CN117393662A - 一种电流阻挡层的制备方法、硅衬底垂直结构led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电流阻挡层的制备方法、硅衬底垂直结构LED芯片。电流阻挡层的制备方法包括以下步骤：（1）清洗硅衬底外延片表面；（2）使用气相化学沉积仪在硅衬底外延片表面沉积二氧化硅；（3）在所述二氧化硅表面沉积氧化铝；（4）在所述氧化铝表面涂覆光刻胶，使用掩膜版曝光后显影并刻蚀二氧化硅和氧化铝至外延片表面露出，去除光刻胶，得到电流阻挡层。硅衬底垂直结构LED芯片自下而上为硅基板、保护粘结金属层、反射金属层、电流阻挡层、半导体发光层、N电极金属层。本发明的电流阻挡层可抑制N电极下方有源区发光，使电流扩散更均匀、提高芯片发光效率；避免现有工艺在制备电流阻挡层时产生的刻蚀损伤导致芯片良率和可靠性降低。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制造领域，具体涉及一种LED芯片电流阻挡层的制备方法及硅衬底垂直结构LED芯片设计。
背景技术
发光二极管不同于以往的传统光源，具有很多独特的优势，比如长寿命、低功耗、无污染和辐射等，因此广泛应用在照明、显示、植物生长、光通信等领域。最早出现的LED芯片结构为正装结构，但电极挡光问题制约了其出光效率的最大化。倒装结构LED芯片光从背面出射，但无法满足大功率芯片的使用要求。垂直结构LED芯片可使用高热导率的衬底，同时其垂直电流传输的方式也在一定程度上缓解了电流拥挤效应。传统蓝宝石衬底制备垂直结构LED芯片时存在衬底剥离困难的问题。
在垂直结构LED芯片中正面N电极下方是电流注入最为密集的区域，但这部分发出的光会被N电极金属遮挡无法出射，降低芯片的发光强度、发光效率。为了解决这一问题，最常用的方法为引入电流阻挡层抑制N电极下方有源层发光。电流阻挡层可以阻挡电流直接在上下电极间垂直注入，减小了N电极下方有源区的电流密度，抑制N电极下方有源区发光，提高芯片发光效率；缓解了N电极下方的电流拥挤效应，使电流扩散更加均匀。
现有的硅衬底垂直结构LED芯片制备电流阻挡层的方法为：首先在硅衬底外延片表面涂覆光刻胶，使用掩膜版曝光显影后，使用氩等离子体刻蚀未被光刻胶覆盖的外延片表面，至暴露出的外延片表面形成高阻，去除光刻胶后即电流阻挡层。
现有的硅衬底垂直结构LED芯片制备电流阻挡层的工艺中使用氩等离子体刻蚀时，高能等离子体轰击硅衬底外延片表面的氮化镓材料，产生的刻蚀损伤导致制成的芯片容易发生静电击穿而失效，降低了LED芯片良率及可靠性。
发明内容
鉴于此，本发明提出一种电流阻挡层的制备方法、硅衬底垂直结构LED芯片，解决上述现有技术中的不足。
本发明提供一种电流阻挡层的制备方法，技术方案如下：
步骤S1：清洗硅衬底外延片表面；
步骤S2：使用气相化学沉积仪在所述硅衬底外延片表面沉积二氧化硅；
步骤S3：在所述二氧化硅表面沉积氧化铝；
步骤S4：在所述氧化铝表面涂覆光刻胶，使用掩模版曝光后显影并刻蚀二氧化硅和氧化铝至外延片表面露出，去除光刻胶，得到电流阻挡层。
进一步的，所述步骤S1中清洗时，使用到的清洗剂包括有机物清洗剂、金属颗粒清洗剂、氧化物颗粒清洗剂。
进一步的，所述步骤S2中沉积二氧化硅时，沉积速率为1-40Å/s，沉积厚度为100-8000Å。
进一步的，所述步骤S3中沉积氧化铝时，沉积设备包括电子束蒸发镀膜机、原子层沉积设备，沉积厚度为10-800Å。
进一步的，所述步骤S4中刻蚀时，刻蚀液为氧化物刻蚀液，刻蚀深度为二氧化硅厚度与氧化铝厚度之和。
所述的硅衬底垂直结构LED芯片，由下至上依次包括硅基板、保护粘结金属层、反射金属层、电流阻挡层、半导体发光层、N电极金属层，电流阻挡层为图形化的氧化铝和二氧化硅叠层结构。
进一步的，所述的硅衬底垂直结构LED芯片，所述电流阻挡层的图形在空间上对应于N电极金属层的图形，且电流阻挡层的图形面积大于N电极金属层图形的面积。
电流阻挡层的图形在空间上对应于N电极金属层的图形，具体为：对于电流阻挡层与N电极金属层在平行于二者的平面上形成的投影，电流阻挡层的投影可以完全覆盖N电极金属层的投影，使N电极区域的电流无法垂直流通。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在二氧化硅层上叠加氧化铝层，使二氧化硅层与反射金属层间结合更加紧密，不易脱落；通过绝缘材料二氧化硅与氧化铝的叠加，避免等离子体轰击产生的损伤造成芯片良率、可靠性降低的问题；将原本需要制备的钝化层、电流阻挡层合并，仅需制备一次电流阻挡层，无需另外制备钝化层，可同时具有电流阻挡以及钝化的作用，使制备工艺流程缩短，芯片制备成本降低。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明做进一步的说明。
图１为本发明实施例1中电流阻挡层结构的剖面示意图。
图2为本发明实施例1中的一种N电极金属层俯视图。
图3为本发明实施例1中的一种电流阻挡层的俯视图。
图4为本发明实施例1中硅衬底垂直结构LED芯片结构剖面示意图。
主要元件符号说明：
