CN1780003A - 一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了制作一种小体积高亮度，具有特殊表面几何图形的氮化镓发光二极管芯片的制造方法，这种小芯片面积为0.15×0.15mm2～0.3×0.3mm2；厚度50±10μm～80±10μm；P电极为圆形，直径φ为60mm～110mm；N电极为水滴状几何图形，直径φ为60mm～110mm。通过(一)外延生长、(二)蒸发透明电极、(三)刻蚀台阶、(四)钝化、(五)P、N电极制作、(六)退火、(七)参数测试、(八)研磨、切割、(九)测试分类九大工艺步骤制作一种的小芯片。本发明制作的芯片具有体积小，亮度高，生产效率高，低成本，应用范围宽等优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片的制造方法，特别涉及一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法。
背景技术
发光二极管(LED)是一种将电能转化为光能的发光器件，目前，红、橙黄、黄、普绿等发光二极管的制造技术已经成熟，以氮化镓为代表的第三代半导体材料，具有高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性，是目前最先进的半导体材料。
目前在各种期刊、专利文献中对此方面的技术均有相关报道，例如：中国发明专利公开号为CN1466227A的《一种制作氮化镓发光二极管芯片N电极的方法》；公开号CN1351383A的《氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法》；公开号为CN1379489A的《高亮度氮化镓基发光二极管外延片的衬底处理方法》等；均公开了相应的氮化镓基发光二极管芯片的制备相关技术，但上述各文献公开的技术中均未涉及到小体积高亮度芯片即小芯片的制造技术，现有技术制备的芯片体积较大、厚度过大，没有实质性的创新，无法实现小体积芯片，使芯片的应用领域较局限。
发明内容
针对上述不足，本发明提供一种结构独特、体积较小、拥有特殊几何图形N电极的小体积高亮度芯片的制备技术，以提高芯片的生产效率，降低成本并实现高效率发光的目的。
本发明涉及氮化镓基发光二极管芯片的制备技术，是通过一系列的工艺过程，制造出小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片，其芯片面积范围0.15×0.15～0.3×0.3mm2；芯片的面积范围也可以选择0.25×0.25～0.3×0.3mm2；厚度为(50～80)±10μm；P电极(1)为圆形，φ＝60～110mm；N电极(2)为水滴状几何图形，φ＝60～110mm。采取如下步骤来实现：
(1)由蓝宝石做衬底，经MOCVD方法生长N型AlGaN缓冲层，N型GaN层，P型GaN外延层，在P型外延层上生长掺杂锰(Mg)的P+层；
(2)将透明电极材料蒸镀在外延层上，形成透明电极层(3)，再刻蚀P、N电极平台阶，生长钝化层；
(3)依次进行光刻、蒸镀、剥离，制作P电极(1)和N电极(2)；
(4)进行退火处理，形成欧姆接触后，做光电参数中间测试；
(5)通过研磨控制芯片厚度，再进行切割分开后，测试分类；
上述步骤中，N型外延层厚为1～3um，P型外延层厚0.5～2um；Mg+层的厚度为400～600nm，掺杂Mg+用H2作为携带气体，NH3作为生长V型材料，Mg为掺杂源，掺杂温度900℃，时间2分钟。
蒸镀条件为使用电子束蒸发台，在高真空10-5～10-8，蒸发速率15/秒；形成薄的Ni\Au层，可使电流扩展均匀，提供优质的欧姆接触；
刻蚀方法为采用反应离子刻蚀法，以氯气和三氯化硼为主，加氮气组成的混合气体，温度为24℃，气体流量为5～20sccm，功率为75瓦，时间为20～30分钟。在刻蚀的过程中，气体的压力、流量、温度、功率等都是影响刻蚀速度的重要因素。
表面钝化层对于LED的可靠性非常重要，在发光层上生长较薄的一层氧化物，使得发光二极管的寿命可达10万小时以上。钝化层采用硅烷、一氧化氮和氮气制备，气体流量为10～200sccm，温度为200℃，气压为600mTorr。
制作P、N电极采用高真空电子束蒸发台，在P型氮化镓化合物半导体上形成P电极(1)，在N型氮化镓化合物半导体层上形成N电极(2)，依次进行光刻、蒸镀、剥离。即先在晶片上用光学方法刻出窗口图形，然后再在高真空10-5～10-8，蒸镀钛、镍、铝、金，分别形成P电极、N电极，厚度在5000～10000，再做金属剥离，形成P、N一对电极。这样即使得接触电阻小，又能承受足够大的电流，保证了可靠性。
进行退火处理是在450～600℃的温度条件下进行，使形成良好的欧姆接触。
在未分割成小芯片之前，选对其大园片进行光电参数中间测试，测试条件为：电流为20mA；正向电压：3.1～4V；发光强度≥2.0mW；反向电压：-5～-15V。
