专利名称：具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法
技术领域：
本发明涉及光电器件，特别是LED芯片的生产技术领域。
背景技术：
ITO作为GaN发光材料的增透膜，其膜厚应为d = mX /4n (其中n=2是ITO折射率，A =460nm是蓝光波长，m为4的整数倍)。当m=4时，单周期ITO薄膜在蓝光波长460nm处透过率最高，透过率高达95%以上，此时的ITO膜厚约为2300A。这个膜厚是目前LED芯片制备中广泛采用的方案。但此方案未考虑到GaN材料对于蓝光还有1/4波长的吸收，实际上光从量子阱中发射出来，要经过P型GaN才能到达ITO，GaN/1TO复合薄膜在460nm处的透过率下降到了 75%，处于透过率曲线的波谷。ITO膜厚为2300 A时，对于GaN基LED的光提取效果有限。·
发明内容
本发明目的是提出一种具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法。本发明包括以下步骤
1)采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱发光层和P-GaN层，形成GaN外延片，所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属；
2)采用AZ4620光刻胶作为掩膜，对GaN外延片的一侧进行ICP(感应耦合等离子体)刻蚀，去除一侧的P-GaN层、量子阱以及部分N-GaN层，形成台面，该台面的刻蚀深度为700nm 1500nm ；
3)在GaN外延片的上表面先使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜，再采用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出ITO网孔图形，所述各ITO网孔图形的直径分别为50 500nm，相邻的各ITO网孔图形之间的间距为50 500nm ;然后再去除P-GaN上的部分ITO薄膜和台面上的ITO薄膜，在P型台面上形成ITO透明电极；
4)在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上先选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，再采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr、Pt和Au，剥离后形成P电极和N电极；
5)将半导体衬底减薄，划裂成单独芯片。本发明的特点是在ITO作为GaN基LED增透膜时，其膜厚应为d = (m+1) A /4n(其中，n为ITO折射率，X为蓝光波长，m为4的整数倍)。且制备出多周期ITO薄膜，所述各周期ITO网孔图形的直径分别为50 500nm，相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50 500nm。本发明可以进一步增大出光侧面积，进一步增加光的逃逸路径，使光的提取效率进一步增加。例如，当m=8时，双周期ITO膜在蓝光波长460nm处透过率最大，透过率仍为85%，此时的ITO膜厚约为5175人，方块电阻5 0/ 口。
因此本发明通过制备双周期图形网孔ITO结构，使GaN基大功率LED器件的发光光功率提高20%。另外，本发明在所述感应耦合等离子体刻蚀时，同时使用(12、8(13和Ar2作为刻蚀气体，其中Cl2流量为30 lOOsccm，BCl3流量为5 20sccm，Ar2流量为5 25sccm ;刻蚀功率为300 700W ;射频功率为50 200W ;刻蚀时间为3min 15 min。本发明所述小王水由HCl和HNO3混合组成，HCl和HNO3混合的投料体积比为3
Io所述金属Cr、Pt和Au的蒸镀厚度为100 A ,500 A和10000A。P、N电极金属的
厚度较厚，便于封装芯片时打线测试。
·图I为本发明的产品结构示意图。图2为本发明产品与普通GaN基LED芯片的电流-电压(I_V)特性对比图。图3为本发明产品与普通GaN基LED芯片的光功率-电流(P-I)特性对比图。
具体实施例方式一、制作LED芯片
步骤I :采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)的方法，在以蓝宝石、硅、碳化硅或金属材料为半导体衬底I上依次生长I U m低温GaN缓冲层2、I y m不掺杂GaN层3、3 y m N-GaN层4、150nm多量子阱发光层5和300nmP_GaN层6，形成GaN外延片。步骤2 :将GaN外延片进行光刻图形制备，选用AZ4620光刻胶作为掩膜，对GaN外延片的一侧进行ICP (感应耦合等离子体)刻蚀，去除一侧的P-GaN、量子阱以及部分N-GaN，形成台面41，该台面41的刻蚀深度700nnTl500nm。