專利名稱：：制作高亮度led芯片的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明
技術(shù)領(lǐng)域：
，涉及一種制作LED芯片的方法。
背景技術(shù)：
：LED芯片的出光效率在于外量子效率和內(nèi)量子效率，其中外量子效率大小等于內(nèi)量子效率與光的逃逸率之積，當(dāng)前，商業(yè)化LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)接近100%，但是外量子效率僅有3—30%，這主要是由于光的逃逸低造成的，因此，外量子效率成為高亮度LED芯片的主要技術(shù)瓶頸。引起光逃逸的因素有晶格缺陷對(duì)光的吸收、襯底對(duì)光的吸收、光出射過(guò)程中各個(gè)界面由于全反射造成的損失等等。對(duì)于后者，是因?yàn)镚aN和空氣的反射系數(shù)分別是2.5和1，因此在InGaN-GaN活性區(qū)產(chǎn)生的光能夠傳播出去的臨界角約為23°，大于23。出射角的光就產(chǎn)生全了反射，反射回來(lái)，這大大限制了GaN基發(fā)光二極管的外量子效率。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種工藝簡(jiǎn)單、成本低、適用于工業(yè)化生產(chǎn)、可提高外量子效率的制作高亮度LED芯片的方法。本發(fā)明采用以下技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題:一種制作正裝高亮度LED芯片的方法，包括以下步驟(1)、在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)外延片；(2)、在外延片上沉積Si02薄膜；(3)、以Si02薄膜作掩膜，光刻出芯片的N區(qū)圖形；(4)、用腐蝕溶液清洗未受光刻膠保護(hù)的Si02;(5)、用去膠溶液清洗去除光刻膠；(6)用ICP刻蝕N面臺(tái)階和芯片尺寸的劃道，露出n-GaN臺(tái)面；(7)、光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面，粗化后，n-GaN表面的粗化度為300—500nm;(8)、在外延片表面蒸鍍沉積銦錫氧化物薄膜；(9)、蒸鍍以Cr/Ni/Au為金屬組合的P-N電極。所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟包括以下工序(A)、外延片表面蒸鍍Ti薄膜；(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-10分鐘，其中汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2，腐蝕溶液為10-30。/。的KOH溶液、2-5。/。的HCl溶液或10。/。H3P04溶液；(C)、用酸性溶液清洗去除Ti薄膜。所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟優(yōu)選包括以下工序(A)、用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延片表面蒸鍍Ti薄膜，Ti薄膜厚度為250證300nm;(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-5分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2;(C)、用稀H2S04或HCl溶液清洗去除Ti薄膜。一種制作垂直高亮度LED芯片的方法，包括以下步驟(1)、在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)外延片；(2)、在外延片的p-GaN層上鍍金屬鏡子層，金屬鍵合法反轉(zhuǎn)鍵合在金屬鏡子上；(3)、激光剝離掉藍(lán)寶石襯底；(4)、光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟，粗化后，n-GaN的粗化度為300—500nm;(5)、在外延層上蒸鍍沉積銦錫氧化物；(6)、蒸鍍N-金屬電極。所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟包括以下工序(A)、外延片表面蒸鍍Ti薄膜；(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-10分鐘，其中汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2,腐蝕溶液為10-30。/。的KOH溶液、2-5。/。的HCl溶液或10。/。H3P04溶液；(C)、用酸性溶液清洗去除Ti薄膜。所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟優(yōu)選包括以下工序(A)、用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延片表面蒸鍍Ti薄膜，Ti薄膜厚度為250nm300nm;(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕l-5分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2;(C)、用稀H2S04或HCl溶液清洗去除Ti薄膜。