一种高亮度LED芯片的制备方法技术

一种高亮度LED芯片的制备方法，通过控制ITO导电扩展层的蒸镀环境来控制薄膜的结晶质量，从而改善薄膜的电阻率，控制薄膜的方块电阻，蒸镀ITO的过程中腔体温度保持在290～310℃，氧气流量为5～15sccm，腔体真空度保持在5×10‑4～1×10‑5，在此条件下可达到减薄ITO导电扩展层的同时，又不会改片ITO方阻的效果，即不会使LED芯片的工作电压上升。经过实验验证，本发明专利技术方法制作的LED芯片与传统LED芯片相比，可以大大提高LED芯片发光亮度与效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体LED领域，特别的，涉及一种高亮度LED芯片的制备方法。
技术介绍
GaN材料具有宽禁带、高电子漂移饱和速度、高热导率、化学稳定性好等众多优势，但是由于难得到GaN体单晶、外延层位错密度大、存在较高的N型背景载流子浓度及P型掺杂效果不佳等因素限制了其发展，近年来随着技术的进步，内量子效率已经取得了较大的进步，但是外量子效率不高。为了提高发光管的外量子效率，获得高性能发光二极管，从芯片技术角度来看，已经出现了以下芯片技术。1、改变芯片外形的技术：当光发射点处于球的中心时，全反射角问题消失，球形芯片可以获得最佳的出光效率。改变芯片几何形状来提升出光效率的想法早在20世纪就用于二极管芯片，但由于成本原因一直无法实现。直到1999年，美国惠普公司开发了截顶倒金字塔型技术，使LED的外量子效率达到55％。2、键合技术：为了更有效地散热和降低结温，可通过除掉原来用于生长外延层的衬底，将外延层键合转移到导电和导热性能良好的衬底上。2001年，Cree推出的XBTM系列背面出光功率型芯片，采用键合技术，在400mA工作电流下，波长405nm和470nm的输出光功率分别为250mW、150mW。3、倒装芯片技术：倒装焊技术不仅能增大芯片输出功率，提高出光效率，还能降低热阻，使发光的PN结靠近热沉，提高器件可靠性。2001年美国lumileds公司采用倒装焊技术在大功率AlINGaN基芯片上的应用，外量子效率达到21％，功率转换效率达到20％。4、全方位反射膜/微镜：金属基全方位反射膜可应用于正装芯片也可应用于倒装芯片，都可有效提升出光效率。ODR反射镜结构比平板反射镜提高了反射效率为4％左右，对大角度的光来说，反射效率提高了10％-20％。5、金属键合剥离技术：最早采用大衬底剥离技术的是美国HP公司，将GaAs衬底与外延片剥离，然后将外延片粘接在透明的GaP衬底上，发光效率可以提高近两倍。以上5种芯片技术分别是通过改变芯片的外形结构、更换衬底、改变芯片封装结构、增加反射膜及剥离衬底方式来提高LED芯片的出光效率，但是在提高出光效率的同时，又增加了其他的工艺，并没有简化LED芯片的结构和制作工艺。另外，中国专利200910202034.8公开了一种提高LED芯片亮度的方法，该方案也只需要用激光划片技术将形成的芯片单元划开，划至蓝宝石衬底，再对划道侧壁用溶液腐蚀，在N-GaN层形成渐变倒三角结构，该方案加工步骤多，工序复杂。另有中国专利201010120594.1公开了一种蒸镀ITO的方法，该方案通过使改变ITO的厚度使ITO的阻值与外延层相匹配来使电流扩展均匀，进而提高LED芯片亮度，该方案中ITO阻值需要根据外延层而改变，不利于大量生产；另外，该方案中的蒸镀条件需要在真空度达5×10-6Torr以上的高真空度的条件下进行，对设备要求高，不利于成本控制。因此，需要一种方案，在改善LED芯片的出光率的同时，ITO的电阻不会发生改变，且又不会增加LED芯片制作工序。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种高亮度LED芯片的制备方法，以解决
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本专利技术提供了一种高亮度LED芯片的制备方法，包括以下步骤：1)在衬底上制作外延层；2)外延层上蒸镀厚度为的ITO导电扩展层，ITO导电扩展层的成分为铟锡氧化物，蒸镀条件为：腔体温度保持在290～310℃，氧气流量为5～15sccm，腔体真空度保持在5×10-4～1×10-5Torr；3)根据所需获得的晶粒图形与结构，将不需要的ITO导电扩展层与外延层刻蚀掉；4)制作电极与钝化层；5)对承载所述LED芯片的晶圆进行减薄、背镀、裂片、分选处理得到晶粒。步骤1中衬底上制作的外延层厚度为3～8μm。步骤2中采用电子束蒸发设备进行蒸镀。所述衬底可为蓝宝石、碳化硅、硅或其他适合生长外延层的材料。所述铟锡氧化物中，铟锡原子数量比为95：5。进一步的，通过步骤3在导电扩展层与外延层上刻蚀有宽度为10～30μm的台阶，台阶的深度为1～2μm，并使外延层中的N型GaN层露出，步骤3还在ITO导电扩展层上刻蚀有用于制作电极的孔洞，孔洞将外延层最末一层的P型GaN层露出，LED芯片的两个电极一个制作在台阶上，另一个制作在孔洞内。优选的，所述钝化层采用绝缘透明的氧化硅、氮化硅、氧化铝中的任意一种。