ICP (感应耦合等离子体)刻蚀，同时使用Cl2, BCl3和Ar2作为刻蚀气体，其中Cl2流量为30-100sccm, BCl3流量为5-20sccm, Ar2流量为5-25sccm ;刻蚀功率为300-700W ;射频功率为50-200W ;刻蚀时间为3min_15 min。步骤3 :先在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜7，厚度5175A。再选用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出多周期ITO薄膜7，各周期ITO网孔图形的直径分别为50 500nm,相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50 500nm。然后，再去除P-GaN 6上的部分ITO薄膜和台面41上的ITO薄膜，在P型台面上形成ITO透明电极。步骤4 :在P-GaN层6、ITO层7和N-GaN层41上选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，采用电子束蒸发法依次蒸镀厚度分别为100 A ,500 A和10000A的金属Cr、Pt和Au，剥离后形成P电极8和N电极9。步骤5 :将半导体衬底I减薄至150um，划裂成单独芯片。二、电流-电压(I-V)特性测试和光功率-电流(P-I)特性测试，以及对比效果 分别将本发明产品与普通的GaN基LED芯片进行器件的I-V特性测试和P-I特性测试。得到图2和图3所示，从图2可见本发明产品与普通GaN基LED芯片的I_V特性曲线几乎重合，工作电压没有变化。从图3可见本发明通过制备双周期图形网孔ITO结构，使GaN基大功率LED器件的发光光功率在350mA工作电流下比普通GaN基LED提高20%。·
权利要求
1.具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，包括以下步骤 1)采用金属有机化学气相沉积的方法，在半导体衬底上依次生长低温GaN缓冲层、不掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱发光层和P-GaN层，形成GaN外延片，所述半导体衬底为蓝宝石、硅、碳化硅或金属； 2)采用AZ4620光刻胶作为掩膜，对GaN外延片的ー侧进行感应耦合等离子体刻蚀，去除ー侧的P-GaN层、量子阱以及部分N-GaN层，形成台面，该台面的刻蚀深度为700nm 1500nm ； 3)在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀ITO薄膜；再采用AZ6130光刻胶和小王水光刻腐蚀出ITO网孔图形；然后再去除P-GaN上的部分ITO薄膜和台面上的ITO薄膜，在P型台面上形成ITO透明电极； 4)在P-GaN层、ITO层和N-GaN层上先选用负型光刻胶L-300光刻P、N电极，再采用电子束蒸发法依次蒸镀金属Cr、Pt和Au，剥离后形成P电极和N电极； 5)将半导体衬底减薄，划裂成単独芯片； 其特征在于 ITO薄膜的蒸镀厚度d= (m+1) A /4n ； 上式中，n为ITO折射率，入为蓝光波长，m为4的整数倍； 腐蚀出的ITO网孔图形为多周期ITO薄膜，所述各周期ITO网孔图形的直径分别为50 500nm，相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50 500nm。
2.根据权利要求I所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，其特征在于在所述感应耦合等离子体刻蚀时，同时使用C12、BC13和Ar2作为刻蚀气体，其中Cl2流量为30 IOOsccm, BCl3流量为5 20sccm, Ar2流量为5 25sccm ;刻蚀功率为300 700W ;射频功率为50 200W ;刻蚀时间为3min 15 min。
3.根据权利要求I所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，其特征在于所述小王水由HCl和HNCV混合组成，HCl和HNCV混合的投料体积比为3 I。
4.根据权利要求I所述具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，其特征在于所述金属Cr、Pt和Au的蒸镀厚度为100 A、500 A和10000A。
全文摘要
具有高提取效率的GaN基LED芯片制作方法，涉及LED芯片的生产技术领域，本发明的特点是在ITO作为GaN基LED增透膜时，其膜厚应为d＝(m+1)λ/4n，且制备出多周期ITO薄膜，所述各周期ITO网孔图形的直径分别为50～500nm，相邻的各周期ITO网孔图形之间的间距为50～500nm。本发明可以进一步增大出光侧面积，进一步增加光的逃逸路径，使光的提取效率进一步增加。
文档编号H01L33/44GK102790158SQ20121028165
公开日2012年11月21日 申请日期2012年8月9日 优先权日2012年8月9日
发明者李璟, 王国宏, 詹腾 申请人:扬州中科半导体照明有限公司