CN111987201A - 一种GaAs基发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种GaAs基发光二极管芯片的制备方法，属于光电子技术领域，包括在GaAs基发光二极管外延片p型外延层GaP上蒸镀电流扩展导电膜ITO；通过对表面的电流扩展导电膜ITO高温退火形成欧姆接触；N面减薄，蒸镀N面Au制作N电极，N面合金；在电流扩展导电膜ITO表面涂匀负性光刻胶，通过对准、曝光、显影光刻出电极图形；采用等离子去胶机去除负性光刻胶胶膜，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl或者TiAl，常规剥离制作出P电极；将芯片分割成单独的发光二极管管芯。本发明简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高工作效率，同时又降低了光刻胶、化学药品等原材料的消耗。
Description
技术领域
本发明涉及一种GaAs基发光二极管芯片的制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
LED是第一个进入市场的商用化合物半导体，已经有40多年的发展历程，最早的LED是采用LPE(液相外延生长)技术做成的红光GaAsP LED，但是这些LED的性能相对于目前来说比较低。1970年，在GaP和GaAsP中加入氮的方法提出后，提升了LED的性能并且制作出了除红光以外的绿光、橘黄色光等LED器件。20世纪80年代初，利用液相淀积技术制成的AlGaAs LED具有较好的性能。20世纪90年代后，由于新型材料以及新的外延技术引入到红光LED的研究中，利用有机金属化学气相淀积法(MOCVD)制作的GaAs基AlGaInP LED大大改善了红色和黄色光谱区的LED性能。
光刻工艺是把掩膜版上的图形转移到晶片上，使晶片上具有想要制作的器件的光刻胶图形形貌，为了将器件的图形结构转移到晶片上，就需要对光刻后的晶片进行微细图形化处理，处理方法通常采用湿法腐蚀和干法刻蚀等。湿法腐蚀是把进行光刻前所沉积的薄膜中没有被光刻胶覆盖和保护的部分用化学溶液去除，以完成转移掩膜图形到薄膜上面的目的。
中国专利文献CN102468382A公开了《一种GaAs衬底AlGaInP发光二极管的制备方法》，通过使用背面透切的切割方式，能够减少正表面发光面积的损失，增加发光二极管的出光效率；但未涉及减少电极制造过程的方法。
中国专利文献CN104600168A公开了一种《GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法》，通过配置对Au、GaP均能造成腐蚀作用的腐蚀液，制备p型金属电极和粗糙的GaP出光面，也未涉及减少电极制造过程的方法。
现阶段在制备GaAs基发光二极管芯片的过程中，很多时候需要对晶片进行多次连续细微图形化处理，每处理完一次，都需要腐蚀、去胶，然后再重新制作新的光刻胶图形，使得工艺过程时间比较长，步骤繁多。
发明内容
针对现有GaAs基发光二极管芯片制备技术存在的时间较长、步骤较多的问题，本发明提出了一种流程简化，工作效率提高，同时又降低了原材料消耗的GaAs基发光二极管芯片的制备方法。
本发明采用以下技术方案：
一种GaAs基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
(1)在GaAs基发光二极管外延片p型外延层GaP上蒸镀电流扩展导电膜ITO；
(2)通过对表面的电流扩展导电膜ITO高温退火形成良好欧姆接触；
(3)N面减薄，蒸镀N面Au制作N电极，N面合金，即在高温下将N面金属Au与减薄完的衬底进行金属融合；
(4)在电流扩展导电膜ITO表面涂匀负性光刻胶，通过对准、曝光、显影光刻出电极图形，负性光刻胶相比正性光刻胶得到的电极图形更好；
(5)采用等离子去胶机去除负性光刻胶胶膜，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl或者TiAl，常规剥离实现一次性光刻制作出P电极；此处的等离子去胶机采用市售产品即可；
(6)按芯片的尺寸采用金刚刀切割的方式将芯片分割成单独的发光二极管管芯，分割方式可采用常规方式作业实现，得到GaAs基四元发光二极管芯片。
优选的，步骤(1)中，所述电流扩展导电膜ITO的厚度为
