一种高光效发光二极管的制作方法
【专利摘要】本发明的目的在于，提供一种高光效发光二极管的制作方法。采用ITO作为LED透明导电薄膜。为减少ITO对LED量子阱的光吸收，将ITO薄膜的厚度降低至1200以下。将ITO薄膜分为两步制备：第一步，先蒸镀第一层ITO，厚度500以下，退火炉中高温退火，与P-GaN形成良好的欧姆接触；第二步，继续蒸镀第二层ITO，厚度700左右，此膜层不退火。采用本发明方法制备ITO薄膜与常规工艺制备的ITO薄膜相比，透过率未降低，但由于对量子阱的光吸收减少，所制备的LED大功率芯片的光功率比常规工艺增加5％以上，工作电压没有明显升高。因此，最终LED大功率芯片的光效提高了3％以上。
【专利说明】一种高光效发光二极管的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及光电器件领域，具体涉及一种高光效发光二极管的制作方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（LED)是一种能将电信号转换成光信号的结型电致发光半导体器件。 相比于其他传统光源，高性能LED具有光电转换效率高、寿命长、低损耗、无污染等显著优 势，因此通过高光效LED做为绿色环保的照明光源来降低通用照明用电是节约能源、降低 碳排放量的一个非常重要的选择。
[0003] 通常在制备LED芯片的工艺过程采用氧化铟锡（ITO)作为P面透明电极。ITO的 方块电阻较低，具有良好的电流扩展作用。ITO退火后与P-GaN可形成良好的欧姆接触，可 将45mil大功率LED芯片工作电压降低至3. 5v以下（@350mA)。此外ITO导电薄膜本身透 过率较高、折射率（n= 1. 9)介于GaN(n= 2. 5)与空气（n= 1)之间，可以将GaN材料内 部的光大部分提取出来。
[0004] ITO透明导电薄膜通常采用电子束蒸发的方法制备单周期240(M厚度，退火前透过 率为90%左右，方阻为30?40Q/□。通常ITO薄膜要经过高温（500度）退火，才能与 P-GaN形成良好的欧姆接触。但高温退火使ITO结晶程度增加，外围电子越稳定，薄膜的方 阻也越高。此外，通常采用氮气气氛下的炉管对ITO进行退火，腔室中残留的氧会使ITO进 一步补氧，也会使ITO方阻增加。因此退火后ITO透过率虽增加5%左右，但方阻可增加到 40 ?60Q/ □。
[0005] 若想获得高光效LED芯片，要求ITO透明导电薄膜的透过率更高、方阻更小、对LED量子阱发出的光吸收更小，因此LED芯片的亮度会进一步提高、工作电压进一步下降。如果 降低ITO薄膜的厚度，由于ITO薄膜对LED量子阱的光吸收减少，LED芯片的亮度会增加， 但由于ITO厚度的减小会使方阻大幅增加，再加之退火又使ITO方阻增加，最终LED芯片的 电压也会增加，光效没有明显提高。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的在于，提供一种高光效发光二极管的制作方法。采用ITO作为LED透明导电薄膜。为减少ITO对LED量子阱的光吸收、提高LED亮度，将ITO薄膜的厚度降低 至1200A以下。由于ITO薄膜厚度减少以及退火工艺使ITO方阻增加，最终会使LED电压 增加，为减轻此影响，本发明提出将ITO薄膜分为两步制备：第一步，先蒸镀第一层IT0,厚 度500A以下，退火炉中高温退火，与P-GaN形成良好的欧姆接触，第二步，在退火后的第一 层ITO上继续蒸镀第二层IT0,厚度700A左右，此膜层不退火，防止因退火结晶化和补氧导 致的LED方阻增加、工作电压增加。
[0007] 采用本发明方法制备ITO薄膜与常规工艺制备的ITO薄膜相比，透过率没有明显 降低，但由于对量子阱的光吸收减少，所制备的LED大功率芯片的光功率比常规工艺增加 5%以上。采用本发明方法制备ITO薄膜与常规工艺制备的ITO薄膜相比，方阻没有明显增 力口，欧姆接触良好，所制备的LED大功率芯片的工作电压比常规工艺没有明显升高。因此， 最终LED大功率芯片的光效提高了 3%以上。
【专利附图】
【附图说明】
[0008] 为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例和附图详细说明如后，其 中：
[0009] 图1是常规工艺LED的结构示意图。
[0010] 图2是本发明工艺LED结构示意图。