经过中间测试后，通过研磨的方法将其背面减薄，其厚度控制在80±10μm；再采用金刚刀将芯片按设计图形切割分开，保证光滑的断面，从而进一步提高发光发射效率。再对小芯片进行最后的测试分类。
本发明的技术方案采用P电极(1)为圆形；N电极(2)为特殊几何图形，其结构独特，使其扩展电流分布均匀，正向电压达到普通芯片标准；这种小体积设计方案使芯片在相同电流的条件下，电流密度增加，芯片输出光强增加，有效发光面积大，发光效率高。芯片的超薄处理，使发光效率进一步增加。采用此设计方案后，芯片面积减小，使整片管芯数量增加，提高了生产效率，达到低成本、高效率的目的。
附图说明
附图为芯片的平面俯视图，其中：
(1)是P电极，为圆形；
(2)是N电极，为特殊几何图形；
(3)是透明电极层；
具体实施方式
以下是举例说明该小芯片的制作工艺过程：
制作面积为0.275×0.275mm2的芯片，其P电极为圆形，φ＝0.09mm；N电极为水滴状特殊几何图形(见说明书附图)φ＝0.09mm，采取如下步骤实现：
(一)延生长
用蓝宝石做衬底，经MOCVD方法生长N型AlGaN缓冲层，N型GaN层，P型GaN外延层，在P型外延层上生长掺杂锰(Mg)的P+层；
(二)蒸发透明电极
再使用电子束蒸发台，在高真空下10-5～10-8，蒸发速率15/秒的条件下；形成薄的Ni\Au层，这样做保证了电流扩展均匀，并提供优质的欧姆接触；
(三)刻蚀台阶
采用反应离子刻蚀法，以氯气、三氯化硼为主，和氮气组成的混合气体，在温度24℃下，气体流量5～20sccm，功率为75瓦，时间为20～30分钟；按尺寸要求，P将P、N电极和光发射平台刻蚀出来，即芯片的长、宽均为0.275mm，透明电极层的的内外径分别为0.2mm，0.21mm，P电极的圆内径依次为0.09mm、0.085mm、0.07mm，其圆心距离透明电极层外径的距离为0.055mm；N电极圆形部位的中间层距离透明电极层圆形部分的外径距离为0.015mm，其内外径分别为0.086mm、0.09mm，圆形部位的圆心距离芯片边缘距离为0.0555mm。在刻蚀的过程中，气体的压力、流量、温度、功率等都是影响刻蚀速度的重要因素。
(四)钝化
采用硅烷、一氧化氮、氮气来制备钝化层，气体流量为10～200sccm，温度为200℃，气压为600mTorr。表面钙化层对于LED的可靠性非常重要，在发光层上生长较薄的一层氧化物，使得发光二极管的寿命可达10万小时以上。
(五)P、N电极制作
采用高真空电子束蒸发台，通过光刻、蒸镀、剥离，在P型氮化镓化合物半导体层上形成P电极，在N型氮化镓化合物半导体层上形成N电极。即先在晶片上用光学方法刻出窗口图形，然后再在高真空下10-5～10-8，蒸镀钛、镍、铝、金，分别形成P电极、N电极，厚度在5000～10000，再做金属剥离，形成P、N一对电极。这样即使得接触电阻小，又能承受足够大的电流，保证了可靠性。
(六)退火
在450～600℃的温度条件下对芯片进行退火处理，使其形成良好的欧姆接触。
(七)参数测试
在未分割成小芯片前，先对大园片进行光电参数中间测试，测试条件应满足：
电流为20mA；
正向电压：3.1～4V；
发光强度≥2.0mW；
反向电压：-5～-15V。
(八)研磨、切割
经过光电参数测试后，将芯片背面通过研磨减薄，厚度控制在80±10μm；再用金刚刀切割。
(九)测试分类
再按照上述(七)中测试条件对经过研磨、切割后的小芯片分别进行测试分类。
Claims (9)
1、一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，包括以下步骤：
(1)由蓝宝石做衬底，经MOCVD方法生长N型AlGaN缓冲层，N型GaN层，P型GaN外延层，在P型外延层上生长掺杂锰(Mg)的P+层；
(2)将透明电极材料蒸镀在外延层上，再刻蚀P、N电极平台阶，生长钝化层；
(3)依次进行光刻、蒸镀、剥离、制作P，N电极；
(4)进行退火处理，形成欧姆接触后，做光电参数中间测试；
(5)通过研磨控制芯片厚度，再进行切割分开后，测试分类；
其特征在于：芯片面积为0.15×0.15mm2～0.3×0.3mm2；厚度(50～80)±10μm；P电极为圆形，直径φ＝60mm～110mm；N电极为水滴状几何图形，直径φ＝60mm～110mm。
2、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于掺杂Mg+用H2作为携带气体，NH3作为生长V型材料，Mg为掺杂源，掺杂温度900℃，时间2分钟；N型外延层厚为1～3μm，P型外延层厚0.5～2μm；Mg+层的厚度为400～600nm。
3、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于所述的芯片面积可以为0.25×0.25mm2～0.3×0.3mm2。
4、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于所述的蒸镀条件为使用电子束蒸发台，在高真空10-5～10-8Torr，蒸发速率15/秒。
