CN103681995A - Led芯片制备方法及led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED芯片制备方法及LED芯片。本发明提供的LED芯片制备方法，包括：在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层；去除部分P型氮化镓层和部分发光层，露出部分N型氮化镓层；在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层。本发明提供的方法解决现有技术在制备LED芯片的过程中，光刻工艺层次较多而导致生成工艺复杂的问题，提高了LED芯片的生产良率，并且降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及芯片制造技术，尤其涉及一种LED芯片制备方法及LED芯片。
背景技术
随着发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)技术的发展，采用LED技术的光源已广泛使用在日常照明设备中，是继白炽灯，荧光灯之后的新一代“绿色照明”光源。
LED光源的核心部分即是LED芯片，目前广泛用于日常照明的LED芯片主要是采用有机金属化学气相沉积（Metal-Organic Chemical VaporDeposition，简称为：MOCVD）的方式在蓝宝石或者SiC衬底上生长氮化镓。以在蓝宝石衬底上制备的LED芯片为例进行说明，目前，已普遍采用的倒装芯片的方式虽然可以克服正装芯片中电极挡光和散热较差的问题，但是在该LED芯片的制备过程中，通常在芯片的P型区和N型区分别形成扩展电极层，并需要在欧姆接触层上制备反光镜结构。
现有技术在制备LED芯片的过程中，光刻层次较多，通常需要经过六次曝光及刻蚀，导致生成工艺复杂，降低了LED芯片的生产良率。
发明内容
本发明提供一种LED芯片制备方法及LED芯片，以解决现有技术在制备LED芯片的过程中，光刻工艺层次较多而导致生成工艺复杂的问题。
本发明提供一种LED芯片制备方法，包括：
在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层；
去除部分P型氮化镓层和部分发光层，露出部分N型氮化镓层；
在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层。
如上所示的方法，其中，所述在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面生成扩展电极层，包括：
在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面生长用于形成所述扩展电极层的膜质；
去除部分所述用于形成扩展电极层的膜质，以同时形成覆盖于所述P型氮化镓层和覆盖于所述露出的N型氮化镓层上的彼此隔离的扩展电极层，其中，所述P型氮化镓层上的扩展电极层为欧姆接触层。
如上所示的方法，其中，，所述在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层之前，还包括：
在所述衬底上生长缓冲层；
所述在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，包括：
在所述已生长的缓冲层上依次生长所述N型氮化镓层、所述发光层和所述P型氮化镓层。
如上所示的方法，其中，还包括：
在所述扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜DBR层；
生长金属电极层并制作焊接电极，所述焊接电极分别与所述P型氮化镓层上的扩展电极层和所述N型氮化镓层接触。
如上所示的方法，其中，所述扩展电极层为透射型电极层；则所述用于形成所述扩展电极层的膜质包括ITO膜、ZnO膜或Ni/Au膜，所述膜质的厚度为120nm。
如上所示的方法，其中，所述在所述扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜DBR层，包括：
交替生长Ti3O5和SiO2；
去除部分所述交替生长的Ti3O5和SiO2，以露出所述P型氮化镓层上的部分透射型电极层和部分N型氮化镓层。
如上所示的方法，其中，所述扩展电极层为反射型电极层；则所述用于形成所述扩展电极层的膜质包括Ni/Ag膜，所述膜质的厚度为60nm。
如上所示的方法，其中，所述在所述扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜DBR层，包括：
交替生长TiO2和Al2O3；
去除部分所述交替生长的TiO2和Al2O3，以露出所述P型氮化镓层上的部分反射型电极层和部分N型氮化镓层。
本发明提供还一种LED芯片，所述LED芯片采用本发明提供的LED芯片制备方法制得。
本实施例所提供的LED芯片制备方法及LED芯片，通过在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，并去除部分P型氮化镓层和发光层，直至露出部分N型氮化镓层，进而实现了在LED芯片的P型氮化镓层和该露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层，解决了现有技术在制备LED芯片的过程中，光刻工艺层次较多而导致生成工艺复杂的问题，提高了LED芯片的生产良率，并且降低了生产成本。
