專利名稱：具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電器件，特別是LED芯片的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
ITO作為GaN發(fā)光材料的增透膜，其膜厚應(yīng)為d = mX /4n (其中n=2是ITO折射率，A =460nm是藍(lán)光波長，m為4的整數(shù)倍)。當(dāng)m=4時(shí)，單周期ITO薄膜在藍(lán)光波長460nm處透過率最高，透過率高達(dá)95%以上，此時(shí)的ITO膜厚約為2300A。這個(gè)膜厚是目前LED芯片制備中廣泛采用的方案。但此方案未考慮到GaN材料對(duì)于藍(lán)光還有1/4波長的吸收，實(shí)際上光從量子阱中發(fā)射出來，要經(jīng)過P型GaN才能到達(dá)ITO，GaN/1TO復(fù)合薄膜在460nm處的透過率下降到了 75%，處于透過率曲線的波谷。ITO膜厚為2300 A時(shí)，對(duì)于GaN基LED的光提取效果有限?！?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提出一種具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法。本發(fā)明包括以下步驟
1)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在半導(dǎo)體襯底上依次生長低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、N-GaN層、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層，形成GaN外延片，所述半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬；
2)采用AZ4620光刻膠作為掩膜，對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP(感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，去除一側(cè)的P-GaN層、量子阱以及部分N-GaN層，形成臺(tái)面，該臺(tái)面的刻蝕深度為700nm 1500nm ；
3)在GaN外延片的上表面先使用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍ITO薄膜，再采用AZ6130光刻膠和小王水光刻腐蝕出ITO網(wǎng)孔圖形，所述各ITO網(wǎng)孔圖形的直徑分別為50 500nm，相鄰的各ITO網(wǎng)孔圖形之間的間距為50 500nm ;然后再去除P-GaN上的部分ITO薄膜和臺(tái)面上的ITO薄膜，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極；
4)在P-GaN層、ITO層和N-GaN層上先選用負(fù)型光刻膠L-300光刻P、N電極，再采用電子束蒸發(fā)法依次蒸鍍金屬Cr、Pt和Au，剝離后形成P電極和N電極；
5)將半導(dǎo)體襯底減薄，劃裂成單獨(dú)芯片。本發(fā)明的特點(diǎn)是在ITO作為GaN基LED增透膜時(shí)，其膜厚應(yīng)為d = (m+1) A /4n(其中，n為ITO折射率，X為藍(lán)光波長，m為4的整數(shù)倍)。且制備出多周期ITO薄膜，所述各周期ITO網(wǎng)孔圖形的直徑分別為50 500nm，相鄰的各周期ITO網(wǎng)孔圖形之間的間距為50 500nm。本發(fā)明可以進(jìn)一步增大出光側(cè)面積，進(jìn)一步增加光的逃逸路徑，使光的提取效率進(jìn)一步增加。例如，當(dāng)m=8時(shí)，雙周期ITO膜在藍(lán)光波長460nm處透過率最大，透過率仍為85%，此時(shí)的ITO膜厚約為5175人，方塊電阻5 0/ 口。
因此本發(fā)明通過制備雙周期圖形網(wǎng)孔ITO結(jié)構(gòu)，使GaN基大功率LED器件的發(fā)光光功率提高20%。另外，本發(fā)明在所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕時(shí)，同時(shí)使用(12、8(13和Ar2作為刻蝕氣體，其中Cl2流量為30 lOOsccm，BCl3流量為5 20sccm，Ar2流量為5 25sccm ;刻蝕功率為300 700W ;射頻功率為50 200W ;刻蝕時(shí)間為3min 15 min。本發(fā)明所述小王水由HCl和HNO3混合組成，HCl和HNO3混合的投料體積比為3
Io所述金屬Cr、Pt和Au的蒸鍍厚度為100 A ,500 A和10000A。P、N電極金屬的
厚度較厚，便于封裝芯片時(shí)打線測(cè)試。


·圖I為本發(fā)明的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明產(chǎn)品與普通GaN基LED芯片的電流-電壓(I_V)特性對(duì)比圖。圖3為本發(fā)明產(chǎn)品與普通GaN基LED芯片的光功率-電流(P-I)特性對(duì)比圖。
具體實(shí)施例方式一、制作LED芯片
