一种GaAs基LED芯片的无光刻制备方法技术

一种GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，包括以下步骤：（1）在GaAs衬底上生长外延层；（2）制备排列有电极孔洞的贴片；（3）将步骤（2）制备的贴片贴在步骤（1）制备的GaAs基LED外延层上；（4）在贴片上通过蒸镀进行Au膜沉积，电极孔洞处的Au膜与外延层接触形成P电极；（5）将贴片取下并进行退火处理，得到P电极；（6）对GaAs衬底减薄及生长N电极。该方法通过设计具有电极孔洞的贴片，将该贴片与GaAs基LED外延片贴在一起制备P电极，无需光刻直接进行电极蒸镀得到P电极，避免了现有技术中光刻制备GaAs基LED芯片的P电极因化学腐蚀或光刻胶造成的电极大小波动问题，避免了光电参数波动，提高了生产效率，流程简便，适合规模化生产。

A lithography free fabrication method of GaAs based LED chip

A lithographic method for preparing GaAs-based LED chips comprises the following steps: (1) epitaxial layer is grown on GaAs substrate; (2) patches with electrode holes are prepared; (3) the patches prepared are pasted on the GaAs-based LED epitaxial layer prepared in step (1); and (4) Au film is deposited on the patches by evaporation plating. The Au film at the electrode hole contacts with the epitaxial layer to form P electrode; (5) The patch is removed and annealed to obtain P electrode; (6) The GaAs substrate is thinned and the N electrode is grown. By designing a patch with electrode holes, the patch is bonded with GaAs-based LED epitaxial sheet to prepare P electrode, and the P electrode is obtained by direct evaporation without photolithography. The problem of electrode size fluctuation caused by chemical corrosion or photoresist is avoided and the problem of electrode size fluctuation caused by photolithographic fabrication of GaAs-based LED chip is avoided. The fluctuation of photoelectric parameters improves production efficiency and is simple and suitable for large-scale production.

