CN106129205A - 一种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ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法，包括GaAs衬底，在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、n‑AlGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、p‑AlGaInP限制层、p‑GaP窗口层和AlGaInP粗化层，在图案化的AlGaInP粗化层上设有ITO薄膜层，在ITO薄膜层上设有图案化的ITO薄膜接触层，在图案化的ITO薄膜接触层上设有金属电极层，在GaAs衬底的下面设有背电极层，其特征在于：所述金属电极层包括主电极和扩展电极，其中：主电极连接在图案化的AlGaInP粗化层上，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和完整性，确保了发光二极管的工作电压稳定，提高了产品的焊线可靠性和发光效率，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ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法。
背景技术
发光二极管（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-AIGaInP限制层102、MQW多量子阱有源层103、p-AIGaInP限制层104和p-GaP窗口层105，金属电极层106直接设置在p-GaP窗口层105上，在GaAs衬底100背面设置有背电极层107。由于常规AlGaInP发光二极管的出光层为p-GaP窗口层105，同时p-GaP窗口层105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，不能使电流得到充分的扩展，从而降低LED的发光效率。ITO薄膜相比p-GaP窗口层105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p-GaP窗口层105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，在p-GaP窗口层105上面生长一层ITO薄膜，然后再沉积金属电极层106，作为焊盘材料使用，在对焊盘的焊线测试中发现很容易出现ITO薄膜脱落、金属电极层106脱落异常的问题，导致其焊盘性能和芯片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便于生产、发光效率高、焊线可靠性高的ITO薄膜结构的LED芯片。
本发明的第二个目的在于提供一种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、MQW多量子阱有源层、p-AlGaInP限制层、p-GaP窗口层和AlGaInP粗化层，AlGaInP粗化层为图案化的AlGaInP粗化层，在图案化的AlGaInP粗化层上设有ITO薄膜层，在ITO薄膜层上设有图案化的ITO薄膜接触层，在图案化的ITO薄膜接触层上设有金属电极层，在GaAs衬底的下面设有背电极层，特征是：所述金属电极层包括主电极和扩展电极，其中：主电极连接在图案化的AlGaInP粗化层上，扩展电极连接在ITO薄膜层上。
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）、制作发光二极管外延片：在GaAs衬底的上面依次外延生长缓冲层、n-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、p-AIGaInP限制层、p-GaP窗口层和AlGaInP粗化层，完成发光二极管外延片制作；
（2）、在AlGaInP粗化层上制作图案化的粗化层：采用AlGaInP粗化溶液对AlGaInP粗化层进行粗化处理，在AlGaInP粗化层上采用PECVD生长第一介质膜层；采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的第一介质膜层，利用AlGaInP腐蚀液对没有第一介质膜层的保护区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将第一介质膜层去除；
（3）、在图案化的AlGaInP粗化层上制作ITO薄膜层；
（4）、在ITO薄膜层上制作图案化的ITO薄膜接触层：在ITO薄膜层上采用PECVD生长一层第二介质膜层；采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的第二介质膜层，利用ITO腐蚀液对没有第二介质膜层保护的区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将第二介质膜层去除；
（5）、在图案化的ITO薄膜接触层上制作金属电极层：采用负胶套刻和蒸镀方式制作图案化的金属电极层，主电极形成于AlGaInP粗化层上，扩展电极形成于ITO薄膜层上；
（6）、在GaAs衬底的下侧面制作背电极层。
在步骤（2、4）中，PECVD制作的第一介质膜层、第二介质膜层均由SiO2或 SiNxOy绝缘材料或前述的任意组合之一制成，其中 x>0，0<y<2。目的是获得稳定的临时图案化介质膜层，以避免腐蚀时对ITO薄膜层的影响，从而制作出设计好的图案化的ITO薄膜接触层。
在步骤（2）中，AlGaInP粗化层的粗化深度为350±50nm，从而既能得到粗化的AlGaInP粗化层，又避免了接触层的周围区域台阶差较大，更容易制作金属电极层。
在步骤（5）中，蒸镀方式制作图案化的金属电极层的材料为 Cr、Pt、Ti、Al或Au中的一种或前述的任意组合之一。
本发明采用引入图案化的AlGaInP粗化层，进而采用AlGaInP粗化溶液对AlGaInP粗化层进行可控深度的粗化；其次在图案化的ITO薄膜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经过粗化的AlGaInP粗化层上，从而避免了在焊线测试时造成ITO薄膜层脱落，另一方面，扩展电极层连接在ITO薄膜层上，扩展电极起到了降低接触电压的作用，这对于主电极也起到了防护的作用，同时扩展电极自身因为其嵌入式结构的特点，因而稳定性好，从而提高了整个金属电极层的附着性和完整性，确保了发光二极管的工作电压稳定，提高了产品的焊线可靠性和发光效率，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为本发明的步骤（1）的截面示意图；
图4为本发明的步骤（2）的截面示意图；
图5为本发明的步骤（3）的截面示意图；
图6为本发明的步骤（4）的截面示意图；
图7为本发明的步骤（5）的截面示意图。