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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的一种LED芯片制备方法的一个实施例的流程图；
图2为图1所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；
图3为图1所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；
图4为图1所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；
图5为图1所示实施例提供的另一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；
图6为本发明提供的一种LED芯片制备方法的另一个实施例的流程图；
图7为图6所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；
图8为图6所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
图1为本发明提供的一种LED芯片制备方法的一个实施例的流程图。如图1所示，本实施例的方法可以包括：
S110，在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层。
在芯片制备的过程中，通常使用半导体晶片作为衬底材料，本实施例在制备LED芯片时，以目前通常采用的蓝宝石作为衬底材料为例进行说明，如图2所示，为图1所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图，在该衬底11上依次生长N型氮化镓层12、发光层13和P型氮化镓层14；需要说明的是，本实施例制备的LED芯片具体为倒装LED芯片，因此可以生长发光层13；采用正装结构的LED芯片在N型氮化镓层12和P型氮化镓层14之间不需要生长该发光层13。
S120，去除部分P型氮化镓层和部分发光层，露出部分N型氮化镓层。
LED芯片的制备即是要形成PN结，并且在P型区和N型区，即本实施例中的N型氮化镓层12和P型氮化镓层14上分别作金属接触电极，因此，在本实施例中，通过光刻工艺制作光刻胶掩膜图形，进而使用电感耦合等离子体（Inductively Couple Plasma，简称为：ICP）刻蚀设备对该掩膜图形上预置的窗口区中的P型氮化镓层14和发光层13进行选择性刻蚀，在该工艺层通常使用的刻蚀气体为Cl2和BCl3，因此，可以露出部分N型氮化镓层12，即掩膜图形上预置的窗口区位置的N型氮化镓层12，如图3所示，为图1所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图。
S130，在该P型氮化镓层和该露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层。
在本实施例中，可以采用真空电子束蒸发镀膜的方式在上述图3所示结构的基础上生长用于形成扩展电极层的膜质，如图4所示，为图1所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；通常地，本实施例中S130可以包括：在该P型氮化镓层14和该露出的N型氮化镓层12的表面生长用于形成该扩展电极层15的膜质；去除部分该用于形成扩展电极层15的膜质，以同时形成覆盖于该P型氮化镓层14和覆盖于该露出的N型氮化镓层12上的彼此隔离的扩展电极层15，其中，该P型氮化镓层14上的扩展电极层15为欧姆接触层。类似地，可以通过光刻工艺制作光刻胶掩膜图形，该步骤可以采用湿法刻蚀，即混合溶剂的刻蚀的方式去除掩膜图形上预置的窗口区的膜质，使得作为N型氮化镓层12和P型氮化镓层14上的扩展电极层15彼此分离，以同时在N型氮化镓层12和P型氮化镓层14上形成扩展电极层15；本实施例中形成N型氮化镓层12和P型氮化镓层14上的扩展电极层15仅进行了一次光刻工艺，相对与现有技术来说减少了工艺层次，现有技术在LED芯片的制备过程中通常需要采用六次光刻工艺和相应的刻蚀工艺，进而可以提高产品良率。
需要说明的是，本实施例中不同工艺步骤中的掩膜图形上预置的窗口区通常是不同的，是根据LED芯片的结构确定的，在进行工艺生产前先行制备该掩膜图形。
本实施例所提供的LED芯片制备方法，通过在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，并去除部分P型氮化镓层和发光层，直至露出部分N型氮化镓层，进而实现了在LED芯片的P型氮化镓层和该露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层，解决了现有技术在制备LED芯片的过程中，光刻工艺层次较多而导致生成工艺复杂的问题，提高了LED芯片的生产良率，并且降低了生产成本。