优选的，步骤(2)中，电流扩展导电膜ITO退火温度为360～550℃。
优选的，步骤(3)中，N面减薄厚度为140～190μm，N面合金温度为260～400℃，N面Au的厚度为
优选的，步骤(4)进一步为：
在电流扩展导电膜ITO表面涂匀负性光刻胶，依次进行烘烤、对准曝光、烘烤、显影；首先用烘箱在90～110℃(100℃)下烘烤15～20分钟，然后在紫外线下曝光7-15秒，再在100℃下烘箱中烘烤10-15分钟，再使用浓度为2～2.5％四甲基氢氧化铵液显影40～60秒，然后烘干。
进一步优选的，负性光刻胶的厚度1.8μm～3.5μm。
优选的，步骤(5)中，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl时，Gr厚度：
Ti厚度：
Al厚度：2.5～3.5μm。
本发明未详尽之处，均可采用现有技术。
本发明的有益效果为：
本发明通过在p型外延层GaP的表面蒸镀ITO，然后在ITO表面涂匀负性光刻胶，通过曝光、烘烤、显影，然后蒸镀GrTiAl剥离制做出P电极图形，本发明中省去常规的工艺中二次光刻，直接一次进行曝光、显影步骤，简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高工作效率，同时又降低了光刻胶、化学药品等原材料的消耗。
附图说明
图1为本发明中步骤(1)GaAs基LED芯片外延层蒸镀ITO示意图；
图2为发明中步骤(3)N面GaAs减薄后的结构示意图；
图3为本发明中步骤(3)蒸镀N面金属制作N电极示意图；
图4为发明中步骤(4)ITO电流扩展导电膜上涂负性光刻胶的结构示意图；
图5为本发明中步骤(5)制作负性光刻胶图形示意图；
图6为本发明中步骤(5)蒸镀GrTiAl；
图7为剥离后P电极示意图；
图8为本发明步骤(6)制得的LED四元芯片剖视图；
图中，1、GaAs基衬底，2、外延片，3、电流扩展导电膜ITO，4、N电极，5、负性光刻胶，6、GrTiAl。
具体实施方式：
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述，但不仅限于此，本发明未详尽说明的，均按本领域常规技术。
实施例1：
一种GaAs基发光二极管芯片的制备方法，如图1～8所示，包括以下步骤：
(1)如图1所示，在GaAs基发光二极管外延片2的p型外延层GaP上蒸镀电流扩展导电膜ITO 3，电流扩展导电膜ITO的厚度为
(2)通过对表面的电流扩展导电膜ITO 3高温退火形成良好欧姆接触，退火温度为4000℃；
(3)N面减薄，减薄厚度为150μm，如图2所示，蒸镀N面Au制作N电极4，如图3所示，N面合金，即在高温下(300℃)将N面金属Au与减薄完的GaAs基衬底1进行金属融合；
(4)如图4所示，在电流扩展导电膜ITO 3表面涂匀负性光刻胶5，负性光刻胶5的厚度2μm，通过对准、曝光、显影光刻出电极图形，负性光刻胶5相比正性光刻胶得到的电极图形更好；
(5)采用等离子去胶机去除负性光刻胶胶膜，如图5所示，在带负性光刻胶5的晶片表面蒸镀GrTiAl 6，如图6所示，Gr厚度：
Ti厚度：
Al厚度：3μm，常规剥离实现一次性光刻制作出P电极；
(6)按芯片的尺寸采用金刚刀切割的方式将芯片分割成单独的发光二极管管芯，分割方式可采用常规方式作业实现，得到GaAs基四元发光二极管芯片。
对比例1：
(1)在GaAs基发光二极管外延片p型外延层GaP上涂上正性光刻胶，并通过常规光刻、腐蚀GaP将得到电极图形；
(2)在GaAs基发光二极管外延片p型外延层GaP上蒸镀电流扩展导电膜ITO并进行退火；
(3)在电流扩展导电膜ITO表面涂匀负性光刻胶，通过对准、曝光、显影光刻出电极图形；
(4)采用等离子去胶机去除负性光刻胶胶膜，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl，常规剥离；
(5)N面减薄，蒸镀N面Au制作N电极，N面合金；
(6)按芯片的尺寸采用金刚刀切割的方式将芯片分割成单独的发光二极管管芯，分割方式可采用常规方式作业实现，得到GaAs基四元发光二极管芯片。
对比例2：
(1)N面减薄，蒸镀N面Au制作N电极，N面合金；
(2)在GaAs基发光二极管外延片p型外延层GaP上涂匀负性光刻胶，通过对准、曝光、显影光刻出电极图形；
