一种GaN基发光二极管芯片的制备方法技术

一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：（1）通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；所述干法刻蚀为ICP刻蚀，包括两步，第一步采用Cl2和BCl2为刻蚀气体，刻蚀GaN基外延片，第二步采用O2，去除残留的光刻胶；（2）在p型GaN层的表面生长一层ITO透明导电膜；（3）分别在ITO透明导电膜和n型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极；（4）在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。该方法在ICP刻蚀中通过增加一步O2等离子体去除光刻胶的步骤，可彻底的去除残留的光刻胶，保证芯片表面干净，简化了工艺流程，缩短了生产周期。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法
本专利技术涉及一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，属于光电子

技术介绍
GaN、InN、AlN等具有对称六方晶系结构的Ⅲ-Ⅴ族半导体材料，都是直接能隙，因此非常适合于作为发光器件的材料，其中根据成分的不同，可以得到禁带宽度从6.5eV到0.7eV的三元或四元化合物半导体，所对应的发光波长涵盖深紫外光到远红外光的波段范围。由于GaN系列半导体的这个特点，使得GaN系列半导体材料广泛应用于LED与LD等光电器件上。早期由于GaN晶体与生长衬底的晶格常数不匹配，使得GaN系列蓝绿光LED外延生长品质与GaAs系列红黄光LED相比相差甚远，直到将GaN蓝绿光LED结构生长于(0001)蓝宝石衬底上，使得人类拥有全彩LED的梦想得以实现。相对于Si、SiC等其它衬底，蓝宝石衬底有稳定性高、技术成熟、机械强度高、性价比高等优点，因此使用蓝宝石衬底仍然是现在发光二极管产业的主流。由于蓝宝石衬底是不导电的，因此在GaN基LED芯片的制备中就必须将LED外延片从表面去除部分材料至重掺杂的n型GaN，并分别在p型和n型GaN材料上制备p型和n型电极。GaN的化学键合能较高，高的结合能和宽带隙使Ⅲ族氮化物材料本质上是化学惰性的，在常温下不受化学酸和碱等溶液的腐蚀，用化学腐蚀法腐蚀GaN等材料，无论是腐蚀速率还是腐蚀的各向异性都不能令人满意。因此在GaN基LED芯片的制备中就必须采用干法刻蚀技术，目前主流的干法刻蚀方法为ICP(InductiveCoupledPlasma，感应耦合等离子体)刻蚀。ICP刻蚀过程中，在高频射频源的作用下ICP刻蚀设备腔室内通入的气体会形成等离子体，在内建电场的作用下会轰击晶片表面以物理的作用刻蚀GaN外延层，同时形成的原子团会以化学作用刻蚀GaN外延层。ICP刻蚀过程中晶片表面的温度会升高，使晶片表面的光刻胶发生变化而导致ICP刻蚀后的光刻胶很难去除。而光刻胶去除不彻底会导致后续芯片制备完成后出现掉电极、难焊线等质量问题，一般会在去胶工艺之后增加一步O2等离子体清洗工艺，以保证芯片表面无残留胶，但是增加O2等离子体清洗工艺会延长生产周期，增加生产成本。
技术实现思路
针对现有ICP刻蚀技术存在的不足，本专利技术提出一种无残留胶、工艺流程简化的GaN基发光二极管芯片的制备方法。本专利技术的GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：(1)在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl2和BCl2为刻蚀气体，刻蚀GaN基外延层至n型GaN层，第二步采用O2作为刻蚀气体，去除残留的光刻胶；经过干法刻蚀，不仅完成台面结构图形的制作，而且将表面清洗干净，能够直接进行下一步的ITO生长；(2)在p型GaN层的表面生长一层ITO(IndiumTinOxide，氧化铟锡)透明导电膜；(3)分别在ITO透明导电膜和n型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极；(4)在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。所述步骤(1)中p型GaN层的上表面所涂正性光刻胶的厚度为2-6μm。所述步骤(1)中刻蚀过程的第一步采用Cl2/BCl2为刻蚀气体，50-100sccm/5-20sccm，2-8mTorr，RFPower1200-500W，RFPower2100-300W，温度0-20℃。所述步骤(1)中刻蚀过程的第二步采用O2为刻蚀气体，20-80sccm，5-20mTorr，RF1200-800W，RF250-300W，温度0-20℃。所述步骤(2)的ITO透明导电膜的厚度为1000－3000埃。