CN102104099B - 高亮度发光二极管芯片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高亮度发光二极管芯片的制造方法，包括：第一步，在衬底上制备半导体外延层，至少包括N型氮化物半导体层、有源层及P型氮化物半导体层；第二步，局部刻蚀，使部分N型氮化物半导体层露出，露出部分为N型环岛阻挡层、预留N电极蒸镀位置及预留阻挡层位置，并形成N型环岛阻挡层低于预留N电极蒸镀位置一定的高度差，该预留阻挡层位置位于P电极蒸镀位置且比P电极稍宽；第三步，在预留阻挡层位置沉积阻挡层；第四步，在P型氮化物半导体层上形成透明导电层；第五步，在N型和P型氮化物半导体层上分别蒸镀N电极和P电极；第六步，在芯片表面沉积保护膜。本发明能解决电流扩散问题及提升芯片的抗静电能力。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管芯片的制造工艺方法，尤其涉及一种高亮度发光二极管芯片的制造方法。
背景技术
现有的发光二极管芯片结构如图1和图2所示，由于电流会聚集从阻值最小即路程最短的区域通过，即在图1中椭圆区域标示的截断面处。电流从N电极流向P电极时，会优先选择转角处距离最近的边缘区域，使得电流扩散的效果较差，在大电流通过时会产生如图3所示的坏点情况。
现有发光二极管芯片的制造主要包括以下4个基本步骤，见图1和图2：
1.在不导电的衬底上制备半导体外延层，至少包括N型氮化物半导体层11、位于N型氮化物半导体层11上的有源层12、以及位于有源层12上的P型氮化物半导体层13；
2.在P型氮化物半导体层13上蒸镀透明导电层15，并用光刻及刻蚀技术将预蒸镀N电极、P电极及走道的位置留出；
3.利用电子束蒸镀技术蒸镀N电极17和P电极16；
4.利用等离子体化学气相沉积技术在芯片表面沉积保护膜，并留出N电极及P电极的焊点部分。
现有技术存在的问题：
1.电流在N/P层交界处电荷集中导致电流扩散能力差；
2.芯片的抗静电能力差，芯片的抗静电能力是衡量品质的一个重要方面，特别是应用于室外屏产品。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高亮度发光二极管芯片的制造方法，以解决电流扩散问题及提升芯片的抗静电能力。
为解决上述技术问题，本发明提供一种高亮度发光二极管芯片的制造方法，包括如下步骤：
第一步，在不导电的衬底上制备半导体外延层，至少包括N型氮化物半导体层、位于N型氮化物半导体层上的有源层、以及位于有源层上的P型氮化物半导体层；
第二步，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化物半导体层露出，露出部分为N型环岛阻挡层、预留N电极蒸镀位置及预留阻挡层位置，并形成N型环岛阻挡层低于预留N电极蒸镀位置一定的高度差，该预留阻挡层位置位于P电极蒸镀位置且比P电极稍宽；
第三步，利用等离子体化学气相沉积技术在预留阻挡层位置沉积阻挡层；
第四步，利用镀膜技术在P型氮化物半导体层上蒸镀一层透明导电层，并同时在此处增加N电极引申线，该N电极引申线可以是透明导电层N电极引申线，也可以是金属导电层N电极引申线；
第五步，利用光刻及蒸镀技术在N型氮化物半导体层和P型氮化物半导体层上分别蒸镀N电极和P电极，并同时在此处增加N电极引申线，该N电极引申线可以是透明导电层N电极引申线，也可以是金属导电层N电极引申线；
第六步，利用等离子体化学气相沉积技术在芯片表面沉积保护膜，仅露出N电极及P电极的焊点部分。
第一步和第二步之间还包括如下步骤：利用等离子体化学气相沉积技术在半导体层的预蒸镀N电极位置沉积保护膜。所述保护膜为二氧化硅或氮化硅。所述保护膜的厚度为
第二步可具体分为两步：步骤A，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化镓层露出，此处为预留N电极蒸镀位置；步骤B，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化镓层露出，此处为N型环岛阻挡层。步骤A中预留N电极蒸镀位置的深度为
步骤B中N型环岛阻挡层的深度为
第二步中所述N型环岛阻挡层低于预留N电极蒸镀位置一定的高度差为
第三步中所述阻挡层的直径为100um(微米)-120um，深度为
第四步中所述透明导电层的厚度为
优选地，第四步中，所述N电极引申线为透明导电层N电极引申线；第五步中，所述N电极引申线为金属导电层N电极引申线。
第六步中所述保护膜为二氧化硅或氮化硅，该保护膜的厚度为