(3)采用等离子去胶机去除负性光刻胶胶膜，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl，常规剥离实现一次性光刻制作出P电极；
(4)按芯片的尺寸采用金刚刀切割的方式将芯片分割成单独的发光二极管管芯，分割方式可采用常规方式作业实现，得到GaAs基四元发光二极管芯片。
对采用上述实施例1、对比例1、对比例2分别制备得到的芯片进行芯片亮度、生产周期、原材料的消耗以及对档率进行测试或统计，以6*6mil芯片进行对比数据如表1所示。
表1：采用实施例1、对比例1和对比例2的制备方法得到的芯片性能对比表
| 芯片亮度 | 生产周期 | 原材料的消耗 | 对档率 | |
| 实施例1 | 180-190mcd | 24h/片 | 10-15元/片 | ＞95％ |
| 对比例1 | 180-190mcd | 32h/片 | 20-25元/片 | ＞93％ |
| 对比例2 | 100-120mcd | 18h/片 | 8-10元/片 | ＜50％ |
从表1可以看出，本发明的实施例1中，与对比例1相比，芯片亮度差不多，但实施例1生产周期较短、原材料消耗少，对档率有一定的提高，在制备芯片数量较多时，更能凸显本发明的有益效果；
对比例2虽然比本发明的实施例1缩短了生产周期，降低了原材料的消耗，但其芯片亮度明显降低，对档率远远低于实施例1；
综上，本发明中步骤顺序的改变，以及增加或减少某些步骤，所达到的效果均低于本发明，本发明简化了工艺流程，缩短了生产周期，提高了产品质量，同时又降低了光刻胶、化学药品等原材料的消耗。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)在GaAs基发光二极管外延片p型外延层GaP上蒸镀电流扩展导电膜ITO；
(2)通过对表面的电流扩展导电膜ITO高温退火形成欧姆接触；
(3)N面减薄，蒸镀N面Au制作N电极，N面合金，即在高温下将N面金属Au与减薄完的衬底进行金属融合；
(4)在电流扩展导电膜ITO表面涂匀负性光刻胶，通过对准、曝光、显影光刻出电极图形；
(5)采用等离子去胶机去除负性光刻胶胶膜，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl或者TiAl，常规剥离制作出P电极；
(6)将芯片分割成单独的发光二极管管芯。
2.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，所述电流扩展导电膜ITO的厚度为
3.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(2)中，电流扩展导电膜ITO退火温度为360～550℃。
4.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(3)中，N面减薄厚度为140～190μm，N面合金温度为260～400℃。
5.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(4)进一步为：
在电流扩展导电膜ITO表面涂匀负性光刻胶，依次进行烘烤、对准曝光、烘烤、显影；首先用烘箱在90～110℃(100℃)下烘烤15～20分钟，然后在紫外线下曝光7-15秒，再在100℃下烘箱中烘烤10-15分钟，再使用浓度为2～2.5％四甲基氢氧化铵显影40～60秒，然后烘干。
6.根据权利要求5所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，负性光刻胶的厚度1.8μm～3.5μm。
7.根据权利要求1所述的GaAs基发光二极管芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤(5)中，在带负性光刻胶的晶片表面蒸镀GrTiAl时，Gr厚度：
Ti厚度：
Al厚度：2.5～3.5μm。
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| CN114807853B (zh) * | 2022-03-22 | 2024-03-12 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种导电膜层的制备方法、导电膜层及发光二极管 |
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