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ITO薄膜结构的LED芯片，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、MQW多量子阱有源层103、p-AlGaInP限制层104、p-GaP窗口层105和AlGaInP粗化层106， AlGaInP粗化层106为图案化的AlGaInP粗化层，在图案化的AlGaInP粗化层106上设有ITO薄膜层107，在ITO薄膜层107上设有图案化的ITO薄膜接触层，在图案化的ITO薄膜接触层上设有金属电极层108，在GaAs衬底100的下面设有背电极层201，所述金属电极层108包括主电极和扩展电极，其中：主电极连接在图案化的AlGaInP粗化层106上，扩展电极连接在ITO薄膜层107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）、制作发光二极管外延片：如图3所示，在GaAs衬底100的上面采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长缓冲层101、n-AIGaInP限制层102、MQW多量子阱有源层103、p-AIGaInP限制层104、p-GaP窗口层105和AlGaInP粗化层106，完成发光二极管外延片制作；其中：p-GaP窗口层105的表层高掺杂层的厚度优选500±50埃，掺杂浓度优选5×1019cm-3以上，AlGaInP粗化层106优选厚度为8000±500埃；
（2）、在AlGaInP粗化层106上制作图案化的粗化层：如图4所示，采用AlGaInP粗化溶液对AlGaInP粗化层106进行粗化处理，粗化优选深度为350±50nm；
（3）、在AlGaInP粗化层106上采用PECVD生长一层第一介质膜层；采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的第一介质膜层，利用AlGaInP腐蚀液对没有第一介质膜层的保护区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将第一介质膜层去除；在图案化的AlGaInP粗化层106上采用蒸发镀膜方法蒸镀ITO薄膜层107，ITO薄膜层107优选厚度为3000±200埃；
（4）、在ITO薄膜层107上制作图案化的ITO薄膜接触层：在ITO薄膜层上采用PECVD生长第二介质膜层，第二介质膜层优选厚度为2000±100埃；采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的第二介质膜层，利用ITO腐蚀液对没有第二介质膜层保护区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将第二介质膜层去除；
（5）、在图案化的ITO薄膜接触层上采用负胶套刻和蒸镀方式制作图案化的金属电极层108：主电极为圆形，直径90um，扩展电极为矩形，长度为20um，宽度为10um，材料为Cr/Au，厚度50/2500nm。主电极形成于AlGaInP粗化层106上，扩展电极形成于ITO薄膜接触层上；
（6）、在GaAs衬底100的另一侧面制作背电极层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，以获得背电极层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108与图案化ITO接触层107附着性。
Claims (5)
1.一种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、MQW多量子阱有源层、p-AlGaInP限制层、p-GaP窗口层和AlGaInP粗化层，AlGaInP粗化层为图案化的AlGaInP粗化层，在图案化的AlGaInP粗化层上设有ITO薄膜层，在ITO薄膜层上设有图案化的ITO薄膜接触层，在图案化的ITO薄膜接触层上设有金属电极层，在GaAs衬底的下面设有背电极层，其特征在于：所述金属电极层包括主电极和扩展电极，其中：主电极连接在图案化的AlGaInP粗化层上，扩展电极连接在ITO薄膜层上。
2.一种带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）、制作发光二极管外延片：在GaAs衬底的上面依次外延生长缓冲层、n-AIGaInP限制层、MQW多量子阱有源层、p-AIGaInP限制层、p-GaP窗口层和AlGaInP粗化层，完成发光二极管外延片制作；
（2）、在AlGaInP粗化层上制作图案化的粗化层：采用AlGaInP粗化溶液对AlGaInP粗化层进行粗化处理，在AlGaInP粗化层上采用PECVD生长第一介质膜层；采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的第一介质膜层，利用AlGaInP腐蚀液对没有第一介质膜层的保护区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将第一介质膜层去除；
（3）、在图案化的AlGaInP粗化层上制作ITO薄膜层；
（4）、在ITO薄膜层上制作图案化的ITO薄膜接触层：在ITO薄膜层上采用PECVD生长一层第二介质膜层；采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的第二介质膜层，利用ITO腐蚀液对没有第二介质膜层保护的区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将第二介质膜层去除；
（5）、在图案化的ITO薄膜接触层上制作金属电极层：采用负胶套刻和蒸镀方式制作图案化的金属电极层，主电极形成于AlGaInP粗化层上，扩展电极形成于ITO薄膜层上；
（6）、在GaAs衬底的下侧面制作背电极层。
3.根据权利要求2所述的带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（2、4）中，PECVD制作的第一介质膜层、第二介质膜层均由SiO2或 SiNxOy绝缘材料或前述的任意组合之一制成，其中 x>0，0<y<2。
4.根据权利要求2所述的带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（2）中，AlGaInP粗化层的粗化深度为350±50nm。
5.根据权利要求2所述的带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法，其特征在于：在步骤（5）中，蒸镀方式制作图案化的金属电极层的材料为 Cr、Pt、Ti、Al或Au中的一种或前述的任意组合之一。
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