60、硅衬底；50、N型氮化镓层；40、量子阱；30、P型氮化镓层；20、二氧化硅；10、氧化铝；80、半导体发光层；70、绝缘膜层；12、N电极金属层区域；22、非N电极区域；32、电流阻挡层区域；42、非电流阻挡层区域；41、硅基板；31、保护粘结金属层；21、反射镜金属层；11、N电极金属层；51、电流阻挡层。
如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行详细的描述，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。
实施例
本实施例中的电流阻挡层的制备方法主要包括以下步骤：
如图1所示，硅衬底外延片由硅衬底60、半导体发光层80组成，其中半导体发光层80由下至上依次为：N型氮化镓层50、量子阱40、P型氮化镓层30，在P型氮化镓层30上表面沉积二氧化硅20，在二氧化硅20上表面沉积氧化铝10，二氧化硅20和氧化铝10组成绝缘膜层70。利用光刻技术在绝缘膜层70上制备出掩膜层。如图3所示，掩膜层仅覆盖绝缘膜层70的预设电流阻挡层区域32，使用氧化物刻蚀液将未被掩膜层覆盖的绝缘膜层即非电流阻挡层区域42的二氧化硅20和氧化铝10通过湿法刻蚀完全去除。再去除电流阻挡层区域32覆盖的掩膜层后得到图形化的电流阻挡层。
具体的制备过程如下：
步骤S1：对硅衬底外延片表面进行清洗，使用到的清洗剂包括有机物清洗剂、金属颗粒清洗剂、氧化物颗粒清洗剂。具体包括：丙酮、酒精、硫酸、双氧水、盐酸。
步骤S2：将该外延片放入气相化学沉积仪的腔体内，沉积二氧化硅20，沉积速率为1-40Å/s，沉积厚度为2000Å，腔体压力为800mTorr，腔体温度为220℃。
步骤S3：使用电子束蒸发镀膜机在上述二氧化硅表面沉积氧化铝10，厚度为100Å。
步骤S4：在上述氧化铝10表面涂覆光刻胶。使用掩模版对氧化铝表面的光刻胶进行曝光、显影。使用氧化物缓冲刻蚀液对绝缘膜层70进行湿法刻蚀，直到未被光刻胶覆盖区域的绝缘膜层70被腐蚀干净，刻蚀深度为二氧化硅厚度与氧化铝厚度之和，刻蚀时间为30-300s。最后去除光刻胶，得到图形化电流阻挡层。
本发明实施例1提供一种硅衬底垂直结构LED芯片，如图4所示，包含由上述制备方法得到的电流阻挡层。具体包含：硅基板41、层叠于所述硅基板之上的结构由下至上依次为保护粘结金属层31、反射金属层21、氧化铝10、二氧化硅20、半导体发光层80、N电极金属层11。二氧化硅20和氧化铝10组成电流阻挡层51。
其中N电极金属层11的图形的形状可以是任意的。
电流阻挡层图形在空间上对应于N电极金属层图形，且电流阻挡层图形的面积大于N电极金属层图形的面积。
其中电流阻挡层图形的特征是：所述的电流阻挡层在硅基板平面上的投影与所述N电极在硅基板平面上的投影形状相似，另具有环形图案位于上述投影图案的外围且可将芯片设计尺寸图形边缘覆盖。
所述的形状相似指：如图2所示，12为N电极图形，22为非N电极区域图形。所述电流阻挡层在硅基板平面上的投影可与N电极金属层在硅基板平面上的投影相互重叠，交叠部分为N电极金属层在硅基板平面上的投影。未交叠部分图形面积视情况而定，优选面积为不影响芯片光出射效率。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (8)
1.一种电流阻挡层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：
步骤S1：清洗硅衬底外延片表面；
步骤S2：使用气相化学沉积仪在所述硅衬底外延片表面沉积二氧化硅；
步骤S3：在所述二氧化硅表面沉积氧化铝；
步骤S4：在所述氧化铝表面涂覆光刻胶，使用掩模版曝光后显影并刻蚀二氧化硅和氧化铝至外延片表面露出，去除光刻胶，得到电流阻挡层。
2.根据权利要求1所述电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述步骤S1中清洗时，使用到的清洗剂包括有机物清洗剂、金属颗粒清洗剂、氧化物颗粒清洗剂。
3.根据权利要求1所述电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述步骤S2中沉积二氧化硅时，沉积速率为1-40Å/s，沉积厚度为100-8000Å。
4.根据权利要求1所述电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述步骤S3中沉积氧化铝时，沉积设备包括电子束蒸发镀膜机、原子层沉积设备，沉积厚度为10-800Å。
5.根据权利要求1所述电流阻挡层的制备方法，其特征在于：所述步骤S4中刻蚀时，刻蚀液为氧化物刻蚀液，刻蚀深度为二氧化硅厚度与氧化铝厚度之和。
6.一种硅衬底垂直结构LED芯片，其特征在于：包括根据权利要求1-5中任一项所述方法制备的电流阻挡层。
7.根据权利要求6所述的硅衬底垂直结构LED芯片，其特征在于：由下至上依次包括硅基板、保护粘结金属层、反射金属层、电流阻挡层、半导体发光层、N电极金属层，所述电流阻挡层为图形化的氧化铝和二氧化硅叠层结构。
8.根据权利要求7所述的硅衬底垂直结构LED芯片，其特征在于：所述电流阻挡层的图形在空间上对应于N电极金属层的图形，且电流阻挡层图形的面积大于N电极金属层图形面积。
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