一种LED芯片的制作方法技术

本申请公开了一种LED芯片的制作方法，包括步骤：蓝宝石衬底上顺次生长缓冲层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层，用ICP刻蚀机台刻蚀P型GaN层露出L型台阶，在P型GaN层表层进行光刻胶涂覆，软考、曝光、显影等步骤露出需要制作电流阻挡层的区域，其他区域全部被保护；利用ICP在P型GaN层表面进行干法刻蚀，刻蚀区域为所述露出需要制作电流阻挡层的区域；制作电流扩展导电层；制作金属电极和钝化层，得到晶圆；晶圆减薄、背镀、切割裂片和晶粒分选得到LED芯片。本发明专利技术不需要沉积绝缘材料SiO2以及湿法腐蚀等步骤，简化工艺节省成本；提高产品的品质，良率有明显提高。

【技术实现步骤摘要】
一种LED芯片的制作方法
本专利技术涉及半导体LED领域，具体地说，是涉及一种LED芯片的制作方法。
技术介绍
相较于内量子效率而言，GaN基LED的外量子效率和光提取效率还有待进一步的技术突破来取得提高。造成GaN基LED外量子效率和光提取效率较低的原因主要包括晶格缺陷对光的吸收、衬底对光的吸收以及光在出射过程中的全反射、材料层中的波导效应等。由于光提取效率和外量子效率在本质上是一致的。影响光子逸出主要有以下原因：光子的全反射，大部分光子在半导体与外部界面上由于全反射而回到半导体内部，全反射光被活性层自身、基板、电极等吸收而无法出射，因此，一般LED芯片的外部取光效率比内量子效率低很多；P型GaN层半透明金属接触电极层对光的吸收，它能吸收约30％的出射光线；N、P电极上键合焊点和引线对出射光线的遮挡；蓝宝石衬底对出射光的吸收。针对影响外量子效率的因素，目前主要通过下列技术方案来提高GaN基LED的外量子效率，倒装焊技术(flipchip)；生长分布布喇格反射层(DBR)结构和高反射镜面电极；表面粗化技术；衬底剥离技术(Laserliftoff)；制作电流阻挡层等技术。以上方案也存在一些不足之处，倒装焊技术和衬底剥离技术难度较高，成本较大；DBR需要大型机台成本较高；目前通过制作电流阻挡层来提高芯片出光效率的方法已经被广泛使用，但是基本上都是通过PECVD沉积SiO2来实现的，该方法在后续PV湿法蚀刻时，酸液会渗透腐蚀电流阻挡层，从而影响电流阻挡层的效果和产品的良率。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题在于提供一种半导体芯片的制作方法，在芯片制作过程中，避免传统电流阻挡层所用材料为SiO2，只需在P型GaN层表面刻蚀掉一薄层便可以起到对电流的阻挡作用，一方面节省材料，另一方面减少钝化层湿法腐蚀中对电流阻挡层的破坏，提高产品良率。为解决上述技术问题，本专利技术提供了一种LED芯片的制作方法，包括步骤：将衬底表面清洁后沉积20-50nm缓冲层，在所述缓冲层上生长4-6μm的N型GaN层，接着在所述N型GaN层上生长200-300nm的多量子阱层，然后在所述多量子阱层上生长20-100nm的P型GaN层；在所述P型GaN层上通过光刻制作芯片图形，用干法刻蚀设备ICP刻蚀出L型台阶，刻蚀深度1-2μm，切割道的宽度在10-30μm之间，该L型台阶的侧面从P型GaN层的侧面延伸至所述N型GaN层的侧面，所述L型台阶的水平方向的平面为N型GaN层所在的平面，所述L型台阶的侧面与水平面的夹角在120-150°之间；在P型GaN层表面涂覆光刻胶厚度2-3μm，经过100-140℃软考1-2min、经过光罩版曝光和显影的步骤露出需要制作电流阻挡层的区域，其他区域全部被保护；利用ICP在P型GaN层表面进行干法刻蚀，刻蚀区域为所述露出需要制作电流阻挡层的区域，刻蚀所用气体为BCl3与Cl2，其中BCl3占比20-80％，刻蚀速率0.5-1A/s，刻蚀深度在所述P型GaN层上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层ITO，透明导电层厚度经过黄光室在ITO表层涂覆光刻胶、光罩曝光、显影后露出多余部分ITO，经过化学腐蚀后将露出部分ITO腐蚀掉，最后去掉光刻胶，露出电流扩展导电层；在所述电流扩展导电层上涂覆光刻胶，通过光罩版曝光、显影步骤将需要开孔的部位的光刻胶去掉，然后用化学腐蚀溶液将露出部位进行腐蚀，露出圆形小孔，圆形小孔面积为金属焊盘面积的10-90％；制作金属电极和钝化层，得到晶圆；晶圆减薄、背镀、切割裂片和晶粒分选得到LED芯片。优选地，所述电流扩展导电层的材料，进一步为：在380-550nm可见光范围内的透光率在90％以上；合金前方块电阻8-10Ω，合金后电阻20-40Ω。优选地，所述电流扩展导电层的材料，进一步为ITO或ZnO导电材料。优选地，所述在所述电流扩展导电层上涂覆光刻胶，通过光罩版曝光、显影步骤将需要开孔的部位的光刻胶去掉，然后用化学腐蚀溶液将露出部位进行腐蚀，露出圆形小孔，圆形小孔面积为金属焊盘面积的10％-90％，进一步的，所述化学腐蚀溶液成分为Fecl3和Hcl的混合液。优选地，所述衬底为蓝宝石、碳化硅或硅。与现有技术相比，本专利技术所述的LED芯片的制作方法，达到了如下效果：(1)传统的电流阻挡层制作方法如下：在外延层P型GaN层表层沉积SiO2，厚度通过黄光室在SiO2表面涂覆光刻胶，经过光罩版曝光、显影后露出多余部分SiO2，然后用化学腐蚀液BOE，主要成分为HF与NH4F的混合液，对多余部分SiO2进行蚀刻，剩下被保护的SiO2起到电流阻挡层的作用。与LED芯片制作工艺中传统电流阻挡层相比，本专利技术不需要沉积绝缘材料SiO2以及湿法腐蚀等步骤，简化工艺节省成本；(2)提高产品的品质，良率有明显提高。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，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为现有技术的LED芯片结构；图2为本专利技术的LED芯片结构；图3为实施例4、实施例5、实施例6、实施例7与对比试验的点测亮度比较结果。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，“耦接”一词在此包含任何直接及间接的电性耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说明书后续描述为实施本专利技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本专利技术的一般原则为目的，并非用以限定本专利技术的范围。本专利技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明，但不作为对本专利技术的限定。实施例1：本实施例提供了一种LED芯片的制作方法，包括步骤：步骤101：将衬底1表面清洁后沉积20nm缓冲层2，在所述缓冲层2上生长4μm的N型GaN层3，接着在所述N型GaN层3上生长200nm的多量子阱层4，然后在所述多量子阱层4上生长20nm的P型GaN层5；所述衬底1为蓝宝石、碳化硅或硅。步骤102：在所述P型GaN层5上通过光刻制作芯片图形，用干法刻蚀设备ICP刻蚀出L型台阶6，刻蚀深度1μm，切割道的宽度10μm，该L型台阶6的侧面从P型GaN层5的侧面延伸至所述N型GaN层3的侧面，所述L型台阶6的水平方向的平面为N型GaN层3所在的平面，所述L型台阶6的侧面与水平面的夹角为120°；步骤103：在P型GaN层5表面涂覆光刻胶厚度2μm，经过100℃软考1min、经过光罩版曝光和显影的步骤露出需要制作电流阻挡层77的区域，其他区域全部被保护；图2中P型GaN层上的凹槽就是电流阻挡层77。步骤104：利用ICP在P型GaN层5表面进行干法刻蚀，刻蚀区域为所述露出需要制作电流阻本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括步骤：将衬底表面清洁后沉积20‑50nm缓冲层，在所述缓冲层上生长4‑6μm的N型GaN层，接着在所述N型GaN层上生长200‑300nm的多量子阱层，然后在所述多量子阱层上生长20‑100nm的P型GaN层；在所述P型GaN层上通过光刻制作芯片图形，用干法刻蚀设备ICP刻蚀出L型台阶，刻蚀深度1‑2μm，切割道的宽度在10‑30μm之间，该L型台阶的侧面从P型GaN层的侧面延伸至所述N型GaN层的侧面，所述L型台阶的水平方向的平面为N型GaN层所在的平面，所述L型台阶的侧面与水平面的夹角在120‑150°之间；在P型GaN层表面涂覆光刻胶厚度2‑3μm，经过100‑140℃软考1‑2min、经过光罩版曝光和显影的步骤露出需要制作电流阻挡层的区域，其他区域全部被保护；利用ICP在P型GaN层表面进行干法刻蚀，刻蚀区域为所述露出需要制作电流阻挡层的区域，刻蚀所用气体为BCl3与Cl2，其中BCl3占比20‑80％，刻蚀速率0.5‑1A/s，刻蚀深度在所述P型GaN层上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层ITO，透明导电层厚度经过黄光室在ITO表层涂覆光刻胶、光罩曝光、显影后露出多余部分ITO，经过化学腐蚀后将露出部分ITO腐蚀掉，最后去掉光刻胶，露出电流扩展导电层；在所述电流扩展导电层上涂覆光刻胶，通过光罩版曝光、显影步骤将需要开孔的部位的光刻胶去掉，然后用化学腐蚀溶液将露出部位进行腐蚀，露出圆形小孔，圆形小孔面积为金属焊盘面积的10‑90％；制作金属电极和钝化层，得到晶圆；晶圆减薄、背镀、切割裂片和晶粒分选得到LED芯片。...