步驟I :采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)的方法，在以藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬材料為半導(dǎo)體襯底I上依次生長I U m低溫GaN緩沖層2、I y m不摻雜GaN層3、3 y m N-GaN層4、150nm多量子阱發(fā)光層5和300nmP_GaN層6，形成GaN外延片。步驟2 :將GaN外延片進(jìn)行光刻圖形制備，選用AZ4620光刻膠作為掩膜，對(duì)GaN外延片的一側(cè)進(jìn)行ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，去除一側(cè)的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN，形成臺(tái)面41，該臺(tái)面41的刻蝕深度700nnTl500nm。ICP (感應(yīng)耦合等離子體)刻蝕，同時(shí)使用Cl2, BCl3和Ar2作為刻蝕氣體，其中Cl2流量為30-100sccm, BCl3流量為5-20sccm, Ar2流量為5-25sccm ;刻蝕功率為300-700W ;射頻功率為50-200W ;刻蝕時(shí)間為3min_15 min。步驟3 :先在GaN外延片的上表面使用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍ITO薄膜7，厚度5175A。再選用AZ6130光刻膠和小王水光刻腐蝕出多周期ITO薄膜7，各周期ITO網(wǎng)孔圖形的直徑分別為50 500nm,相鄰的各周期ITO網(wǎng)孔圖形之間的間距為50 500nm。然后，再去除P-GaN 6上的部分ITO薄膜和臺(tái)面41上的ITO薄膜，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極。步驟4 :在P-GaN層6、ITO層7和N-GaN層41上選用負(fù)型光刻膠L-300光刻P、N電極，采用電子束蒸發(fā)法依次蒸鍍厚度分別為100 A ,500 A和10000A的金屬Cr、Pt和Au，剝離后形成P電極8和N電極9。步驟5 :將半導(dǎo)體襯底I減薄至150um，劃裂成單獨(dú)芯片。二、電流-電壓(I-V)特性測(cè)試和光功率-電流(P-I)特性測(cè)試，以及對(duì)比效果 分別將本發(fā)明產(chǎn)品與普通的GaN基LED芯片進(jìn)行器件的I-V特性測(cè)試和P-I特性測(cè)試。得到圖2和圖3所示，從圖2可見本發(fā)明產(chǎn)品與普通GaN基LED芯片的I_V特性曲線幾乎重合，工作電壓沒有變化。從圖3可見本發(fā)明通過制備雙周期圖形網(wǎng)孔ITO結(jié)構(gòu)，使GaN基大功率LED器件的發(fā)光光功率在350mA工作電流下比普通GaN基LED提高20%?！?br> 權(quán)利要求
1.具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，包括以下步驟 1)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積的方法，在半導(dǎo)體襯底上依次生長低溫GaN緩沖層、不摻雜GaN層、N-GaN層、多量子阱發(fā)光層和P-GaN層，形成GaN外延片，所述半導(dǎo)體襯底為藍(lán)寶石、硅、碳化硅或金屬； 2)采用AZ4620光刻膠作為掩膜，對(duì)GaN外延片的ー側(cè)進(jìn)行感應(yīng)耦合等離子體刻蝕，去除ー側(cè)的P-GaN層、量子阱以及部分N-GaN層，形成臺(tái)面，該臺(tái)面的刻蝕深度為700nm 1500nm ； 3)在GaN外延片的上表面使用電子束蒸發(fā)的方法蒸鍍ITO薄膜；再采用AZ6130光刻膠和小王水光刻腐蝕出ITO網(wǎng)孔圖形；然后再去除P-GaN上的部分ITO薄膜和臺(tái)面上的ITO薄膜，在P型臺(tái)面上形成ITO透明電極； 4)在P-GaN層、ITO層和N-GaN層上先選用負(fù)型光刻膠L-300光刻P、N電極，再采用電子束蒸發(fā)法依次蒸鍍金屬Cr、Pt和Au，剝離后形成P電極和N電極； 5)將半導(dǎo)體襯底減薄，劃裂成単獨(dú)芯片； 其特征在于 ITO薄膜的蒸鍍厚度d= (m+1) A /4n ； 上式中，n為ITO折射率，入為藍(lán)光波長，m為4的整數(shù)倍； 腐蝕出的ITO網(wǎng)孔圖形為多周期ITO薄膜，所述各周期ITO網(wǎng)孔圖形的直徑分別為50 500nm，相鄰的各周期ITO網(wǎng)孔圖形之間的間距為50 500nm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，其特征在于在所述感應(yīng)耦合等離子體刻蝕時(shí)，同時(shí)使用C12、BC13和Ar2作為刻蝕氣體，其中Cl2流量為30 IOOsccm, BCl3流量為5 20sccm, Ar2流量為5 25sccm ;刻蝕功率為300 700W ;射頻功率為50 200W ;刻蝕時(shí)間為3min 15 min。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，其特征在于所述小王水由HCl和HNCV混合組成，HCl和HNCV混合的投料體積比為3 I。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，其特征在于所述金屬Cr、Pt和Au的蒸鍍厚度為100 A、500 A和10000A。
全文摘要
具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，涉及LED芯片的生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，本發(fā)明的特點(diǎn)是在ITO作為GaN基LED增透膜時(shí)，其膜厚應(yīng)為d＝(m+1)λ/4n，且制備出多周期ITO薄膜，所述各周期ITO網(wǎng)孔圖形的直徑分別為50～500nm，相鄰的各周期ITO網(wǎng)孔圖形之間的間距為50～500nm。本發(fā)明可以進(jìn)一步增大出光側(cè)面積，進(jìn)一步增加光的逃逸路徑，使光的提取效率進(jìn)一步增加。
文檔編號(hào)H01L33/44GK102790158SQ20121028165
公開日2012年11月21日 申請(qǐng)日期2012年8月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月9日
發(fā)明者李璟, 王國宏, 詹騰 申請(qǐng)人:揚(yáng)州中科半導(dǎo)體照明有限公司