一种大功率led芯片的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种大功率LED芯片的制作方法，依次包括在外延片表面沉积电流阻挡层、沉积透明导电层、去除杂物、高温退火、制作焊盘和电极线、二次高温退火的步骤，其中，在沉积电流阻挡层步骤之前，或者在去除杂物步骤和高温退火步骤之间，进行加工发光区台面使其露出N型GaN层及形成隔离道的步骤；所述制作焊盘和电极线步骤为：通过负胶光刻、扫胶、沉积、剥离等方式制作P型电极焊盘、N型电极焊盘、P型电极线和N型电极线，所述P型电极线仅分布在P型GaN层表面，透明导电层之上。本发明摒弃P型电极线同时占据隔离道和P型GaN层表面的结构，仅让P电极线设置在芯粒表面，将隔离道变窄，宽度减到原来的三分之一，增大发光面积，大大提高发光亮度。
【专利说明】一种大功率LED芯片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及LED器件生产领域，特别地，涉及一种提高大功率阵列式LED芯片亮度的制作方法。
【背景技术】
[0002]随着第三代半导体技术的蓬勃发展，半导体照明以节能，环保，亮度高，寿命长等优点，成为社会发展的焦点，也带动了整个行业上中下游产业的方兴未艾。GaN基LED芯片是半导体照明的“动力”，近年来性能得到大幅提升，生产成本也不断降低，为半导体照明走进千家万户做出突出贡献。
[0003]半导体照明技术中，GaN基蓝光LED芯片制造以及封装后蓝光LED激发荧光粉得到白光是其照明的核心技术，降低芯片制造和封装成本以及工艺难度是普及半导体照明的关键因素之一。
[0004]传统功率型LED灯珠(如1W、3W、5W、10W等)大多采用多颗功率型芯片以合适的串、并联形式被封装在本身具有电路结构的支架中而得到，这种方式最终驱动电流小，但是灯珠两端的电压高，而且对封装技术要求很高，串并联时打线多，不但工艺繁复，而且可靠性难以保证,并且成本相对较高。
[0005]在普通的阵列式芯片中，芯片内部实现阵列式电路连接，具有良好的电性能，并且节约成本、提高良率。不过由于P型电极线同时占据了 P-GaN表面和隔离道(隔离道是将P型GaN刻蚀断形成，达到分流的效果，同时增加光提取效率)，形成发光面积小，导致发光亮度低。
【发明内容】
[0006]本发明目的在于提供一种提高大功率阵列式LED芯片发光亮度的制作方法，以解决现有阵列式芯片发光亮度不高的技术问题。
[0007]为实现上述目的，本发明提供了一种大功率LED芯片的制作方法，依次包括在外延片表面沉积电流阻挡层、沉积透明导电层、去除杂物、高温退火、制作焊盘和电极线的步骤，其中，
[0008]所述沉积电流阻挡层步骤为:在P型焊盘区域和P型电极线的位置下方沉积电流阻挡层，所述电流阻挡层在440-720nm范围内透明；
[0009]在沉积电流阻挡层步骤之前，或者在去除杂物步骤和高温退火步骤之间，进行加工发光区台面使其露出N型GaN层及形成隔离道的步骤；
[0010]所述去除杂物的步骤为:去除N型焊盘区、N型电极线沟槽和P型焊盘区的导电物质；
[0011]所述高温退火步骤为:在10-20°c /min的升温速率下、同时8_13slm/min的氮气气氛，升到540-580°C，恒温5-8min，使透明导电层更加致密，并且与P型GaN层之间形成良好的欧姆接触；[0012]所述制作焊盘和电极线步骤为:通过负胶光刻、扫胶、沉积、剥离等方式制作P型电极焊盘、N型电极焊盘、P型电极线和N型电极线，所述P型电极线仅分布在P型GaN层表面，透明导电层之上。
[0013]优选地，所述加工发光区台面的方法包括黄光光刻、电感耦合等离子体刻蚀或湿法腐蚀、去胶清洗步骤。
[0014]优选地，所述沉积电流阻挡层的方法为等离子体增强化学气相沉积法。
[0015]优选地，所述沉积透明导电层的方法为磁控溅射沉积或者电子束蒸发沉积。