【技术特征摘要】
1.一种LED芯片的制作方法，其特征在于，包括步骤：将衬底表面清洁后沉积20-50nm缓冲层，在所述缓冲层上生长4-6μm的N型GaN层，接着在所述N型GaN层上生长200-300nm的多量子阱层，然后在所述多量子阱层上生长20-100nm的P型GaN层；在所述P型GaN层上通过光刻制作芯片图形，用干法刻蚀设备ICP刻蚀出L型台阶，刻蚀深度1-2μm，切割道的宽度在10-30μm之间，该L型台阶的侧面从P型GaN层的侧面延伸至所述N型GaN层的侧面，所述L型台阶的水平方向的平面为N型GaN层所在的平面，所述L型台阶的侧面与水平面的夹角在120-150°之间；在P型GaN层表面涂覆光刻胶厚度2-3μm，经过100-140℃软烤1-2min、经过光罩版曝光和显影的步骤露出需要制作电流阻挡层的区域，其他区域全部被保护；利用ICP在P型GaN层表面进行干法刻蚀，刻蚀区域为所述露出需要制作电流阻挡层的区域，刻蚀所用气体为BCl3与Cl2，其中BCl3占比20-80％，刻蚀速率刻蚀深度在所述P型GaN层上利用电子束蒸发设备蒸镀透明导电层ITO，透明导电层厚度经过黄光室在ITO表层涂覆光刻胶、光罩曝光、显影后露出多余部分ITO，经过化学...

【专利技术属性】
技术研发人员：艾国齐，汪延明，苗振林，徐平，
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