CN108231961B - 一种led芯片结构的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种LED芯片结构的制作方法，通过在通孔的侧壁以及暴露出的透明导电层的表面以及暴露出的第二型半导体层的表面以及电极凹槽的底部沉积Al层，合金完成后，以使在透明导电层表面的Al层与透明导电层进行掺杂形成掺杂膜层，该掺杂膜层相比较纯的透明导电层的方阻更低，与第二型半导体层之间的接触电阻更高，且在第二型半导体层表面的Al层形成Al2O3层，即绝缘层，进而可以实现电流在透明导电层保留位置强制分布的需求。也就是说，实现在透明导电层开孔位置电流阻挡以及透明导电层保留位置电流扩散的目的，实现电流的强制分布，通过设计不同的开孔位置实现电流在芯片不同位置电流均匀分布。

Description

一种LED芯片结构的制作方法
技术领域
本发明涉及LED芯片制作技术领域，更具体地说，尤其涉及一种LED芯片结构的制作方法。
背景技术
随着科学技术的不断发展，发光二极管LED已广泛应用于人们的日常生活、工作以及工业中，为人们的生活带来了极大的便利。
发光二极管(Light Emitting Diode，LED)具有效率高、能耗低、寿命长、无污染、体积小、色彩丰富等诸多优点，被广泛应用在照明、显示和背光等领域。
常规的功率LED芯片制作工艺包括Mesa光刻、CBL光刻、ITO镀膜、PAD光刻以及PV光刻五道工序，其中CBL的目的是为了实现电流的强制均匀分布，避免P电极注入电流集中在P电极正下方，影响芯片发光效率。由于需要达到该目的，因此在芯片制作的过程中就会多出一道CBL光刻和湿法刻蚀，另外由于CBL光刻常用材料为SiO2，而PV光刻的常用材料也是SiO2，从而导致PV光刻与PAD光刻不能使用同一步的光刻制程。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供了一种LED芯片结构的制作方法，该制作方法在实现了强制电流分布的情况下，减少了光刻工序，简化制程，降低生成成本。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种LED芯片结构的制作方法，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延层结构；所述外延层结构包括：在第一方向上依次设置的第一型半导体层、多量子阱层以及第二型半导体层；其中，所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构；
刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分多量子阱层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成电极凹槽；
在所述第二型半导体层背离所述衬底的表面以及所述电极凹槽的底部形成透明导电层；
对所述透明导电层进行刻蚀，直至暴露出所述第二型半导体层，形成多个贯穿所述透明导电层的通孔；
在所述透明导电层背离所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽的侧壁形成钝化层；
刻蚀所述钝化层，暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域，在所述通孔的侧壁以及暴露出的所述透明导电层的表面以及暴露出的所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽底部的透明导电层上沉积Al层；
对所述LED芯片结构进行合金操作，以使在所述透明导电层表面的Al层与所述透明导电层进行掺杂形成掺杂膜层，在所述第二型半导体层表面的Al层形成Al2O3层；
在暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域上设置第一金属电极，在所述电极凹槽内设置第二金属电极。
优选的，在上述制作方法中，所述第一型半导体层为N型氮化镓层，所述第二型半导体层为P型氮化镓层。
优选的，在上述制作方法中，所述电极凹槽的深度范围为1μm-2μm，包括端点值。
优选的，在上述制作方法中，所述透明导电层为氧化铟锡透明导电层，所述氧化铟锡透明导电层的厚度范围为200埃-3000埃，包括端点值。
优选的，在上述制作方法中，所述钝化层的厚度范围为600埃-3000埃，包括端点值。
优选的，在上述制作方法中，所述Al层的厚度范围为10埃-100埃，包括端点值。
优选的，在上述制作方法中，所述第一金属电极与所述第二金属电极材料相同。
优选的，在上述制作方法中，所述刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分多量子阱层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成电极凹槽，采用的是干法刻蚀。
优选的，在上述制作方法中，所述对所述透明导电层进行刻蚀，直至暴露出所述第二型半导体层，形成多个贯穿所述透明导电层的通孔，采用的是光刻和湿法刻蚀。
优选的，在上述制作方法中，所述对所述LED芯片结构进行合金操作，采用的是炉管进行合金操作，合金温度范围为200℃-600℃，包括端点值，合金持续时间为5min-40min，包括端点值。
