CN112271241A - 一种大功率led芯片的制作工艺及led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大功率LED芯片的制作工艺及LED芯片，包括依次制作外延片、第一电流扩展层、反射层、第二电流扩展层、阻挡层、钝化层、金属层、P电极与N电极：其中第二电流扩展层的制作包括，先沉积一层第二电流扩展层并制作图形化的光刻胶层；然后对第二电流扩展层进行干法刻蚀，以形成与光刻胶层对应的图形化的第二电流扩展层，第二电流扩展层将位于芯片中P电极周围r1范围内的区域和位于P电极r2范围外的区域进行连续覆盖，其中，
R表示P电极与芯片边缘的最远距离。该图形化的第二电流扩展层，可以将P电极附近的区域与P电极较远的区域进行连续覆盖，将电流从高浓度区域向低浓度区域扩展，使电流更加均匀。
Description
技术领域
本发明属于半导体光电子领域，更具体地，涉及一种大功率LED芯片的制作工艺及LED芯片。
背景技术
在半导体发光芯片中，电流传导遵循最小距离原则，即电流从P电极传导至多个N孔时，将优先注入到距离P电极较近的N孔，进而从N孔扩展开来，而距离P电极较远的N孔或芯片边缘区域电流浓度低。
一般提高芯片电流扩展效果的方法，即在芯片P型半导体层上沉积一层TCO(透明导电氧化物)以增强电流的横向扩展，但对于寸尺较大的大功率芯片，在其P型半导体层上沉积一层TCO层已不能达到均匀、理想的电流扩展效果，具体表现为芯片电极附近有电流拥挤效应、芯片边缘发光区电流分布少、芯片整面电流分布不均匀，这些现象将导致芯片发光效率及可靠性的降低。为解决这个问题，技术人员提出增加TCO层厚度来提高电流扩展，据芯片的发光分布测试显示，此种方案确实可提高电流分布的均匀性，但同时，厚度增加的TCO层其光透过率降低导致了部分亮度损失，因此整体上并不能更好地提高芯片的发光效率。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种大功率LED芯片的制作工艺及LED芯片，其目的在于在设计一层图形化的第二电流扩展层以在现有基础上进一步提高大功率LED芯片中的电流扩展效果，同时提高透光率。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种大功率LED芯片的制作工艺。包括以下步骤：
S1，制作外延片；
S2，在外延片的表面沉积第一电流扩展层；
S3，在第一电流扩展层的上方沉积反射层；
S4，在反射层上方形成图形化的第二电流扩展层，包括，
S41，沉积一层第二电流扩展层并且制作图形化的光刻胶层；
S42，然后对所述第二电流扩展层进行干法刻蚀，以形成与所述光刻胶层对应的图形化的第二电流扩展层，所述图形化的第二电流扩展层将位于芯片中P电极周围r1范围内的区域和位于P电极r2范围外的区域进行连续覆盖，其中，
R表示P电极与芯片边缘的最远距离；
S5，在所述第二电流扩展层上沉积阻挡层；
S6，在所述阻挡层上沉积钝化层；
S7，在所述钝化层上蒸镀金属层，然后分别制作N电极与P电极。
通过上述技术方案，在反射层的上方增加了一层图形化的第二电流扩展层，可以将芯片中P电极附近的区域与P电极较远的的区域进行连续的覆盖，从而将电流从高浓度区域向低浓度区域扩展，使电流更加均匀。并且，由于该第二电流扩展层的设置，可以减薄反射层与外延片之间的第一电流扩展层，从而进一步提高光效。该图形化的第二电流扩展层在反射层之后制备，通过干法刻蚀可以避免湿法刻蚀下腐蚀液对反射层的影响，因此可以更好地控制该图形化的第二电流扩展层的形状。
本发明还提供了一种LED芯片，通过上述的制作工艺制成。
通过上述技术方案，可以在现有芯片中的反射层远离外延片的一侧制备出一种图形化的第二电流扩展层，提高芯片的光效和电流扩展的效果。
附图说明
图1是大功率LED芯片中电流的浓度分布示意图；
图2是一些实施例中的制作工艺流程图；
图3是另一些实施例中的制作工艺流程图；
图4是一些实施例中的第二电流扩展层的图形化示意图；
图5是另一些实施例中的第二电流扩展层的图形化示意图。
