CN103413875B - 一种led芯片的pn台阶、led芯片以及led芯片的pn台阶的制作方法 - Google Patents
一种led芯片的pn台阶、led芯片以及led芯片的pn台阶的制作方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种LED芯片的PN台阶、LED芯片以及制作方法，所述LED芯片包括衬底和成形在所述衬底上的外延层，所述外延层具有PN台阶，所述PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，所述PN台阶的上台阶面为P型导电层，其下台阶面为N型导电层，所述上台阶面与所述下台阶面之间连接形成PN台阶侧面；其中，所述PN台阶侧面包括位于所述上台阶面的第一连接边和位于所述下台阶面的第二连接边，所述第二连接边位于所述第一连接边与所述下台阶面端部之间，且所述PN台阶侧面为曲面或斜面；本发明利于绝缘钝化膜在LED芯片上的覆盖效果，有效提高了LED芯片的开启电压，减少漏电流，同时还有效提高LED芯片的出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种LED芯片的制造技术，具体涉及了一种LED芯片的PN台阶、LED芯片以及制作方法。
背景技术
常规的LED芯片的制作工艺主要为：首先在衬底（现有主要采用蓝宝石材料）上依次沉积N型导电层、发光层以及P型导电层，其中，N型导电层、发光层以及P型导电层组成外延层（现有主要采用GaN材料），通过刻蚀（一般采用光刻）工艺在外延层上形成台阶（本文统一称为PN台阶），该台阶使得外延层的部分N型导电层露出表面，即台阶的上台阶面为P型导电层，其下台阶面为N型导电层，上、下台阶面呈平行或基本平行；然后在PN台阶中的P型导电层上分别制作透明导电层和P型电极，以及在PN台阶中的N型导电层上制作N型电极，最后在PN台阶上生长覆盖绝缘钝化膜，仅将P型电极和N型电极露出，以确保LED芯片与外界隔绝，从而避免LED芯片的正向小电流电压（也称为开启电压）受到影响以及漏电，绝缘钝化膜的材料一般为Si化合物，主要为二氧化硅，同时由于绝缘钝化膜材料的折射率大于空气，因而绝缘钝化膜还能增加LED芯片的出光量，且不会影响其外观和电学性能。
然而，请参见图1所示，现有LED芯片外延层100中PN台阶100a的上台阶面110与下台阶面120之间的连接面（本文统称为PN台阶侧面130）与上台阶面110、下台阶面120相垂直或基本垂直，导致在后续进行覆盖绝缘钝化膜时无法在该PN台阶侧面130良好地进行均匀覆盖，因而覆盖效果较差，导致绝缘钝化膜的上述功能下降，即降低了LED芯片的出光效果，同时使得LED芯片的开启电压下降，因而漏电流增加。
因此，需要提出优化技术来对解决上述的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种LED芯片的PN台阶、LED芯片以及制作方法，利于绝缘钝化膜在LED芯片上的覆盖效果，有效提高了LED芯片的开启电压，减少漏电流，同时还有效提高LED芯片的出光效率。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案如下：
一种LED芯片的PN台阶，所述LED芯片包括衬底和成形在所述衬底上的外延层，所述外延层依次包括N型导电层、发光层和P型导电层，所述外延层具有PN台阶，所述PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，所述PN台阶的上台阶面为P型导电层，其下台阶面为N型导电层，所述上台阶面与所述下台阶面之间连接形成PN台阶侧面；
其中，所述PN台阶侧面包括位于所述上台阶面的第一连接边和位于所述下台阶面的第二连接边，所述第二连接边位于所述第一连接边与所述下台阶面端部之间，且所述PN台阶侧面为曲面或斜面。
优选地，所述曲面呈圆弧型形状。
优选地，所述斜面的倾斜角度为30-60度。
优选地，所述斜面的倾斜角度为43-48度。
优选地，一种LED芯片，包括衬底，成形在所述衬底上、且由N型导电层、发光层和P型导电层组成的外延层，与所述N型导电层电连接的N型电极以及与所述P型导电层电连接的P型电极，所述外延层具有PN台阶，所述PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，其中，所述PN台阶采用如上所述的PN台阶。
优选地，所述衬底材料选自蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化镓、氮化铝和尖晶石中的任意一种；所述外延层材料选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN中的任意一种或几种的结合。