【技术实现步骤摘要】
一种GaAs基LED芯片的无光刻制备方法
本专利技术涉及一种无需光刻的GaAs基LED芯片的制备方法，属于光电子

技术介绍
LED作为21世纪的照明新光源，同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的l/10，而寿命却可以延长100倍。LED器件是冷光源，光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，结构坚固且寿命很长，光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，不会在生产和使用中产生对外界的污染。因此，半导体灯具有节能、环保、寿命长等特点，如同晶体管替代电子管一样，半导体灯替代传统的白炽灯和荧光灯，也将是大势所趋。无论从节约电能、降低温室气体排放的角度，还是从减少环境污染的角度，LED作为新型照明光源都具有替代传统照明光源的极大潜力。上世纪50年代，在IBMThomasJ.WatsonResearchCenter为代表的诸多知名研究机构的努力下，以GaAs为代表的III–V族半导体在半导体发光领域迅速崛起。之后随着金属有机物化学气相沉积(MOCVD)技术的出现，使得高质量的III–V族半导体的生长突破了技术壁垒，各种波长的半导体发光二极管器件相继涌入市场。由于半导体发光二极管相对于目前的发光器件具有效率高、寿命长、抗强力学冲击等特质，在世界范围内被看作新一代照明器件。但是由于III–V族半导体的折射率普遍较高(GaP：3.2)，这就导致LED的发光区域发出的光在经芯片表面出射到空气中时受制于界面全反射现象，只有极少部分的光可以出射到器件外部(GaP约为2.4％)。界面全反射现象导致LED的外量子效率低下，是制约LED替代现有照明器件的主要原因。GaAs基LED芯片P电极制备现一般采用湿法腐蚀法制备，湿法腐蚀法制备存在易出现电极侧蚀且电极图形大小会出现一定的波动，P电极大小不稳定导致不同位置出光效率差别较大，而需进行大面积的测试确认相关光电参数。中国专利文献CN105006507A公开的《GaAs基发光二极管芯片上P电极的制备方法》，是在GaAs基外延片GaP粗糙表面上涂上负性光刻胶，然后进行光刻，在表面保留负性光刻胶的电极图形，再在GaAs基外延片表面蒸镀上一层Au膜，再将电极图形以外的金属剥离掉，在GaAs基发光二极管芯片上得到P电极，此方法解决了湿法腐蚀易侧蚀的问题，但其使用负胶剥离造成成本增加、且负胶剥离增加了步骤影响批量生产的效率、电极大小也会有一定的波动。中国专利文献CN102332509A公开的《一种利用化学镀制备LED芯片的p电极的方法》，在LED外延片的p-GaN层上制备相互间隔的纳米金属颗粒，并刻蚀该p-GaN层，使得该p-GaN层表面为纳米结构；利用掩膜将所述LED外延片的激活区域镀上激活液，以对该LED外延片的激活区域进行激活，然后移去掩膜；将所述LED外延片放入化学镀液中，在将所述激活区域外的纳米金属颗粒溶解的同时，在所述LED外延片的激活区域化学镀金属，以形成金属基板；所述金属为可诱发还原金的金属；将所述LED外延片放入化学镀金液中，在所述金属基板上自动沉积金，以得到p电极。此方法主要采用化学镀膜的方式制备LED芯片的P电极，且纳米金属颗粒易残留在粗糙表面内影响出光，无法实现GaAs基LED芯片的电极制备。中国专利文献CN1885569公开的《以ITO为P电极的两次光刻GaN基LED电极制作方法》，是在GaN基LED上通过ITO制备P电极的方法，此方法主要适用于GaN基LED电极制备，因GaN基与GaAs基LED芯片的差别，且其还通过了两次光刻对批量的生产效率有很大的影响。
技术实现思路
针对现有GaAs基LED芯片存在的P电极制备过程易造成电极损伤的问题，本专利技术提供一种无需经过光刻的GaAs基LED芯片的制备方法，该制备方法流程简便、能得到大小一致的P电极且大幅度提升生产效率。本专利技术的GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，所述GaAs基LED芯片包括N电极、GaAs衬底、外延层、P电极，包括以下步骤：(1)在GaAs衬底上生长外延层；(2)制备排列有电极孔洞的贴片；(3)将步骤(2)制备的贴片贴在步骤(1)制备的GaAs基LED外延层上；(4)在贴片上通过蒸镀进行Au膜沉积，电极孔洞处的Au膜与外延层接触形成P电极；(5)将贴片取下并进行退火处理，得到P电极；(6)对GaAs衬底减薄及生长N电极。所述步骤(2)中电极孔洞直径为70-100μm。所述步骤(2)中电极孔洞为锥形孔。这样可使得蒸镀金属不会蒸镀在电极孔洞的侧壁上，后续可很简单的将贴片取掉，贴片可重复利用且得到更好稳定一致的P电极图形。所述步骤(2)中贴片的厚度为80-200μm。所述步骤(4)中Au膜沉积是在100-200℃温度下进行。所述步骤(4)中Au膜的厚度为1.5-3μm。所述步骤(5)中退火处理温度为450-550℃。所述步骤(6)中，对GaAs衬底减薄及生长N电极的具体步骤如下：①对GaAs衬底减薄至厚度为150-220μm；②在减薄后的GaAs衬底背面生长厚度0.35-0.6μm的Au膜作为N电极。本专利技术采用与传统工艺不同的方法制备P电极，设计具有整齐排列的电极孔洞的贴片，将该贴片与GaAs基LED外延片贴在一起，通过贴片上的电极孔洞制备P电极，无需光刻直接进行电极蒸镀得到P电极，避免了现有技术中光刻制备GaAs基LED芯片的P电极因化学腐蚀或光刻胶造成的电极大小波动问题，提高了生产效率，避免了采用常规方法制备电极过程中的造成电极大小波动导致光电参数波动的影响，且避免了电极制备过程中对电极表面的损伤且电极图形更易焊线，流程简便，适合规模化生产。附图说明图1是GaAs基LED芯片的结构示意图。图2是本专利技术中具有电极孔洞的贴片的剖视图。图3是本专利技术中步骤(4)沉积Au膜的剖视图。图中：1、GaAs衬底，2、外延层，3、P电极，4、N电极，5、贴片,6、电极孔洞，7、Au膜。具体实施方式本专利技术是对图1所示的GaAs基LED芯片的进行无需光刻的制备，该GaAs基LED芯片由下至上依次为N电极4、GaAs衬底1、外延层2和P电极3。图1所示GaAs基LED芯片的制备方法，包括以下具体步骤。(1)按常规金属有机化学气相沉积(MOCVD)方法，在GaAs衬底1上生长外延层2。(2)制备具有整齐排列(间隔一致,按需制备的LED芯片的周期排列)的电极孔洞6的贴片5，如图2所示，电极孔洞6通过常规光刻版制备。贴片5的厚度为80-200μm。贴片5采用普通的PVC材料。电极孔洞6为上小下大的锥形孔。电极孔洞6的直径(电极孔洞6的上端直径)为70-100μm。电极孔洞6呈锥形设计，使得金属不会蒸镀在电极孔洞的侧壁上，后续步骤(3)中可以很简单的将贴片5取掉。贴片5可重复利用且大幅度提升生产效率减少各种金属腐蚀液的使用降低LED芯片制备成本，流程简便适合规模化生产。(3)将步骤(2)制备的带电极孔洞6的贴片5贴在步骤(1)制备的GaAs基外延层2上，并通过蒸镀设备的夹具将其固定在蒸镀设备的行星架上。(4)在100-200℃下，在贴片表面上沉积一层厚度为1.5-3μm的Au膜7。如图3所示。因存在整齐排列的电极孔洞6，电极孔洞6处的Au膜7落在外延层2上，形成P电极3，其余区域的Au薄膜本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)在GaAs衬底上生长外延层；(2)制备排列有电极孔洞的贴片；(3)将步骤(2)制备的贴片贴在步骤(1)制备的GaAs基LED外延层上；(4)在贴片上通过蒸镀进行Au膜沉积，电极孔洞处的Au膜与外延层接触形成P电极；(5)将贴片取下并进行退火处理，得到P电极；(6)对GaAs衬底减薄及生长N电极。

【技术特征摘要】
1.一种GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，其特征是，包括以下步骤：(1)在GaAs衬底上生长外延层；(2)制备排列有电极孔洞的贴片；(3)将步骤(2)制备的贴片贴在步骤(1)制备的GaAs基LED外延层上；(4)在贴片上通过蒸镀进行Au膜沉积，电极孔洞处的Au膜与外延层接触形成P电极；(5)将贴片取下并进行退火处理，得到P电极；(6)对GaAs衬底减薄及生长N电极。2.根据权利要求1所述的GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，其特征是，所述步骤(2)中电极孔洞直径为70-100μm。3.根据权利要求1所述的GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，其特征是，所述步骤(2)中电极孔洞为锥形孔。4.根据权利要求1所述的GaAs基LED芯片的无光刻制备方法，其特征是，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晓明，王建华，闫宝华，刘琦，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