图中，1、第二电流扩展层；11、P电极；12、N电极。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1所示，本发明提出一种大功率LED芯片的制作工艺，包括以下步骤：
S1，制作外延片；外延片内从下至上一次包括有生长衬底、缓冲层和发光结构，发光结构从下至上依次包括N-GaN层、有源层、P-GaN层，P-GaN层和有源层内刻蚀有N孔，用于暴露N-GaN层，深度根据不同的外延片生长厚度决定，一般在1～1.5μm。
S2，在外延片的P-GaN层表面沉积第一电流扩展层。
S3，在第一电流扩展层的上方沉积反射层。
S4，在反射层上方形成图形化的第二电流扩展层，包括，
S41，沉积一层第二电流扩展层1并且制作图形化的光刻胶层；
S42，然后对第二电流扩展层1进行干法刻蚀，以形成与光刻胶层对应的图形化的第二电流扩展层1，该图形化的第二电流扩展层1将位于芯片中P电极11周围r1范围内的区域和位于P电极11r2范围外的区域进行连续覆盖，其中，
R表示P电极11与芯片边缘的最远距离。这是因为，P电极11周围
范围内的区域为电子的高浓度区域，P电极11周围
范围外的区域为电子的低浓度区域，位于这两个范围内的区域则为电子的中间浓度区域，将高浓度区域与低浓度区域之间连续地覆盖起来，可以实现将电流从高浓度区域向低浓度区域方向扩展。
S5，在所述第二电流扩展层1上沉积阻挡层。
S6，在所述阻挡层上沉积钝化层。
S7，在所述钝化层上蒸镀金属层，然后分别制作N电极与P电极。
具体地，第一电流扩展层和第二电流扩展层1均可以为ITO、ZnO、GaO、AZO、ATO、IZO、GZO或GTO或其他具有电流扩展效果的材料形成。第一电流扩展层的厚度为
第二电流扩展层1的厚度为
由于制备出来的第二电流扩展层1位于反射层远离外延片的一侧，因此其厚度可以达到
从而使得电流扩展效果更佳，且对芯片的透光率没有任何负面影响，而由于增加的第二电流扩展层1提高了电流扩展效果，因此，第一电流扩展层的厚度可以减薄至
从而进一步提高透光率。
由于反射层的材料通常是Ag/Al/Ag合金，而现有技术中在制备电流扩展层时采用的是湿法刻蚀，对于在反射层上方增加的第二电流扩展层1，如果也采用湿法刻蚀，其腐蚀液容易与反射层进行反应，对第二电流扩展层1的形状刻蚀也难以进行把控，而采用本申请的方法既可以避免对反射层的影响，还有利于控制其图形化，从而可以进一步提高电流扩展的效果。
具体地，步骤S41中的光刻胶层可以为正性光刻胶，也可以为负性光刻胶，两种不同的光刻胶会导致步骤S41中第二电流扩展层1与光刻胶层的制作顺序不同，并且会使得步骤S42中的干法刻蚀的具体操作方式也存在差异。
在一些实施例中，如图2所示，光刻胶层为正性光刻胶，步骤S41中会先沉积一层第二电流扩展层1，再制作图形化的光刻胶层，此时，光刻胶层的图形为“E”字形或呈栅格状。步骤S42中的干法刻蚀具体为：
S421，使用电感耦合等离子体刻蚀技术将未被所述光刻胶层覆盖的第二电流扩展层1进行刻蚀；
S422，刻蚀完成后，通过显影技术冲洗光刻胶层，余下的第二电流扩展层1即为图形化的第二电流扩展层1。
由于光刻胶层的图形为“E”字形或呈栅格状，将未被光刻胶层覆盖的区域进行腐蚀后，保留下来的则是被光刻胶层覆盖的区域，因此，余下的第二电流扩展层1也对应地呈“E”字形或呈栅格状。
其中，图形化的光刻胶层具体制作步骤为：
S411，在第二电流扩展层1表面匀正性光刻胶；
S412，使用呈“E”字形或呈栅格状的铬板将光刻胶进行遮挡，未被铬板遮挡的区域，进行紫外光照射，此时，正性光刻胶由不可溶物质转化为可溶物质；
S413，通过显影技术对未被铬板遮挡的光刻胶区域进行冲洗，余下的光刻胶即为所需的图形化的光刻胶层，呈“E”字形或呈栅格状。
进一步地，步骤S421是在ICP设备中进行刻蚀，具体为在ICP设备中通入Cl2，上电极功率80-120mw，下电极功率160-300mw，并通过峰谱监控仪来检测刻蚀终点，由于Cl2与反射层的金属反应速率较慢，因此也可以根据第二电流扩展层1的厚度和刻蚀的速率来确认刻蚀终点。
在另一些实施例中，如图3所示，光刻胶层为负性光刻胶，步骤S41中会先制作图形化的光刻胶层，再在光刻胶层上沉积一层第二电流扩展层1，此时，光刻胶层的图形为与“E”字形或呈栅格状互补的图形，步骤S42中的干法刻蚀具体为：