通过上述描述可知，本发明提供的一种LED芯片结构的制作方法，通过在所述通孔的侧壁以及暴露出的所述透明导电层的表面以及暴露出的所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽底部的透明导电层上沉积Al层，合金完成后，以使在所述透明导电层表面的Al层与所述透明导电层进行掺杂形成掺杂膜层，该掺杂膜层相比较纯的透明导电层的方阻更低，与第二型半导体层之间的接触电阻更高，且在所述第二型半导体层表面的Al层形成Al2O3层，即绝缘层，进而可以实现电流在透明导电层保留位置强制分布的需求。
也就是说，实现在透明导电层开孔位置电流阻挡以及透明导电层保留位置电流扩散的目的，实现电流的强制分布，通过设计不同的开孔位置实现电流在芯片不同位置电流均匀分布。
相比较现有技术而言，减少了CBL光刻工序，简化流程，降低生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种LED芯片结构的制作方法的流程示意图；
图2-图10为图1所示的制作方法对应的制作工艺过程中的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种LED芯片结构的制作方法的流程示意图。
所述制作方法包括：
S101：提供一衬底。
具体的，如图2所示，所述衬底11包括但不限定于硅衬底。
S102：在所述衬底上形成外延层结构；所述外延层结构包括：在第一方向上依次设置的第一型半导体层、多量子阱层以及第二型半导体层；其中，所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构。
具体的，如图2所示，本发明中外延层结构包括第一型半导体层12、多量子阱层13以及第二型半导体层14仅仅以举例的形式进行说明，对其外延层结构并不作限定。其中，所述第一型半导体层12为N型半导体层，第二型半导体层13为P型半导体层。
可选的，N型半导体层为N型氮化镓层，P型半导体层为P型氮化镓层。
S103：刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分多量子阱层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成电极凹槽。
具体的，如图3所示，利用光刻胶，将需要制作的图形复刻在外延层上，采用干法刻蚀的方式对外延层结构进行刻蚀，其中，使用的刻蚀气体为Cl2、BCl3以及Ar，所述电极凹槽15的深度范围为1μm-2μm，包括端点值，目的是为了裸露出N型半导体层，便于后续制作N电极。
需要说明的是，对部分第二型半导体层14以及部分多量子阱层13进行刻蚀时，可以控制到刚刚暴露出第一型半导体层12即可，也可以对第一型半导体层12进行一定厚度的刻蚀，在本发明中并不作限定。
S104：在所述第二型半导体层背离所述衬底的表面以及所述电极凹槽的底部形成透明导电层。
具体的，如图4所示，所述透明导电层16为氧化铟锡透明导电层，所述氧化铟锡透明导电层的厚度范围为200埃-3000埃，包括端点值。
S105：对所述透明导电层进行刻蚀，直至暴露出所述第二型半导体层，形成多个贯穿所述透明导电层的通孔。
具体的，如图5所示，采用光刻及湿法刻蚀的方式制作氧化铟锡透明导电层的图形，使用光刻和湿法刻蚀的方式对氧化铟锡透明导电层进行图形制作，且使用快速退火炉对氧化铟锡透明导电层进行退火处理，即完成图形化氧化铟锡透明导电层的制作。
可选的，在湿法刻蚀的过程中使用盐酸和氯化铁的混合溶液对其进行刻蚀。
需要说明的是，所述通孔17的大小以及形状并不作限定，且各个通孔之间的大小以及形状也不作限定，可根据具体情况而定。
S106：在所述透明导电层背离所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽的侧壁形成钝化层。
具体的，如图6所示，使用PECVD沉积工艺，在所述透明导电层16背离所述第二型半导体层14的表面以及所述电极凹槽15的侧壁沉积一层钝化层18，其中钝化层18包括但不限定于SiO2层，所述钝化层18的厚度范围为600埃-3000埃，包括端点值，例如所述钝化层18的厚度为700埃或2000埃或2500埃等。
S107：刻蚀所述钝化层，暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域，在所述通孔的侧壁以及暴露出的所述透明导电层的表面以及暴露出的所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽底部的透明导电层上沉积Al层。
具体的，如图7所示，使用湿法刻蚀的方式去除不需要位置的钝化层，以暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域，其中，湿法刻蚀的过程中使用氢氟酸与氟化铵混合溶液或氢氟酸对其进行刻蚀。
如图7和图8所示，当刻蚀完成后无需去除光刻胶19，直接使用溅射机台在所述通孔17的侧壁以及暴露出的所述透明导电层16的表面以及暴露出的所述第二型半导体层14的表面以及所述电极凹槽15的底部沉积一层Al层，Al层的厚度范围为10埃-100埃，包括端点值。
如图8所示，当Al层沉积完成后再去除光刻胶19。
S108：对所述LED芯片结构进行合金操作，以使在所述透明导电层表面的Al层与所述透明导电层进行掺杂形成掺杂膜层，在所述第二型半导体层表面的Al层形成Al2O3层。
具体的，当Al层沉积完成且去除光刻胶之后，对其半成品芯片进行合金操作，该合金操作包括但不限定于采用炉管通入氮气进行合金操作，合金温度范围为200℃-600℃，包括端点值，合金持续时间为5min-40min，包括端点值。