可选地，在本实施例中，S110之前还包括：在衬底上生长缓冲层；相应地，S110替换为：在已生长的缓冲层上依次生长该N型氮化镓层、该发光层和该P型氮化镓层；如图5所示，为图1所示实施例提供的另一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图，在本实施例中，衬底11上生长的缓冲层16是为了避免异质外延带来的应力而生长的膜层。
进一步地，本实施例中P型氮化镓层14上的扩展电极层15可以直接作为欧姆接触层，相比于现有技术中在扩展电极层上制备反光镜结构的工艺方式，工艺更简单，易于实现并且可以进一步地降低生产成本。
图6为本发明提供的一种LED芯片制备方法的另一个实施例的流程图。如图6所示，本实施例的方法可以包括：
S200，在衬底上生长缓冲层。
S210，在已生长的缓冲层上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层。
S220，去除部分P型氮化镓层和部分发光层，露出部分N型氮化镓层。
S230，在该P型氮化镓层和该露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层；本实施例在具体实现时，S230可以包括：S231，在该P型氮化镓层和该露出的N型氮化镓层的表面生长用于形成该扩展电极层的膜质；S232，去除部分该用于形成扩展电极层的膜质，以同时形成覆盖于该P型氮化镓层和覆盖于该露出的N型氮化镓层上的彼此隔离的扩展电极层，其中，该P型氮化镓层上的扩展电极层为欧姆接触层。
具体地，S230的实现方式参考图1所示实施例中的S130。
S240，在该扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜（Distributed BraggReflection，简称为：DBR）层。
在本实施例中，如图7所示，为图6所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图；DBR层17是生长的具有反射效果的膜质，进而通过光刻工艺制作光刻胶掩膜图形，并通过刻蚀工艺去除掩膜图形上窗口区的DBR层17，该DBR层17的材料可以包括SiO2、Ti3O5、TiO2、Al2O3、ZrO2、Ta2O5中的两种或三种，以两种材料为例进行说明，通常采用真空电子束蒸发镀膜的方式蒸镀以生成该DBR层17，该DBR层17为交替蒸镀两种材料的方式生成的，例如该两种材料分别以A和B代表，该DBR层17的膜质结构为ABAB……AB，一般AB交替的结构可以为3到15对，以该结构生长的DBR层17具有良好的反射光源的效果；需要说明的是，在本实施中，该DBR层17还可以用于覆盖LED芯片表面作为钝化层，以保护LED芯片的内部结构。
S250，生长金属电极层并制作焊接电极，该焊接电极分别与该P型氮化镓层上的扩展电极层和该N型氮化镓层接触。
在本实施例中，LED芯片的结构制作完成之后，可以在该LED芯片的P型区和N型区中分别制作焊接电极，即在P型氮化镓层14上的扩展电极层15和N型氮化镓层12上制作焊接电极18，该P型氮化镓层14上的扩展电极层15作为欧姆接触层，而该N型氮化镓层12可以直接作为欧姆接触层；类似地，如图8所示，为图6所示实施例提供的一种LED芯片制备方法的过程中的芯片结构示意图，在已制备的LED芯片上生成金属电极层18，并通过光刻工艺制作光刻胶掩膜图形使得P型区和N型区上的金属电极层18彼此隔离，因此，该焊接电极，即彼此分离的金属电极层18分别与该P型氮化镓层14上的扩展电极层15和该N型氮化镓层12接触。
本实施例所提供的LED芯片制备方法，通过在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，并去除部分P型氮化镓层和发光层，直至露出部分N型氮化镓层，进而实现了在LED芯片的P型氮化镓层和该露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层，解决了现有技术在制备LED芯片的过程中，光刻工艺层次较多而导致生成工艺复杂的问题，提高了LED芯片的生产良率，并且降低了生产成本。另外，本实施例提供的方法中提供DBR层的制备方式，该DBR层具有良好的反射光源的效果，并且还用于覆盖LED芯片表面作为钝化层。
可选地，在本实施例提供的LED芯片制备方法中，扩展电极层15可以为透射型电极层；则用于形成该扩展电极层15，即透射型电极层的膜质可以包括ITO膜、ZnO膜或Ni/Au膜，该膜质的厚度通常可以为120nm；在具体实现时，当该透射型电极层的膜质为ITO膜时，可以采用FeCl3和HCl混合溶液作为刻蚀溶剂以去除部分ITO膜，使得作为N型氮化镓层12和P型氮化镓层14上的透射型电极层彼此分离开；当该透射型电极层的膜质为ZnO膜或Ni/Au膜时，可以采用FeCl3和HCl混合溶液、王水、CH3COOH和王水混合溶液、I2和KI混合溶液、HF和NH4F混合溶液中的任意一种作为刻蚀溶剂。通常地，形成扩展电极层15后的芯片还可以放入退火炉中完成合金工艺。
相应地，在该透射型电极层上形成DBR层17，可以包括：交替生长Ti3O5和SiO2；去除部分该交替生长的Ti3O5和SiO2，以露出该P型氮化镓层14上的部分透射型电极层和部分N型氮化镓层12；需要说明的是，透射型电极层用于反射和绝缘，该透射型电极层的反射位置具体在DBR层17上，一般需要较好的反射效果，因此，该透射型电极层上交替生长的Ti3O5和SiO2通常可以为10对，以使该DBR层17具有较好的反射效果。