所述步骤(4)中GaN基发光二极管芯片的上表面沉积的钝化层厚度为所述步骤(4)中钝化层为氧化硅薄膜。本专利技术通过在常规的ICP刻蚀工艺中的GaN刻蚀步骤后面增加一步O2等离子体去除光刻胶的步骤，取消了GaN基发光二极管芯片制备过程中的去胶及等离子体清洗步骤，简化了工艺流程，缩短了生产周期。增加的O2等离子体去除光刻胶的步骤，可彻底的去除残留的光刻胶，保证芯片表面干净，避免了后续工艺中出现掉电极、难焊线等质量问题。附图说明图1是本专利技术中步骤(1)制得的具有台面结构的GaN基外延片示意图。图2是本专利技术步骤(2)制得具有透明导电膜的GaN基外延片示意图。图3是本专利技术步骤(3)制得具有金属电极的GaN基外延片示意图。图4是本专利技术中的步骤(4)制得具有钝化层的GaN基外延片示意图。图中：1、p型GaN层，2、量子阱层，3、n型GaN层，4、透明导电膜，5、金属电极，6、钝化层。具体实施方式本专利技术的GaN基发光二极管芯片的制备方法，适用于正装的蓝宝石衬底的GaN基发光二极管芯片，具体步骤如下：(1)首先在GaN基外延片的p型GaN层1的上表面涂2-6μm(优选3μm)厚的正性光刻胶，通过对准、曝光、显影、烘干步骤对所述正性光刻胶进行光刻，光刻出可供后续ICP刻蚀出台面结构的图形。使用热板在98℃下烘烤1分钟-2分钟进行对准，然后在紫外线下曝光5秒-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10秒-30秒，使用热板在98℃下烘烤1-2分钟。如图1所示，利用ICP干法刻蚀方法，沿GaN基外延片的p型GaN层1、量子阱层2到n型GaN层3刻蚀出台面结构，同时去除表面残留的光刻胶。具体ICP刻蚀过程分为两步，第一步采用Cl2/BCl2为刻蚀气体，50-100sccm/5-20sccm，2-8mTorr，RFPower1200-500W，RFPower2100-300W，温度0-20℃，刻蚀GaN基外延片；优选80sccm/10sccm，6mTorr，RFPower1300W，RFPower2200W，温度10℃。第二步采用O2为刻蚀气体，20-80sccm，5-20mTorr，RF1200-800W，RF250-300W，温度0-20℃，去除残留的光刻胶；优选50sccm，15mTorr，RF1500W，RF2100W，温度10℃。(2)如图2所示，在p型GaN层1的表面沉积一层ITO透明导电膜4。具体步骤为：首先，利用电子束蒸发方法在GaN基外延片的上表面(这里在整个外延片的表面沉积ITO，后面通过光刻、腐蚀去除p-GaN之外的ITO，最终的结果是在p型GaN层表面沉积ITO)沉积一层1000－3000埃的ITO透明导电膜作为电流扩展层；其次，在电流扩展层上涂上2μm厚的正性光刻胶，然后通过对准、曝光、显影、烘干、腐蚀步骤对所述正性光刻胶进行光刻，光刻出只保留p型GaN层上对应的ITO透明导电膜，其中使用热板在98℃下烘烤1-2分钟对准，然后在紫外线下曝光5-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10-30秒，使用热板在98℃下烘烤1-2分钟，放入浓度为25-30wt％的HCl溶液中腐蚀15-30分钟，腐蚀掉未被正性光刻胶保护的ITO透明导电膜，放入丙酮中超声5-10分钟，然后在乙醇中超声10分钟，取出后使用去离子水冲洗10分钟，进而去除GaN基外延本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，包括以下步骤： (1)在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl2和BCl2为刻蚀气体，刻蚀GaN基外延层至n型GaN层，第二步采用O2作为刻蚀气体，去除残留的光刻胶；经过干法刻蚀，不仅完成台面结构图形的制作，而且将表面清洗干净，能够直接进行下一步的ITO生长； (2)在p型GaN层的表面生长一层ITO(Indium Tin Oxide，氧化铟锡)透明导电膜； (3)分别在ITO透明导电膜和n型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极； (4)在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，包括以下步骤：（1）在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl2和BCl2为刻蚀气体，刻蚀GaN基外延层至n型GaN层，第二步采用O2作为刻蚀气体，去除残留的光刻胶；经过干法刻蚀，不仅完成台面结构图形的制作，而且将表面清洗干净，能够直接进行下一步的ITO生长；（...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘岩，马玉玲，彭璐，徐现刚，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37