如图9所示，在所述透明导电层16表面的Al层与所述透明导电层16进行掺杂形成掺杂膜层21，该掺杂膜层21相比较纯的透明导电层16的方阻更低，与第二型半导体层14之间的接触电阻更高，且在所述第二型半导体层14表面的Al层形成Al2O3层22，即绝缘层，进而可以实现电流在透明导电层保留位置强制分布的需求。
也就是说，实现在透明导电层16开孔位置电流阻挡以及透明导电层16保留位置电流扩散的目的，实现电流的强制分布，通过设计不同的开孔位置实现电流在芯片不同位置电流均匀分布。
S109：在暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域上设置第一金属电极，在所述电极凹槽内设置第二金属电极。
具体的，如图10所示，所述第一金属电极23和所述第二金属电极24的材料相同，均是由一种或多种层叠而成，包括Cr金属、Ni金属、Al金属、Ti金属、Pt金属、Au金属及Sn金属，最后使用剥离的方式去除不需要的金属层，完成电极的制作。
通过上述描述可知，本发明提供的一种LED芯片结构的制作方法，通过在所述通孔的侧壁以及暴露出的所述透明导电层的表面以及暴露出的所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽底部的透明导电层上沉积Al层，合金完成后，以使在所述透明导电层表面的Al层与所述透明导电层进行掺杂形成掺杂膜层，该掺杂膜层相比较纯的透明导电层的方阻更低，与第二型半导体层之间的接触电阻更高，且在所述第二型半导体层表面的Al层形成Al2O3层，即绝缘层，进而可以实现电流在透明导电层保留位置强制分布的需求。
也就是说，实现在透明导电层开孔位置电流阻挡以及透明导电层保留位置电流扩散的目的，实现电流的强制分布，通过设计不同的开孔位置实现电流在芯片不同位置电流均匀分布。
相比较现有技术而言，也减少了CBL光刻工序，简化流程，降低生产成本。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种LED芯片结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上形成外延层结构；所述外延层结构包括：在第一方向上依次设置的第一型半导体层、多量子阱层以及第二型半导体层；其中，所述第一方向垂直于所述衬底，且由所述衬底指向所述外延层结构；
刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分多量子阱层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成电极凹槽；
在所述第二型半导体层背离所述衬底的表面以及所述电极凹槽的底部形成透明导电层；
对所述透明导电层进行刻蚀，直至暴露出所述第二型半导体层，形成多个贯穿所述透明导电层的通孔；
在所述透明导电层背离所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽的侧壁形成钝化层；
刻蚀所述钝化层，暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域，在所述通孔的侧壁以及暴露出的所述透明导电层的表面以及暴露出的所述第二型半导体层的表面以及所述电极凹槽底部的透明导电层上沉积Al层；
对所述LED芯片结构进行合金操作，以使在所述透明导电层表面的Al层与所述透明导电层进行掺杂形成掺杂膜层，在所述第二型半导体层表面的Al层形成Al2O3层；
在暴露出设置有所述通孔的透明导电层区域上设置第一金属电极，在所述电极凹槽内设置第二金属电极。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一型半导体层为N型氮化镓层，所述第二型半导体层为P型氮化镓层。
3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述电极凹槽的深度范围为1μm-2μm，包括端点值。
4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电层为氧化铟锡透明导电层，所述氧化铟锡透明导电层的厚度范围为200埃-3000埃，包括端点值。
5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述钝化层的厚度范围为600埃-3000埃，包括端点值。
6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述Al层的厚度范围为10埃-100埃，包括端点值。
7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一金属电极与所述第二金属电极材料相同。
8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述刻蚀去除部分第二型半导体层以及部分多量子阱层，直至暴露出所述第一型半导体层，形成电极凹槽，采用的是干法刻蚀。
9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述对所述透明导电层进行刻蚀，直至暴露出所述第二型半导体层，形成多个贯穿所述透明导电层的通孔，采用的是光刻和湿法刻蚀。
10.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述对所述LED芯片结构进行合金操作，采用的是炉管进行合金操作，合金温度范围为200℃-600℃，包括端点值，合金持续时间为5min-40min，包括端点值。
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