在本实施例提供的另一种实现方式中，扩展电极层15还可以为反射型电极层；则该用于形成该扩展电极层15，即反射型电极层的膜质包括Ni/Ag膜，该膜质的厚度通常可以为60nm；在具体实现时，可以采用HNO3和HAC混合溶液去除部分Ni/Ag膜，使得作为N型氮化镓层12和P型氮化镓层14上的反射型电极层彼此分离开。类似地，本实施例中形成扩展电极层15后的芯片也可以放入退火炉中完成合金工艺。
相应地，在该反射型电极层上形成DBR层17，可以包括：交替生长TiO2和Al2O3；去除部分该交替生长的TiO2和Al2O3，以露出该P型氮化镓层14上的部分反射型电极层和部分N型氮化镓层12；需要说明的是，反射型电极层仅用于绝缘，该反射型电极层的反射位置具体在扩展电极层15上，也就是在该反射型电极层上反射，该反射型电极层上交替生长的TiO2和Al2O3通常可以为3对。
进一步地，在本实施例中，生长金属电极层18的材料可以采用反射率高的金属材料或者金属材料的组合，这样可以与DBR层17结合，形成全方位反射镜（Omni-Directional Reflector，简称为：ODR）结构得以进一步提高反射层反射率；在具体实现中，组合材料的金属电极层中，底部金属材料可以为Ag、Al、TiAg、CrAg、TiAl或CrAl中的任意一种，顶部金属材料可以为Au、NiAu、AuSn、CrAu或PtAu中的任意一种。
如图8所示，也为本发明提供的一种LED芯片的一个实施例的结构示意图。本实施例所提供的LED芯片采用本发明任意实施例所述的方法制得,需要说明的是，本实施例提供的LED芯片在封装后采用倒装安装的方法制备LED照明灯，具体地，焊接电极，即LED芯片发光部分与支架连接，衬底向上，即在照明灯的上方，电极发光后透过衬底，因此通常采用透光率较高的蓝宝石衬底制备LED芯片。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (9)
1.一种LED芯片制备方法，其特征在于，包括：
在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层；
去除部分P型氮化镓层和部分发光层，露出部分N型氮化镓层；
在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面同时形成扩展电极层。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面生成扩展电极层，包括：
在所述P型氮化镓层和所述露出的N型氮化镓层的表面生长用于形成所述扩展电极层的膜质；
去除部分所述用于形成扩展电极层的膜质，以同时形成覆盖于所述P型氮化镓层和覆盖于所述露出的N型氮化镓层上的彼此隔离的扩展电极层，其中，所述P型氮化镓层上的扩展电极层为欧姆接触层。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层之前，还包括：
在所述衬底上生长缓冲层；
所述在衬底上依次生长N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，包括：
在所述已生长的缓冲层上依次生长所述N型氮化镓层、所述发光层和所述P型氮化镓层。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：
在所述扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜DBR层；
生长金属电极层并制作焊接电极，所述焊接电极分别与所述P型氮化镓层上的扩展电极层和所述N型氮化镓层接触。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述扩展电极层为透射型电极层；则所述用于形成所述扩展电极层的膜质包括ITO膜、ZnO膜或Ni/Au膜，所述膜质的厚度为120nm。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述在所述扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜DBR层，包括：
交替生长Ti3O5和SiO2；
去除部分所述交替生长的Ti3O5和SiO2，以露出所述P型氮化镓层上的部分透射型电极层和部分N型氮化镓层。
7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述扩展电极层为反射型电极层；则所述用于形成所述扩展电极层的膜质包括Ni/Ag膜，所述膜质的厚度为60nm。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述在所述扩展电极层上形成分布式布拉格反射镜DBR层，包括：
交替生长TiO2和Al2O3；
去除部分所述交替生长的TiO2和Al2O3，以露出所述P型氮化镓层上的部分反射型电极层和部分N型氮化镓层。
9.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用如权利要求1～8中任一项所述的方法制得。
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