本發(fā)明利用普通汞燈為光源，在室溫下，采用光輔助濕法腐蝕的技術(shù)對(duì)n-GaN表面或剝離藍(lán)寶石后的n-GaN表面進(jìn)行粗化，在汞燈光照催化下，n-GaN表面被腐蝕液體腐蝕，在n-GaN表面形成很多金字塔形的微觀結(jié)構(gòu)，使光線在金字塔結(jié)構(gòu)中經(jīng)過(guò)多次反射后出光，通過(guò)增加光從n-GaN折射到空氣中的機(jī)率，從而提高LED器件的外量子效率。本發(fā)明的粗化n-GaN的方法可用在正裝LED芯片和垂直LED芯片的制備工藝中。本發(fā)明的工藝簡(jiǎn)單、成本低、適用于工業(yè)化生產(chǎn)。對(duì)于垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基高亮度LED，經(jīng)過(guò)表面粗化后，因其表面積較大，N型高摻雜層的高導(dǎo)電率可使電流不擁擠在周圍而能均勻?qū)㈦娏鳈M向分布、傳播至整個(gè)元件，發(fā)光層的材料得以充分應(yīng)用，增大電流密度，降低LED工作電壓和電阻，給光子提供更多出射的機(jī)會(huì)，而且射出角度在臨界角之外的光也可以通過(guò)多次折射，最后進(jìn)入臨近角內(nèi)，使器件獲得更多的出光，提高出光效率。圖1是本發(fā)明實(shí)施例1結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例2結(jié)構(gòu)示意圖。具體實(shí)施例方式實(shí)施例1，如圖1所示為正裝高亮度LED芯片，從下向上依次包括藍(lán)寶石襯底1、GaN緩沖層2、n型GaN層3、InGaN/GaN多量子阱(MQws)有源層4、P型GaN層5、p型歐姆接觸透明電極6、P型歐姆接觸金屬電極7、n型歐姆接觸金屬電極8。上述正裝高亮度LED芯片的制作方法，包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上，運(yùn)用MOCVD外延生長(zhǎng)GaN基的LED結(jié)構(gòu)外延片；(2)用PECVD在外延片上沉積Si02薄膜；(3)用Si02薄膜作為掩膜，利用ICP干法刻蝕技術(shù)在外延片上光刻出芯片的N區(qū)圖形；(4)用腐蝕溶液(40%N4HF:40%HF:1120體積比為3:1:1)清洗未受光刻膠保護(hù)的Si02;(5)用剝離液清洗光刻膠；(6)用ICP刻蝕N面臺(tái)階和芯片尺寸的劃道，露出n-GaN臺(tái)面；(7)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延表面沉積Ti薄膜，Ti薄膜厚度為250nm，將上述外延片浸泡在10XKOH溶液中，室溫下，用普通汞燈為光源照射下腐蝕10分鐘，汞燈波長(zhǎng)為405nm，照射光功率密度為400mW/cm2,用稀&804溶液清洗去除Ti;粗化后，n-GaN的粗化度為500nm;(8)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延表面沉積厚度為300nm的銦錫氧化物(ITO)薄膜；(9)蒸鍍以Cr/Ni/Au為金屬組合的P-N電極。其中，剝離液的主要成分是乙醇氨，剝離液型號(hào)是SN—Ol型，剝離液生產(chǎn)廠家是江陰市江化微電子材料有限公司。實(shí)施例2，正裝高亮度LED芯片的制作方法，包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上，運(yùn)用MOCVD外延生長(zhǎng)GaN基的LED結(jié)構(gòu)外延片；(2)用PECVD在外延片上沉積Si02薄膜；(3)用Si02薄膜作為掩膜，利用ICP干法刻蝕技術(shù)在外延片上光刻出芯片的N區(qū)圖形；(4)用腐蝕溶液(40%N4HF:40%HF:&0體積比為3:1:1)清洗未受光刻膠保護(hù)的Si02;(5)用剝離液清洗光刻膠；(6)用ICP刻蝕N面臺(tái)階和芯片尺寸的劃道，露出n-GaN臺(tái)面；(7)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延表面沉積Ti薄膜，Ti薄膜厚度為300nm，將上述外延片浸泡在30XKOH溶液中，室溫下，用普通汞燈為光源照射下腐蝕1分鐘，汞燈波長(zhǎng)為405nm，照射光功率密度為100mW/cm2，用HC1溶液清洗去除Ti，粗化后，n-GaN的粗化度為300nm;(8)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延表面沉積厚度為300nm的銦錫氧化物(ITO)薄膜；(9)蒸鍍以Cr/Ni/Au為金屬組合的P-N電極。