[0016]优选地，在二次高温退火步骤之后，还包括沉积钝化层，露出P型焊盘和N型焊盘。
[0017]优选地，所述沉积钝化层的方法包括等离子体增强化学气相沉积法或者离子源辅助沉积，并经过光刻、湿法蚀刻或者干法刻蚀、去胶清洗步骤。
[0018]优选地，所述电流阻挡层为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝。
[0019]优选地，所述透明导电层为氧化铟锡、氧化镍金或者掺杂氧化锌中的任意一种。
[0020]优选地，在制作完焊盘和电极线后，进行二次高温退火步骤，使P型电极线和透明导电层、P型电极焊盘和绝缘隔离层、N型电极线及N型电极焊盘和GaN层之间形成良好的欧姆接触。
[0021]本发明具有以下有益效果:本发明摒弃P型电极线同时占据隔离道和P型GaN层表面的结构，仅让P电极线设置在芯粒表面，将隔离道变窄，宽度减到原来的三分之一。实施例一中，步骤2通过光刻、刻蚀制作窄隔离道，步骤7将P型电极线设置在P型GaN层表面边缘位置；实施例二中，步骤5通过光刻、刻蚀制作窄隔离道，步骤7将P型电极线设置在P型GaN层表面边缘位置，其余的三分之二隔离道所占面积还原为发光面积，大大提高发光亮度。
[0022]本发明方法操作简单，效果明显，制作的芯片比利用传统方法制作的同面积的大功率阵列式芯片的发光强度高出8-12%。
[0023]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0025]图1是本发明优选实施例的芯片结构剖面示意图；
[0026]图2是本发明优选实施例的芯片结构俯视示意图；
[0027]其中，1、衬底；2、N型GaN层；3、有源区多量子阱层；4、P型GaN层；5、电流阻挡层；
6、透明导电层；7、P型电极线；8、N型电极线；9、钝化层；10、隔离道；71、P型焊盘；81、N型焊盘。
【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0029]参见图1、图2，以下实施例中所取GaN基LED外延结构的外延片，其外延片结构从下至上依次包含衬底1、N型GaN层2、有源区多量子阱层3、P型GaN层4。
[0030]实施例一
[0031]1、彻底清洗外延片，该外延片是在PSS蓝宝石衬底上生长的具有GaN基发光二极管芯片结构的外延片；
[0032]2、通过黄光光刻、电感稱合等离子体(ICP)刻蚀、去胶清洗等步骤制造出单颗芯粒所包含的所有芯片单元的发光区台面，露出N型GaN层2，沟槽形成隔离道10，并且通过黄光光刻制作尽可能窄的沟槽(隔离道10)，刻蚀掉的多量子阱层变少，还原P型GaN的区域，增加发光面积，提闻売度；
[0033]3、清洗后使用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积电流阻挡层5，电流阻挡层材料为Si2N2O,并经过光刻、湿法腐蚀、去胶清洗等步骤使得用于布置P型电极线7及P型焊盘71的位置均被电流阻挡层5包覆，避免漏电；
[0034]4、沉积透明导电层6，透明导电层6材料是氧化铟锡(ΙΤ0)，刻蚀的方式是湿法腐蚀；沉积的方式是磁控派射(Sputter)沉积；
[0035]5、通过黄光光刻、湿法蚀刻等步骤将N型电极线、N型焊盘、P型焊盘区域的导电物质去除；
[0036]6、将wafer进行高温退火，使透明导电层6与P型GaN层4之间形成良好的欧姆接触；其退火方式是在氮气和氧气气氛下快速退火(RTA)；
[0037]7、通过负胶光刻、扫胶、沉积、剥离等方式制作P型电极焊盘71、N型电极焊盘81，以及P型电极线7和N型电极线8，并且通过黄光光刻使P型电极线7只分布于P型GaN层表面边缘；