和现有技术相比，本发明具有以下有益效果：本发明采用阻挡环(N型环岛阻挡层)后，电流平面扩散效果更好，不会集中于转角处垂直扩散。电荷在阻挡环的底部聚集，而并不是在P层或量子阱层聚集，有利于提升抗静电能力。
附图说明
图1是现有的发光二极管芯片的剖面图；
图2是现有的发光二极管芯片的正面图；
图3是现有的发光二极管芯片在大电流从N电极流向P电极时会产生的坏点情况示意图；
图4是本发明步骤一完成后的剖面图；
图5是本发明步骤一完成后的俯视图；
图6是本发明步骤二完成后的剖面图；
图7是本发明步骤二完成后的俯视图；
图8是本发明步骤三完成后的剖面图；
图9是本发明步骤三完成后的俯视图；
图10是本发明步骤四完成后的剖面图；
图11是本发明步骤四完成后的俯视图；
图12是本发明步骤五完成后的剖面图；
图13是本发明步骤五完成后的俯视图；
图14是本发明步骤六完成后的剖面图。
图1和图2中，11是N型氮化物半导体层，12是有源层，13是P型氮化物半导体层，15是透明导电层，16是P电极，17是N电极。
图4-图14中，1是N型氮化物半导体层，2是有源层(即量子阱层或发光区)，3是P型氮化物半导体层，4是N型环岛阻挡层，5是透明导电层，6是P电极，7是N电极，8是保护膜，9是阻挡层，9’是预留阻挡层位置，10为透明导电层N电极引申线，11为金属导电层N电极引申线。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明。
实施例一：
本发明的一种高亮度发光二极管芯片的制造方法，具体包括如下步骤：
步骤一，利用有机金属气相沉积技术在不导电的衬底上生长出半导体外延层，该半导体外延层至少包括N型氮化物半导体层1，位于N型氮化物半导体层1上的有源层2及位于有源层2上的P型氮化物半导体层3，见图4和图5。
步骤二，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化物半导体层1露出，此处为预留N电极蒸镀位置，深度为
然后，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化物半导体层1露出，此处为N型环岛阻挡层4，深度为
最终形成N型环岛阻挡层4低于预留N电极蒸镀位置
左右的高度差；同时，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，在预留P电极蒸镀位置预留比P电极稍宽的预留阻挡层位置9’，使部分N型氮化物半导体层1露出，见图6和图7。
步骤三，利用等离子体化学气相沉积技术在预留阻挡层位置9’沉积阻挡层9，该阻挡层9的直径为100微米-120微米，深度为
该阻挡层9可以是二氧化硅或氮化硅，见图8和图9；此部分的作用为在P电极下有源层发出的光由于受到P电极的阻挡，无法发出，并且电流会因为距离最短效果集中于此处，阻碍电流的扩散。
步骤四，利用镀膜技术在P型氮化物半导体层3上蒸镀一层透明导电层5，该透明导电层5的厚度d为
并利用光刻及干法或湿法刻蚀技术露出蒸镀P电极区域，同时在此处需要增加透明导电层N电极引申线10，见图10和图11。
步骤五，利用光刻及蒸镀技术在N型氮化物半导体层1和P型氮化物半导体层3上蒸镀电极，分别形成N电极7和P电极6，在此处需要增加金属导电层N电极引申线11，见图12和图13；该金属导电层N电极引申线11与步骤四中增加透明导电层N电极引申线10的目的相同，形成的位置相同，但形成的方式效用不同；金属导电层N电极引申线11的导电能力强，电流扩散效果好，但透明导电层N电极引申线10虽导电能力不及金属，但不阻挡发光，对边缘出光有好处。针对半导体器件来讲，电流扩散问题是影响发光效率较大的一个方面，从图形设计来讲，N电极与P电极的间距分布越均匀，电流扩散效果越好。因此，将图形设计成N电极带引申线方式，使得原本直线相连的两个电极形成扇形分布状态，有助电流扩散。
步骤六，利用等离子体化学气相沉积技术在芯片表面沉积保护膜8，此保护膜可以为二氧化硅、氮化硅等，此保护膜的厚度为
仅露出N电极7及P电极6的焊点部分，见图14。
实施例二：
本发明的另一种高亮度发光二极管芯片的制造方法，其与实施例1的不同之处在于步骤二，其它步骤(步骤一、三、四、五、六)均与实施例1相同。
