蒸镀机蒸镀方法生长TiO2钝化膜，具体地，蒸镀温度为100℃～200℃，腔体压力1.0E×10-6～1.0E×10-7，氧气流量2sccm～15sccm。
步骤C、通过光刻和刻蚀形成N型半导体层2上的台阶；使得上台阶部21上的发光层3、P型半导体层4、ITO透明导电层5和TiO2钝化膜6均保留，而下台阶部22上的发光层3、P型半导体层4、ITO透明导电层5和TiO2钝化膜6均被蚀刻去除；具体的包括：使用光刻胶对TiO2钝化膜进行ITO光刻，在光刻胶层上形成ITO图层；以ITO图层为掩模用BOE溶液对TiO2钝化膜进行腐蚀；以ITO图层为掩模对ITO透明导电层进行ITO刻蚀，后去除ITO光刻后的光刻胶；在P型半导体层上使用光刻胶进行MESA光刻，在光刻胶层上形成MESA图层，以MESA图层为掩模利用ICP刻蚀自上至下依次刻蚀P型半导体层4、发光层3以及N型半导体层2，使N型半导体层2形成具有上台阶部21及下台阶部22的台阶状结构，露出N型半导体层；后去除MESA光刻后的光刻胶；在该步骤中，在超声下使用BOE溶液对TiO2钝化膜蚀刻的时间为15～200秒。
步骤D、使用BOE溶液对上台阶部21上的TiO2钝化膜6蚀刻15～200秒，露出下方的ITO透明导电层5；
步骤E、在包括ITO透明导电层5和N型半导体层的下台阶部21的LED整个上表面整面形成一层SiO2保护层7；
步骤F、通过光刻和蚀刻在ITO透明导电层上方形成用于设置P电极9的凹槽P，且通过光刻和蚀刻在所述下台阶部上方形成用于设置N电极8的凹槽N；其中，使用BOE溶液蚀刻SiO2保护层形成凹槽P和凹槽N；具体地，使用光刻胶对SiO2保护层进行PAD光刻，在光刻胶层上形成PAD图层；对PAD图层进行刻蚀，用BOE溶液对PAD图层区域的SiO2保护层进行腐蚀，去除PAD图层区域的SiO2，以形成用于设置P电极9的凹槽P和用于设置N电极8的凹槽N。
步骤G、在所述凹槽P处制作P电极9和在所述凹槽N处制作N电极8。
在一种具体的实施方式中，步骤A中在形成ITO透明导电层之前还包括如下步骤：
步骤a、在LED外延层上整面沉积电流阻挡层10；
步骤b、利用光刻和蚀刻去掉部分电流阻挡层，保留所需图案的电流阻挡层结构。
在一种具体的实施方式中，步骤B中采用电子枪蒸镀机蒸镀方法生长TiO2钝化膜，蒸镀温度为100℃～200℃，腔体压力1.0E×10-6～1.0E×10-7Torr，氧气流量2sccm～15sccm。
在一种具体的实施方式中，，所述TiO2钝化膜的厚度为100～1500埃。
本发明的一种提升LED芯片亮度的方法中，蒸镀ITO透明导电层之前的操作步骤及去除TiO2钝化膜之后的步骤均与现有工艺步骤相同，在此就不再一一赘述。
在本发明中选取四片同炉同圈的外延片(外延片同炉同圈是为了确保外延片光电参数的一致性，保证本实验结论的准确性。四片外延片有两片采用现有工艺制作，即不涉及设置和去除TiO2钝化膜，另外两片采用本发明的工艺)制备成芯片，外观检验表明实验芯片外观正常，并点测电性参数如表1：
表1
由上述表1中的数据可知：本发明方法制得的LED芯片结构，由于在ITO透明导电层的表面上沉积一层TiO2钝化膜而后去除该TiO2钝化膜，TiO2钝化膜使得在ITO透明导电层在芯片的制作过程中不被腐蚀和污损，提高ITO透明导电层的质量。采用本发明方法制得的芯片与现有方法制得的芯片相比电压VF1降低了0.032V，亮度LOP1提高了1.0mw，亮度提高比例为0.5％，实现提升LED亮度，降低电压的目的。
在本发明中，分别选取全测数据平均值附近的采用现有方法制得的样品和采用本发明方法制得的样品进行封装，蓝光封装数据表2：
表2
由上述数据可知：采用本发明方法制备的LED芯片封装的LED与采用现有方法制备的LED芯片封装的LED相比电压降低了0.030V，光功率提高了1.1mw，提高比例为0.45％，发光效率提高了0.73％。
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 (6)
1.一种提升LED芯片亮度的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A、在衬底(1)上先后形成包含N型半导体层(2)、发光层(3)及P型半导体层(4)的外延层和ITO透明导电层(5)；
步骤B、在ITO透明导电层上沉积一层TiO2钝化膜(6)；
步骤C、通过光刻和刻蚀形成N型半导体层(2)上的台阶；使得上台阶部(21)上的发光层(3)、P型半导体层(4)、ITO透明导电层(5)和TiO2钝化膜(6)均保留，而下台阶部(22)上的发光层(3)、P型半导体层(4)、ITO透明导电层(5)和TiO2钝化膜(6)均被蚀刻去除；
步骤D、使用BOE溶液腐蚀去掉上台阶部上的TiO2钝化膜(6)，露出下方的ITO透明导电层(5)；
步骤E、在包括ITO透明导电层(5)和N型半导体层的下台阶部(22)的LED整个上表面整面形成一层SiO2保护层(7)；
步骤F、通过光刻和蚀刻在ITO透明导电层上方形成用于设置P电极(9)的凹槽P，且通过光刻和蚀刻在所述下台阶部上方形成用于设置N电极(8)的凹槽N；其中，使用BOE溶液蚀刻SiO2保护层(7)形成凹槽P和凹槽N；
步骤G、在所述凹槽P处制作P电极(9)和在所述凹槽N处制作N电极(8)。
2.根据权利要求1所述的提升LED芯片亮度的方法，其特征在于，步骤A中在形成ITO透明导电层(5)之前还包括如下步骤：
步骤a、在LED外延层上整面沉积电流阻挡层(10)；
步骤b、利用光刻和蚀刻去掉部分电流阻挡层，保留所需图案的电流阻挡层结构。
3.根据权利要求1所述的提升LED芯片亮度的方法，其特征在于，所述步骤B中采用电子枪蒸镀机蒸镀方法生长TiO2钝化膜，蒸镀温度为100℃～200℃，腔体压力1.0E×10-6～1.0E×10-7Torr，氧气流量2sccm～15sccm。
4.根据权利要求3所述的提升LED芯片亮度的方法，其特征在于，所述TiO2钝化膜(6)的厚度为100～1500埃。
5.根据权利要求1所述的提升LED芯片亮度的方法，其特征在于，所述步骤C中在超声下使用BOE溶液对TiO2钝化膜蚀刻的时间为15～200秒。
6.根据权利要求1所述的提升LED芯片亮度的方法，其特征在于，所述步骤D中，使用BOE溶液对TiO2钝化膜进行蚀刻的时间为15～200秒。
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