通过拉膜去胶技术将光刻胶层表面的第二电流扩展层1去除，余下的即为所述图形化的第二电流扩展层1。
由于光刻胶层的图形与“E”字形或呈栅格状互补，因此，将光刻胶上方的区域拉膜去除，保留下来的则是下方无光刻胶层的区域，因此，余下的第二电流扩展层1则对应呈“E”字形或呈栅格状。
其中，图形化的光刻胶层具体制作步骤为：
S411，在所述反射层表面匀所述负性光刻胶；
S412，使用“E”字形或栅格状的铬板将光刻胶进行遮挡，未被铬板遮挡的区域，进行紫外光照射，此时，负性光刻胶由可溶物质转化为不可溶物质；
S413，通过显影技术对被铬板遮挡的光刻胶区域进行冲洗，余下的光刻胶即为图形化的光刻胶层，呈与“E”字形或栅格状互补的图形。
不论使用正性光刻胶还是负性光刻胶，用来刻蚀的光刻胶层形状会互补，但最终形成的第二电流扩展层1均呈“E”字形或呈栅格状，如图1所示，该形状的第二电流扩展层1将P电极
范围内的区域与
范围外的区域连续起来，从而可以将距离P电极11最近的N孔位置与距离P电极11较远的N孔位置连起来，将电流从高浓度向低浓度方向扩展。
本发明还提出一种LED芯片，从下至上依次包括有外延片、第一电流扩展层、反射层、第二电流扩展层1、阻挡层、钝化层、金属层以及电极，电极包括P电极11和N电极12，第一电流扩展层通过现有技术中的湿法刻蚀制成，第二电流扩展层1则通过本申请的上述制作工艺中的S4来制成。
现有技术中，芯片只存在一个第一电流扩展层，并且位于外延片与反射层之间，如果过薄会影响电流的扩展，过厚则会影响透光，其厚度通常为
而本申请中在反射层的另一侧增加了一个图形化的第二电流扩展层1，两个电流扩展层均能实现电流的扩展功能，并且均是具有低电阻率和高光穿透率的特性。反射层上方的第二电流扩展层1使得反射层下方的第一电流扩展层的厚度可以比常规技术中更薄，厚度可以降低至
比前述的常规厚度成倍降低，从而可以使透光率增加，进一步提升了整个芯片的亮度。由于外延片位于反射层的下方，来自外延片中发光结构的光子在反射层的下表面就已经进行了反射，实现了出光目的，因此，位于反射层上方的第二电流扩展层1的厚度可以适当增厚，达到本申请的
且并不会影响器件的出光效果。
由于本申请针对的是大功率LED芯片，因此，与普通的LED芯片相比，面积更大，所以会导致在距离P电极11较远的N电极12附近电子浓度偏低。因此，增加的第二电流扩展层1经过图形化处理，通过这种图形化的设置，可以使得电子从P电极11出发后，部分电子直接通过该图形化的第二电流扩展层1的上表面进入到内部进行扩展，部分电子则通过图形的边缘侧壁进入内部进行扩展，从而增加了进入到该图形化第二电流扩展层1中的电子数量，提高扩展效果。因此，对第二电流扩展层1来说，电流的扩展难度与需求更高。通过本申请的设置，可以使电流尽可能地向芯片边缘扩展，结合两个电流扩展层的二次扩展，使电流从P电极11(电流高浓度)完全扩展至离P电极11较远的边缘发光区(电流低浓度)，从而电流能在发光区均匀分布。
具体地，如图4所示，在一些实施例中，N电极12为5个，图形化的第二电流扩展层1为开口朝下的“E”字形，从而可以将5个N电极12的区域连通起来，由于距离P电极11最远的一个N电极12电子浓度最低，通过这种图形的第二电流扩展层1，可以将距离P电极11较近区域的电子浓度向较远区域扩展，从而更加均匀。
如图5所示，在另一些实施例中，图形化的第二电流扩展层1为栅格状，栅格状中的每一格均有四个侧壁，因此，进入到每一格中的电子都可以向四面侧壁中扩散，进入到第二电流扩展层1中，从而可以有效减缓电子直线向N电极12的方向前进，提高电流扩展的效果。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1，制作外延片；
S2，在外延片的表面沉积第一电流扩展层；
S3，在第一电流扩展层的上方沉积反射层；
S4，在反射层上方形成图形化的第二电流扩展层，包括，
S41，在反射层的上方制作第二电流扩展层和图形化的光刻胶层；
S42，然后对所述第二电流扩展层进行干法刻蚀，以形成与所述光刻胶层对应的所述图形化的第二电流扩展层，所述图形化的第二电流扩展层将位于芯片中P电极周围r1范围内的区域和位于P电极r2范围外的区域进行连续覆盖，其中，