所述钝化层的厚度为有益效果：本专利技术在外延层表面蒸镀一层成分为氧化铟锡薄膜(即ITO导电扩展层)，通过将ITO导电扩展层减薄至来提高LED芯片的出光效率，由于单纯的减薄会导致薄膜的方块电阻上升，导致LED芯片的工作电压上升，而LED芯片的工作电压上升会导致LED芯片的发光效率降低，本专利技术通过控制ITO导电扩展层的蒸镀环境(腔体温度保持在290～310℃，氧气流量为5～15sccm，腔体真空度保持在5×10-4～1×10-5)来控制薄膜的结晶质量，从而改善薄膜的电阻率，控制薄膜的方块电阻，达到在减薄ITO导电扩展层的同时，又不会使LED芯片的工作电压上升。经过实验验证，本专利技术方法制作LED芯片与传统LED芯片相比，可以大大提高LED芯片发光亮度。另外，随着ITO导电扩展层的减薄，薄膜对光的吸收明显下降，同时机台运行时间也明显缩短，对生产效率提升有明显改善，适于大量生产，有利于降低成本。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本专利技术作进一步详细的说明。附图说明构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1是本专利技术优选实施例的LED芯片层间结构图。图中：11-蓝宝石衬底，22-缓冲层，33-N型GaN层，44-多层量子阱，55-P型GaN层，66-ITO导电扩展层，661-孔洞，88-P型电极，99-N型电极，100-台阶。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明，但是本专利技术可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。以下实施例及对比例中均以蓝宝石为衬底制作GaN基LED蓝光芯片，每个实施例及对比例制作1000片wafer(晶圆片)样品，在每一片晶圆片上制作1000颗晶粒，每颗晶粒尺寸为18mil*35mil。参见图1的高亮度LED芯片，本专利技术有以下几种具体实施过程：实施例一在蓝宝石衬底11生长外延层，外延层包括依次生长的缓冲层22、N型GaN层33、多层量子阱44与P型GaN层55，外延层厚度6μm，用电子束蒸发机台蒸镀一层厚度的ITO导电扩展层66，蒸镀条件：腔体温度290℃，氧气流量5sccm，镀膜过程腔体真空度5.0×10-5～7.0×10-5Torr，共用时150min(含灯丝加热升温时间、抽真空时间、其它必要准备时间及蒸镀时间)，接着用光刻工艺暴露出多余的ITO导电扩展层，用FeCl3与HCl的混合溶液湿法蚀刻掉暴露的ITO导电扩展层，用ICP刻蚀机台刻蚀外延片露出台阶100和N型GaN层，刻蚀深度1.3-1.5μm，在ITO导电扩展层的孔洞661内制作P型电极88，在N型GaN台阶上制作N型电极99，然后用PECVD(等离子体增强化学气相沉积法)沉积SiO2制作钝化层，然后测试金属电极与导电扩展层之间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高亮度LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在衬底上制作外延层；2)在外延层上蒸镀厚度为的ITO导电扩展层，ITO导电扩展层的成分为铟锡氧化物，蒸镀条件为：腔体温度保持在290～310℃，氧气流量5～15sccm，腔体真空度保持在5×10‑4～1×10‑5Torr；3)根据所需获得的晶粒图形与结构，将不需要的ITO导电扩展层与外延层刻蚀掉；4)制作电极与钝化层；5)对承载所述LED芯片的晶圆进行减薄、背镀、裂片、分选处理得到晶粒。

【技术特征摘要】
1.一种高亮度LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在衬底上制作外延层；2)在外延层上蒸镀厚度为的ITO导电扩展层，ITO导电扩展层的成分为铟锡氧化物，蒸镀条件为：腔体温度保持在290～310℃，氧气流量5～15sccm，腔体真空度保持在5×10-4～1×10-5Torr；3)根据所需获得的晶粒图形与结构，将不需要的ITO导电扩展层与外延层刻蚀掉；4)制作电极与钝化层；5)对承载所述LED芯片的晶圆进行减薄、背镀、裂片、分选处理得到晶粒。2.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤1中衬底上制作的外延层厚度为3～8μm。3.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤2中采用电子束蒸发设备进行蒸镀。4.根据权利要求1所述的一种高亮度LED芯片的制备方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、碳化硅、硅中的任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾国齐，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43