實(shí)施例3，正裝高亮度LED芯片的制作方法，包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上，運(yùn)用MOCVD外延生長(zhǎng)GaN基的LED結(jié)構(gòu)外延片；(2)用PECVD在外延片上沉積Si02薄膜；(3)用Si02薄膜作為掩膜，利用ICP干法刻蝕技術(shù)在外延片上光刻出芯片的N區(qū)圖形；(4)用腐蝕溶液(40%N4HF:40%HF:&0體積比為3:1:1)清洗未受光刻膠保護(hù)的Si02;(5)用剝離液清洗光刻膠；(6)用ICP刻蝕N面臺(tái)階和芯片尺寸的劃道，露出n-GaN臺(tái)面；(7)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延表面沉積Ti薄膜，Ti薄膜厚度為280nm，將上述外延片浸泡在5%鹽酸溶液中，室溫下，用普通汞燈為光源照射下腐蝕5分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365nm，照射光功率密度為20mW/cm2，用HC1溶液清洗去除Ti，粗化后，n-GaN的粗化度為400nm;(8)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延表面沉積厚度為300nm的銦錫氧化物(ITO)薄膜；(9)蒸鍍以Cr/Ni/Au為金屬組合的P-N電極。實(shí)施例4，如圖2所示為本發(fā)明垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵基高亮度LED芯片，從下至上包括n型GaN層1、InGaN/GaN多量子阱(MQws)有源層2、P型GaN層3、P型歐姆接觸電極和金屬鏡子4、n型透明電極5、n型歐姆接觸電極6。上述垂直結(jié)構(gòu)高亮度氮化鎵基LED芯片的制備方法包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上，運(yùn)用MOCVD外延生長(zhǎng)GaN基的LED結(jié)構(gòu)外延片；(2)在外延層的P-GaN層上鍍金屬鏡子層，金屬鍵合法反轉(zhuǎn)鍵合在金屬鏡子上；(3)激光剝離掉藍(lán)寶石襯底；(4)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在剝離掉藍(lán)寶石襯底的外延表面沉積Ti薄膜，Ti薄膜厚度為300nm，將上述外延片浸泡在2%鹽酸溶液中，用普通汞燈為光源催化下，腐蝕5分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365nm,照射光功率密度為20mW/cm2，用HCl溶液清洗去除Ti，粗化后，n-GaN的粗化度為300—500nm;(5)用電子束蒸發(fā)在粗化后的n-GAN外延層上沉積ITO;ITO薄膜厚度為250nm;(6)蒸鍍N-金屬電極。實(shí)施例5，垂直結(jié)構(gòu)高亮度氮化鎵基LED芯片的制備方法包括以下步驟(1)在藍(lán)寶石襯底上，運(yùn)用MOCVD外延生長(zhǎng)GaN基的LED結(jié)構(gòu)外延片；(2)在外延層的P-GaN層上鍍金屬鏡子層，金屬鍵合法反轉(zhuǎn)鍵合在金屬鏡子上；(3)激光剝離掉藍(lán)寶石襯底；(4)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在剝離掉藍(lán)寶石襯底的外延表面沉積Ti薄膜，Ti薄膜厚度為300nm，將上述外延片浸泡在10%磷酸中，用普通汞燈為光源催化下，腐蝕2分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365nm，照射光功率密度為400mW/cm2，用HCl溶液清洗去除Ti，粗化后，n-GaN的粗化度為500nm;(5)用電子束蒸發(fā)在粗化后的n-GAN外延層上沉積ITO;ITO薄膜厚度為250nm;(6)蒸鍍N-金屬電極。實(shí)施例6，垂直結(jié)構(gòu)高亮度氮化鎵基LED芯片的制備方法包括以下步驟:(1)在藍(lán)寶石襯底上，運(yùn)用MOCVD外延生長(zhǎng)GaN基的LED結(jié)構(gòu)外延片；(2)在外延層的P-GaN層上鍍金屬鏡子層，金屬鍵合法反轉(zhuǎn)鍵合在金屬鏡子上；(3)激光剝離掉藍(lán)寶石襯底；(4)用電子束蒸發(fā)設(shè)備在剝離掉藍(lán)寶石襯底的外延表面沉積Ti薄膜，Ti薄膜厚度為260nm，將上述外延片浸泡在10%硝酸溶液中，用普通汞燈為光源催化下，腐蝕8分鐘，汞燈波長(zhǎng)為400nm，照射光功率密度為200mW/cm2，用HC1溶液清洗去除Ti，粗化后，n-GaN的粗化度為450nm;(5)用電子束蒸發(fā)在粗化后的n-GAN外延層上沉積ITO;ITO薄膜厚度為250nm;(6)蒸鍍N-金屬電極。本發(fā)明的高亮度LED芯片與傳統(tǒng)的LED芯片測(cè)試測(cè)試儀器亮度的檢測(cè)采用臺(tái)灣旺矽科技股份有限公司生產(chǎn)的點(diǎn)測(cè)機(jī)，型號(hào)為L(zhǎng)EDA-8S，測(cè)試條件正向20mA的電流。本發(fā)明粗化后的高亮度LED芯片與傳統(tǒng)的LED芯片測(cè)試結(jié)果如下表1正裝LED芯片測(cè)試結(jié)果對(duì)比表芯片號(hào)粗化后亮度芯片號(hào)傳統(tǒng)LED亮度295605524693334132559247023630420632469735294775542452373044954476783530455544767634<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>表2垂直結(jié)構(gòu)LED芯片測(cè)試結(jié)果對(duì)比表<table>tableseeoriginaldocumentpage12</column></row><table>從以上數(shù)據(jù)可知，通過(guò)對(duì)n-GaN粗化，使芯片的亮度提升有大幅提高，亮度提高在50。