R表示P电极与芯片边缘的最远距离；
S5，在所述第二电流扩展层上沉积阻挡层；
S6，在所述阻挡层上沉积钝化层；
S7，在所述钝化层上蒸镀金属层，然后分别制作N电极与P电极。
2.根据权利要求1所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，S4中，所述光刻胶层为正性光刻胶，步骤S41中先沉积一层第二电流扩展层，再制作图形化的光刻胶层，所述光刻胶层呈“E”字形或呈栅格状，步骤S42中干法刻蚀具体为：
S421，使用电感耦合等离子体刻蚀技术将未被所述光刻胶层覆盖的第二电流扩展层进行刻蚀；
S422，刻蚀完成后，通过显影技术冲洗光刻胶层，余下的第二电流扩展层即为所述的图形化的第二电流扩展层。
3.根据权利要求2所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，图形化的光刻胶层具体制作步骤S41为：
S411，在所述第二电流扩展层表面匀所述正性光刻胶；
S412，使用呈“E”字形或呈栅格状的铬板将光刻胶进行遮挡，未被铬板遮挡的区域，进行紫外光照射；
S413，通过显影技术对未被铬板遮挡的光刻胶区域进行冲洗，余下的光刻胶即为所需的图形化的光刻胶层。
4.根据权利要求2所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，S421中，进行刻蚀是在ICP设备中进行，在所述ICP设备中通入Cl2，上电极功率80-120mW，下电极功率160-300mw，并通过峰谱监控仪检测刻蚀终点。
5.根据权利要求1所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，S4中，所述光刻胶层为负性光刻胶，步骤S41中先制作图形化的光刻胶层，再沉积一层第二电流扩展层，所述光刻胶层呈与“E”字形或与栅格状互补的图形，步骤S42中干法刻蚀具体为：
通过拉膜去胶技术将光刻胶层表面的第二电流扩展层去除，余下的即为所述的图形化的第二电流扩展层。
6.根据权利要求5所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，图形化的光刻胶层具体制作步骤为：
S411，在所述反射层表面匀所述负性光刻胶；
S412，使用与“E”字形或与栅格状图形互补的铬板将光刻胶进行遮挡，未被铬板遮挡的区域，进行紫外光照射；
S413，通过显影技术对被铬板遮挡的光刻胶区域进行冲洗，余下的光刻胶即为图形化的光刻胶层。
7.根据权利要求2或5所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，所述第一电流扩展层的厚度为
8.根据权利要求2或5所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，S41中，所述第二电流扩展层为ITO、ZnO、GaO、AZO、ATO、IZO、GZO或GTO。
9.根据权利要求8所述的大功率LED芯片的制作工艺，其特征在于，所述第二电流扩展层的厚度为
10.一种LED芯片，其特征在于，通过如权利要求1-9任意一项所述的制作工艺制成。
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Denomination of invention: A Manufacturing Process for High Power LED Chip and LED Chip Effective date of registration: 20231026 Granted publication date: 20220422 Pledgee: Guanggu Branch of Wuhan Rural Commercial Bank Co.,Ltd. Pledgor: HUAYINXIN (WUHAN) TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023980062852 |