5、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于所述刻蚀方法为采用反应离子刻蚀法，以氯气和三氯化硼为主，加氮气组成的混合气体，温度为24℃，气体流量为5～20sccm，功率为75瓦，时间为20～30分钟。
6、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于所述钝化层采用硅烷、一氧化氮和氮气制备，气体流量为10～200sccm，温度为200℃，气压为600mTorr。
7、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于制作P、N电极采用高真空电子束蒸发台，高真空10-5～10-8Torr，蒸镀钛、镍、铝、金，厚度在5000～10000。
8、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于进行退火处理是在450～600℃的温度条件下进行。
9、根据权利要求1所述的一种小体积高亮度氮化镓发光二极管芯片的制造方法，其特征在于光电参数中间测试应符合的测试条件为：
电流为20mA；
正向电压：3.1～4V；
发光强度≥2.0mW；
反向电压：-5～-15V。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Production of gallium nitride light emitting diode chip with small volume and hight brightness Effective date of registration: 20100910 Granted publication date: 20090902 Pledgee: Bank of Jinzhou, Limited by Share Ltd, Dalian branch Pledgor: Lumei Chip Science and Technology Co., Ltd., Dalian Registration number: 2010990000883 |
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| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20130902 Granted publication date: 20090902 |
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| RINS | Preservation of patent right or utility model and its discharge | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20140902 Granted publication date: 20090902 |
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| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20140902 Granted publication date: 20090902 |
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| RINS | Preservation of patent right or utility model and its discharge | ||
| PD01 | Discharge of preservation of patent |
Date of cancellation: 20150302 Granted publication date: 20090902 |
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| PP01 | Preservation of patent right |
Effective date of registration: 20150312 Granted publication date: 20090902 |
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Date of cancellation: 20160912 Granted publication date: 20090902 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20090902 Termination date: 20131126 |