％60%。權(quán)利要求1、一種制作高亮度LED芯片的方法，包括以下步驟(1)、在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)外延片；(2)、在外延片上沉積SiO2薄膜；(3)、以SiO2薄膜作掩膜，光刻出芯片的N區(qū)圖形；(4)、用腐蝕溶液清洗未受光刻膠保護(hù)的SiO2；(5)、用去膠溶液清洗去除光刻膠；(6)用ICP刻蝕N面臺(tái)階和芯片尺寸的劃道，露出n-GaN臺(tái)面；(7)、在外延片表面蒸鍍沉積銦錫氧化物薄膜；(8)、蒸鍍以Cr/Ni/Au為金屬組合的P-N電極；其特征在于，在步驟(6)與(7)之間增加光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟，粗化后，n-GaN表面的粗化度為300—500nm。2、如權(quán)利要求1所述的制作高亮度LED芯片的方法，其特征在于，所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟包括以下工序(A)、外延片表面蒸鍍Ti薄膜；(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-10分鐘，其中汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2，腐蝕溶液為10-30。/。的KOH溶液、2-5。/。的HCl溶液或10。/。H3P04溶液；(C)、用酸性溶液清洗去除Ti薄膜。3、如權(quán)利要求2所述的制作高亮度LED芯片的方法，其特征在于，所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟包括以下工序(A)、用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延片表面蒸鍍Ti薄膜，Ti薄膜厚度為250證300nm;(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-5分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2;(C)、用稀H2S04或HCl溶液清洗去除Ti薄膜。4、一種制作高亮度LED芯片的方法，包括以下步驟(1)、在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)外延片；(2)、在外延片的p-GaN層上鍍金屬鏡子層，金屬鍵合法反轉(zhuǎn)鍵合在金屬鏡子上；(3)、激光剝離掉藍(lán)寶石襯底；(4)、在外延層上蒸鍍沉積銦錫氧化物；(5)、蒸鍍N-金屬電極；其特征在于，在步驟(3)與(4)之間增加光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟，粗化后，n-GaN的粗化度為300—500nm。5、如權(quán)利要求4所述的制作高亮度LED芯片的方法，其特征在于，所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟包括以下工序(A)、外延片表面蒸鍍Ti薄膜；(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-10分鐘，其中汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2,腐蝕溶液為10-30。/。的KOH溶液、2-5。/。的HCl溶液或10。/。H3P04溶液；(C)、用酸性溶液清洗去除Ti薄膜。6、如權(quán)利要求5所述的制作高亮度LED芯片的方法，其特征在于，所述光輔助濕法腐蝕粗化n-GaN表面步驟包括以下工序(A)、用電子束蒸發(fā)設(shè)備在外延片表面蒸鍍Ti薄膜，Ti薄膜厚度為250nm300nm;(B)、蒸鍍后的外延片浸泡在腐蝕溶液中，室溫下，汞燈為光源，照射腐蝕1-5分鐘，汞燈波長(zhǎng)為365-405nm，照射光功率密度為20-400mW/cm2;(C)、用稀H2S04或HCl溶液清洗去除Ti薄膜。全文摘要本發(fā)明公開了制作高亮度LED芯片的方法，包括以下步驟藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)外延片；在外延片上沉積SiO₂薄膜；以SiO₂薄膜作掩膜，光刻出芯片的N區(qū)圖形；用腐蝕溶液清洗未受光刻膠保護(hù)的SiO₂；用去膠溶液清洗去除光刻膠；刻蝕N面臺(tái)階和芯片尺寸的劃道，露出n-GaN臺(tái)面；光輔助濕法腐蝕粗化N-GAN表面；外延片表面蒸鍍沉積銦錫氧化物薄膜；蒸鍍以Cr/Ni/Au為金屬組合的P-N電極。本發(fā)明通過(guò)增加光從n-GaN折射到空氣中的機(jī)率，提高LED器件的外量子效率。本發(fā)明可用在正裝LED芯片和垂直LED芯片的制備工藝中，其工藝簡(jiǎn)單、成本低、適用于工業(yè)化生產(chǎn)，能大大提高外量子效率。文檔編號(hào)H01L33/00GK101471412SQ20071030583公開日2009年7月1日申請(qǐng)日期2007年12月27日優(yōu)先權(quán)日2007年12月27日發(fā)明者歐陽(yáng)紅英申請(qǐng)人:深圳市方大國(guó)科光電技術(shù)有限公司