该实施例二的步骤二具体为：利用等离子体化学气相沉积技术在半导体层的预蒸镀N电极位置沉积保护膜，此保护膜可以为二氧化硅、氮化硅等，此保护膜的厚度为然后，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化物半导体层1露出，此处为N型环岛阻挡层4及预留N电极蒸镀位置，并形成N型环岛阻挡层4低于预留N电极蒸镀位置左右的高度差；同时，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，在预留P电极蒸镀位置预留比P电极稍宽的预留阻挡层位置9’，使部分N型氮化物半导体层1露出，见图6和图7。
采用本发明方法制造的高亮度发光二极管芯片如图14所示，采用阻挡环(N型环岛阻挡层4)后，电流平面扩散效果更好，不会集中于转角处垂直扩散。电荷在阻挡环的底部聚集，而并不是在P型氮化镓层3或有源层2聚集，有利于提升抗静电能力。
Claims (12)
1.一种高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步，在不导电的衬底上制备半导体外延层，至少包括N型氮化物半导体层、位于N型氮化物半导体层上的有源层、以及位于有源层上的P型氮化物半导体层；
第二步，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化物半导体层露出，露出部分为N型环岛阻挡层、预留N电极蒸镀位置及预留阻挡层位置，并形成N型环岛阻挡层低于预留N电极蒸镀位置一定的高度差，该预留阻挡层位置位于P电极蒸镀位置且比P电极稍宽；
第三步，利用等离子体化学气相沉积技术在预留阻挡层位置沉积阻挡层；
第四步，利用镀膜技术在P型氮化物半导体层上蒸镀一层透明导电层，并同时在露出部分N型氮化物半导体层上增加N电极引申线，所述N电极引申线为透明导电层N电极引申线，所述露出部分N型氮化物半导体层为预留N电极蒸镀位置；
第五步，利用光刻及蒸镀技术在N型氮化物半导体层和P型氮化物半导体层上分别蒸镀N电极和P电极，并同时在露出部分N型氮化物半导体层上增加N电极引申线，所述N电极引申线为金属导电层N电极引申线，所述露出部分N型氮化物半导体层为预留N电极蒸镀位置；
第六步，利用等离子体化学气相沉积技术在芯片表面沉积保护膜，仅露出N电极及P电极的焊点部分。
2.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第一步和第二步之间还包括如下步骤：利用等离子体化学气相沉积技术在半导体层的预蒸镀N电极位置沉积保护膜。
3.根据权利要求2所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述保护膜为二氧化硅或氮化硅。
4.根据权利要求2或3所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，所述保护膜的厚度为
5.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第三步中，所述阻挡层为二氧化硅或氮化硅。
6.根据权利要求1或5所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第三步中，所述阻挡层的直径为100微米-120微米，深度为
7.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第二步可具体分为两步：步骤A，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化镓层露出，此处为预留N电极蒸镀位置；步骤B，利用光刻及刻蚀技术进行局部刻蚀，使部分N型氮化镓层露出，此处为N型环岛阻挡层。
8.根据权利要求7所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，步骤A中预留N电极蒸镀位置的深度为
步骤B中N型环岛阻挡层的深度为
9.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第二步中所述N型环岛阻挡层低于预留N电极蒸镀位置一定的高度差为
10.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第四步中所述透明导电层的厚度为
11.根据权利要求1所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第六步中所述保护膜为二氧化硅或氮化硅。
12.根据权利要求1或11所述的高亮度发光二极管芯片的制造方法，其特征在于，第六步中所述保护膜的厚度为
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