优选地，一种如上所述的LED芯片的PN台阶的制作方法，其中，对外延层进行光刻工艺处理形成所述PN台阶。
优选地，所述光刻工艺的操作步骤包括：
a）、在外延层上制作光刻胶图形层，其中，所述光刻胶图形层表面面积小于其底面面积，且所述光刻胶图形层的端面为曲面或斜面，得到具有光刻胶图形层的外延层；
b）、对上述步骤a）得到的具有光刻胶图形层的外延层进行干法或湿法刻蚀，其中，光刻胶图形层与外延层的刻蚀选择比为0.8:1-1.8:1；
c）、在外延层上形成所述PN台阶。
优选地，所述步骤a）具体包括：
a10）、在所述外延层上涂覆正性光刻胶，其厚度为2.5-3.5μm；
a20）、对所述正性光刻胶进行接近式曝光，掩膜板与正性光刻胶的距离为10-25μm，曝光量为75-85mj/cm2；
a30）、对曝光后的正性光刻胶显影60-80s，所述外延层上形成所述光刻胶图形层；
a40）、在100-160℃的温度条件下硬烤20-60min，固化得到具有光刻胶图形层的外延层。
优选地，所述步骤b）为对上述步骤a）得到的具有光刻胶图形层的外延层进行ICP干法刻蚀。
本发明提出将PN台阶侧面设置成包括位于上台阶面的第一连接边和位于下台阶面的第二连接边，第二连接边位于第一连接边与下台阶面端部之间，同时将PN台阶侧面设置为曲面或斜面，该呈曲面或斜面的PN台阶侧面使得在后续进行覆盖绝缘钝化膜时有利于在该PN台阶侧面良好地进行均匀覆盖，因而覆盖效果好，因此本发明可有效提高LED芯片的开启电压，减少漏电流，同时由于增加了绝缘钝化膜的有效覆盖面积，因此还可有效提高LED芯片的出光效率。
本发明还提出采用光刻工艺来制作本发明的PN台阶，制作工艺简单、方便，且制作成本低，适合进行规模推广应用。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术中LED芯片的外延层截面的部分结构示意图；
图2是本发明实施例1中LED芯片的外延层截面的部分结构示意图；
图3是本发明实施例2中LED芯片的外延层截面的部分结构示意图；
图4A是本发明实施例1在制作过程中完成步骤a）时LED芯片的外延层截面的部分结构示意图；
图4B是本发明实施例1在制作过程中执行步骤b）时LED芯片的外延层截面的部分结构示意图；
图4C是本发明实施例1在制作过程中完成步骤c）时LED芯片的外延层截面的部分结构示意图；
图5是本发明实施例1中LED芯片在覆盖绝缘钝化膜后的外延层截面的部分结构示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种LED芯片的PN台阶，LED芯片包括衬底和成形在衬底上的外延层，外延层依次包括N型导电层、发光层和P型导电层，外延层具有PN台阶，PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，PN台阶的上台阶面为P型导电层，其下台阶面为N型导电层，上台阶面与下台阶面之间连接形成PN台阶侧面；其中，PN台阶侧面包括位于上台阶面的第一连接边和位于下台阶面的第二连接边，第二连接边位于第一连接边与下台阶面端部之间，且PN台阶侧面为曲面或斜面。
本发明实施例还公开了一种LED芯片，包括衬底，成形在衬底上、且由N型导电层、发光层和P型导电层组成的外延层，与N型导电层电连接的N型电极以及与P型导电层电连接的P型电极，外延层具有PN台阶，PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，其中，PN台阶采用如上所述的PN台阶。
本发明实施例还公开了一种如上所述的LED芯片的PN台阶的制作方法，其中，对外延层进行光刻工艺处理形成PN台阶。
本发明实施例提出将PN台阶侧面设置成包括位于上台阶面的第一连接边和位于下台阶面的第二连接边，第二连接边位于第一连接边与下台阶面端部之间，同时将PN台阶侧面设置为曲面或斜面，该呈曲面或斜面的PN台阶侧面使得在后续进行覆盖绝缘钝化膜时有利于在该PN台阶侧面良好地进行均匀覆盖，因而覆盖效果好，因此本发明实施例可有效提高LED芯片的开启电压，减少漏电流，同时由于增加了绝缘钝化膜的有效覆盖面积，因此还可有效提高LED芯片的出光效率。
本发明实施例还提出采用光刻工艺来制作本发明实施例的PN台阶，制作工艺简单、方便，且制作成本低，适合进行规模推广应用。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
实施例1：