[0011] 图3是常规工艺和本发明工艺I-V曲线对比图。其中常规工艺ITO厚度为2400A， 经500度高温退火。本发明工艺ITO总厚度1200A，前500A经过500度高温退火，后700A未经 退火。采用本发明工艺的LED45mil大功率芯片在350mA工作电流下的工作电压比常规工 艺LED仅高0. 06V。
[0012] 图4是常规工艺和本发明工艺P-I曲线对比图。其中常规工艺ITO厚度为2400A， 经500度高温退火。本发明工艺ITO总厚度1200A,前500A经过500度高温退火，后700A未 经退火。采用本发明工艺的LED45mil大功率芯片在350mA工作电流下的光功率比常规工 艺LED高6%。
【具体实施方式】
[0013] 请参阅图2 (本发明LED结构示意图）所示，本发明提供一种高光效发光二极管的 制作方法，包括如下步骤：
[0014] 步骤1 :采用金属有机化学气相沉积（MOCVD)的方法，在蓝宝石衬底1上依次生长 I U m低温GaN缓冲层2、I ii m不掺杂GaN层3、3 ii mN-GaN层4、150nm多量子阱发光层5和 300nmP-GaN层6,形成GaN外延片；
[0015] 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700nm?1500nm。使用Cl2、BC13、Ar2作为刻蚀气体，其中Cl2流量为 30-100sccm，8(：13流量为 10-20sccm，量为 15-25sccm，刻蚀功率为 400-700W，射频功 率为100-200W;刻蚀时间为10-15min。
[0016] 步骤3 :在GaN外延片的上表面使用电子束蒸发的方法蒸镀第一层ITO薄膜7,厚 度500A,腔室温度210度，氧气流量8SCCm。从电子束蒸发台中取出基片，将基片放入退火炉 中进行退火。退火气氛为氮气，温度500度，时间20分钟。第一层ITO薄膜7通过高温退 火与P-GaN形成良好的欧姆接触，降低了接触电压；
[0017] 步骤4 :将退火后的基片再次放入电子束蒸发台蒸镀第二层ITO薄膜8,厚度700A， 腔室温度210度，氧气流量8SCCm。第二层ITO薄膜8无需退火，避免高温退火带来的结晶 化和补氧导致的LED方阻增加、最终使LED工作电压增加；
[0018] 步骤5 :选用AZ6130光刻胶和小王水（3HC1 :HN03)光刻腐蚀出ITO图形，去除 P-GaN6和多量子阱5侧壁上的ITO薄膜7和8,去除台面41上的ITO薄膜7和8,在P型台 面上形成ITO透明电极。
[0019] 步骤6 :在P-GaN层6、ITO层8和N-GaN层41上选用负型光刻胶L-300光刻P、 N电极，采用电子束蒸发法蒸镀金属CrPtAu(丨00/500/15000A),剥离后形成P电极9和N电极 10。P、N电极金属的厚度较厚，便于封装芯片时打线测试；
[0020] 步骤7 :将片子的蓝宝石衬底减薄至150um，划裂成单独芯片，进行器件的V-I特性 测试和P-I特性测试。
【权利要求】
1. 一种高光效发光二极管的制作方法，包括如下步骤： 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1上依次生长低温 GaN缓冲层2、不掺杂GaN层3、N-GaN层4、多量子阱发光层5和P-GaN层6,形成GaN外延 片； 步骤2 :将GaN外延片的一侧进行刻蚀，形成台面41 ; 步骤3 :在GaN外延片的上表面蒸镀第一层ITO薄膜7,在退火炉中对第一层ITO薄膜 7退火； 步骤4 :在退火后的第一层ITO薄膜7上蒸镀第二层ITO薄膜8,不进行退火； 步骤5 :对第一层ITO薄膜7和第二层ITO薄膜8进行光刻和腐蚀工艺，在P型台面上 形成ITO透明电极； 步骤6 :在第二层ITO薄膜8上制作P电极，在台面41上制作N电极，完成器件制备。
2. 根据权利要求1所述的一种高光效发光二极管的制作方法，其中所述半导体衬底1 为蓝宝石、硅、碳化硅或金属。
3. 根据权利要求1所述的一种高光效发光二极管的制作方法，其中第一层ITO薄膜7 的厚度为100?1000A,第二层ITO薄膜8的厚度为500?1000A。
4. 根据权利要求1所述的一种高光效发光二极管的制作方法，其中台面41的刻蚀深度 到达N-GaN层4内。
【文档编号】H01L33/00GK104332532SQ201310306402
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2013年7月22日 优先权日:2013年7月22日
【发明者】傅春昕, 丁伟, 毕瑞祥 申请人:北方工业大学