请参见图2所示，一种LED芯片的PN台阶，LED芯片（未示出）包括衬底和成形在衬底上的外延层200，外延层200依次包括N型导电层、发光层和P型导电层（本文中的附图未具体划分示出），外延层200具有PN台阶200a，PN台阶200a上覆盖有绝缘钝化膜300，PN台阶200a的上台阶面210为P型导电层，其下台阶面220为N型导电层，上台阶面210与下台阶面220之间连接形成PN台阶侧面230；
其中，PN台阶侧面230包括位于上台阶面210的第一连接边和位于下台阶面220的第二连接边，第二连接边位于第一连接边与下台阶面220端部之间，且PN台阶侧面230为曲面，具体优选地，在本实施方式中，曲面呈圆弧型形状。
优选地，衬底材料选自蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化镓、氮化铝和尖晶石中的
任意一种，具体优选地，在本实施方式中，衬底材料为蓝宝石；外延层材料选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN中的任意一种或几种的结合，具体优选地，在本实施方式中，外延层的主体材料为GaN，绝缘钝化膜的材料为二氧化硅。
在本实施例中，LED芯片的PN台阶200a的制作方法，其中，对外延层200进行光刻工艺处理形成PN台阶200a。
具体优选地，光刻工艺的操作步骤包括：
a）、请参见图4A所示，在外延层200上制作光刻胶图形层400，其中，光刻胶图形层400表面面积小于其底面面积，且光刻胶图形层400的端面410为曲面，得到具有光刻胶图形层400的外延层200；其中，步骤a）具体包括：
a10）、在外延层200上涂覆正性光刻胶，其厚度为2.5-3.5μm，具体优选地，在本实施方式中，正性光刻胶的厚度为2.9-3.1μm；
a20）、对正性光刻胶进行接近式曝光，掩膜板与正性光刻胶的距离为10-25μm，曝光量为75-85mj/cm2，具体优选地，在本实施方式中，掩膜板与正性光刻胶的距离为15-20μm，曝光量为80mj/cm2；
a30）、对曝光后的正性光刻胶显影60-80s，外延层200上形成光刻胶图形层400，具体优选地，在本实施方式中，显影时间为70s；
a40）、在100-160℃的温度条件下硬烤20-60min，固化得到具有光刻胶图形层400的外延层200，具体优选地，在本实施方式中，在130℃的温度条件下硬烤40min。
b）、请参见图4B所示，对上述步骤a）得到的具有光刻胶图形层400的外延层进行干法或湿法刻蚀，其中，光刻胶图形层400与外延层200的刻蚀选择比为0.8:1-1.8:1，优选地，光刻胶图形层400与外延层200的刻蚀选择比为1:1-1.5:1，具体优选地，在本实施方式中，光刻胶图形层400与外延层200的刻蚀选择比为1.2:1；优选地，步骤b）为对上述步骤a）得到的具有光刻胶图形层400的外延层200进行干法刻蚀，具体优选地，在本实施方式中，干法刻蚀采用ICP干法刻蚀（inductivecoupledhighfrequencyplasma，电感耦合高频等离子体），其刻蚀方向如图4B中箭头所示方向。
c）、请参见图4C所示，在外延层200上形成PN台阶200a。
需要说明的是，本文中所涉及的刻蚀选择比是指对于不同材质之间的刻蚀速率比，即指光刻胶与外延层材料的刻蚀速率比；同时对于本文中未涉及的具体制作步骤均为本领域的公知常识，因此本文不再一一进行文字赘述。
实施例2：
请参见图3所示，一种LED芯片的PN台阶，LED芯片包括衬底和成形在衬底上的外延层200，外延层200依次包括N型导电层、发光层和P型导电层，外延层200具有PN台阶200a，PN台阶200a上覆盖有绝缘钝化膜300，PN台阶200a的上台阶面210为P型导电层，其下台阶面220为N型导电层，上台阶面210与下台阶面220之间连接形成PN台阶侧面230；
其中，PN台阶侧面230包括位于上台阶面210的第一连接边和位于下台阶面220的第二连接边，第二连接边位于第一连接边与下台阶面220端部之间，且PN台阶侧面230为斜面，优选地，斜面的倾斜角度为30-60度；更优选地，斜面的倾斜角度为43-48度，具体地，在本实施方式中，斜面的倾斜角度为45度。
为了便于说明，对于相同部件，本发明实施例2的图3与实施例1的图2采用了同一附图标记。同时，本专利全文所涉及的斜面的倾斜角度均是指该斜面与下台阶面之间的夹角。
本实施例2中LED芯片的PN台阶的具体制作方法其余均与实施例1相同，区别仅在于步骤a），具体地，在本实施例2中，步骤a）为：
a）、在外延层200上制作光刻胶图形层400，其中，光刻胶图形层400表面面积小于其底面面积，且光刻胶图形层400的端面410为斜面，得到具有光刻胶图形层400的外延层200；其中，在外延层200上制作光刻胶图形层400的具体步骤可参见上实施例1的具体步骤，同时可根据本实施例的斜面需要，来具体调节步骤a20）中的曝光参数以及步骤a30）中的显影参数，这些参数调整相信本领域技术人员结合本实施例1的公开内容以及公知常识便可得到，不需要进行创造性劳动。
实施例3：
一种LED芯片，包括衬底，成形在衬底上、且由N型导电层、发光层和P型导电层组成的外延层200，与N型导电层电连接的N型电极以及与P型导电层电连接的P型电极，请参见图5所示，外延层200具有PN台阶，PN台阶200a上覆盖有绝缘钝化膜300，其中，PN台阶采用如实施例1或实施例2所述的PN台阶200a。具体地，可采用沉积法或其他公知方法将绝缘钝化膜300覆盖在PN台阶200a上。
为了便于说明本发明的核心技术点及其技术效果，本专利图5所示的绝缘钝化膜300直接覆盖在PN台阶200a上，但应毫无疑义地，本专利全文所述的PN台阶200a上覆盖有绝缘钝化膜300，包括在PN台阶200a上直接覆盖或间接覆盖，或部分直接覆盖、部分间接覆盖有绝缘钝化膜300，这是由于LED芯片在实际制造中还会在PN台阶200a上制作成形其他结构，如在P型导电层上制作成形电流阻挡层和透明导电层以及其他功能性优化层结构，但通常情况下，绝缘钝化膜300均会直接覆盖在PN台阶侧面230上，因此均不会影响本发明在具体实施时的技术效果。
经检测，本实施例3制作得到的LED芯片相对于现有技术的LED芯片（采用图1所示的外延层结构），出光效率提高了15%以上，因而本发明LED芯片的亮度得到大幅度提高，同时本实施例3制作得到的LED芯片的开启电压达到2.2V以上，有效避免漏电，而现有技术的LED芯片的开启电压一般小于2V，存在漏电现象。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (7)
1.一种LED芯片的PN台阶，所述LED芯片包括衬底和成形在所述衬底上的外延层，所述外延层依次包括N型导电层、发光层和P型导电层，所述外延层具有PN台阶，所述PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，其特征在于，所述PN台阶的上台阶面为P型导电层，其下台阶面为N型导电层，所述上台阶面与所述下台阶面之间连接形成PN台阶侧面；
其中，所述PN台阶侧面包括位于所述上台阶面的第一连接边和位于所述下台阶面的第二连接边，所述第二连接边位于所述第一连接边与所述下台阶面端部之间，且所述PN台阶侧面为曲面，所述曲面呈圆弧型形状。
2.一种LED芯片，包括衬底，成形在所述衬底上、且由N型导电层、发光层和P型导电层组成的外延层，与所述N型导电层电连接的N型电极以及与所述P型导电层电连接的P型电极，所述外延层具有PN台阶，所述PN台阶上覆盖有绝缘钝化膜，其特征在于，所述PN台阶采用如权利要求1所述的PN台阶。
3.如权利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底材料选自蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氮化镓、氮化铝和尖晶石中的任意一种；所述外延层材料选自AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN中的任意一种或几种的结合。
4.一种如权利要求1所述的LED芯片的PN台阶的制作方法，其特征在于，对外延层进行光刻工艺处理形成所述PN台阶。
5.如权利要求4所述的LED芯片的PN台阶的制作方法，其特征在于，所述光刻工艺的操作步骤包括：
a）、在外延层上制作光刻胶图形层，其中，所述光刻胶图形层表面面积小于其底面面积，且所述光刻胶图形层的端面为曲面，得到具有光刻胶图形层的外延层；
b）、对上述步骤a）得到的具有光刻胶图形层的外延层进行干法或湿法刻蚀，其中，光刻胶图形层与外延层的刻蚀选择比为0.8:1-1.8:1；
c）、在外延层上形成所述PN台阶。
6.如权利要求5所述的LED芯片的PN台阶的制作方法，其特征在于，所述步骤a）具体包括：
a10）、在所述外延层上涂覆正性光刻胶，其厚度为2.5-3.5μm；
a20）、对所述正性光刻胶进行接近式曝光，掩膜板与正性光刻胶的距离为10-25μm，曝光量为75-85mj/cm2；
a30）、对曝光后的正性光刻胶显影60-80s，所述外延层上形成所述光刻胶图形层；
a40）、在100-160℃的温度条件下硬烤20-60min，固化得到具有光刻胶图形层的外延层。
7.如权利要求5所述的LED芯片的PN台阶的制作方法，其特征在于，所述步骤b）为：
对上述步骤a）得到的具有光刻胶图形层的外延层进行ICP干法刻蚀。
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