[0038]8、将wafer进行二次高温退火，使P型电极线7和透明导电层6、P型电极焊盘71和绝缘隔离层5、N型电极线8及N型电极焊盘81和GaN层2之间形成良好的欧姆接触；其退火方式是炉管退火；
[0039]9、清洗后用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积钝化层9，钝化层9的材料是氧化硅(SiO2),并经过黄光光刻、干法刻蚀、去胶清洗等步骤露出P、N型电极焊盘。
[0040]一颗大功率阵列式GaN基发光二极管芯片的尺寸是112mil X 208mil，是由208颗传统的GaN基LED芯片组成阵列而成，其208个发光单元发光均匀，并且其芯片电压、漏电、抗静电能力(ESD性能)、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，尤其是在发光强度方面，比传统方法制作的同面积的大功率阵列式芯片P型电极线同时制作在P型GaN上面和沟槽的发光强度高12%，并且从点测的mapping上可得知，其片内生产综合良率达到91.38%ο
[0041]实施例二
[0042]1、彻底清洗外延片，该外延片是在PSS蓝宝石衬底上生长的具有GaN基发光二极管芯片结构的外延片；
[0043]2、清洗后使用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积电流阻挡层5，电流阻挡层材料为SiN，并经过光刻、湿法腐蚀、去胶清洗等步骤使得用于布P型电极线7及P型焊盘71的位置均包覆电流阻挡层5 ；
[0044]3、沉积透明导电层6，透明导电层6材料是镍金(NiAu)，刻蚀的方式是湿法腐蚀；沉积的方式是电子束蒸发沉积；[0045]4、通过黄光光刻、湿法蚀刻等步骤将N型电极线、N型焊盘、P型焊盘区域的导电物质去除；
[0046]5、接着采用黄光光刻、电感耦合等离子体(ICP)刻蚀、湿法腐蚀、去胶清洗等步骤制造出单颗芯粒所包含的所有芯片单元的发光区台面，露出N型GaN层2及沟槽，并且通过黄光光刻制作尽可能窄的沟槽，刻蚀掉的多量子阱层变少，还原P型GaN的区域，增加发光面积，提闻売度；
[0047]6、将wafer进行高温退火，在退火炉中氧气氛围内退火，使透明导电层6与P型GaN层4之间形成良好的欧姆接触；
[0048]7、通过负胶光刻、扫胶、沉积、剥离等方式制作P型电极焊盘71、N型电极焊盘81，以及P型电极线7和N型电极线8，并且通过黄光光刻使P型电极线7只分布于P型GaN层表面边缘；
[0049]8、将wafer进行二次高温退火，使P型电极线7和透明导电层6、P型电极焊盘71和绝缘隔离层5、N型电极线8及N型电极焊盘81和GaN层2之间形成良好的欧姆接触；其退火方式是炉管氮气气氛退火；
[0050]9、清洗后用等离子体增强化学气相沉积法(PECVD)沉积钝化层9，钝化层9的材料是氮氧化硅，并经过黄光光刻、湿法腐蚀、去胶清洗等步骤露出P、N型电极焊盘。
[0051]一颗阵列式大功率GaN基发光二极管芯片的尺寸是34milX45mil，是由18颗传统的GaN基LED芯片组成阵列式结构，其18个发光单元发光均匀，并且其芯片电压、漏电、抗静电能力(ESD性能)、反向电压、开启电压等各方面参数均表现优良，尤其是在发光强度方面，比传统方法制作的同面积的大功率阵列式芯片的发光强度高8.7%。并且从点测的mapping上可得知，其片内生产综合良率达到93.87%。
[0052]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，依次包括在外延片表面沉积电流阻挡层、沉积透明导电层、去除杂物、高温退火、制作焊盘和电极线的步骤，其中， 所述沉积电流阻挡层步骤为:在P型焊盘区域和P型电极线的位置下方沉积电流阻挡层，所述电流阻挡层在440-720nm范围内透明； 在沉积电流阻挡层步骤之前，或者在去除杂物步骤和高温退火步骤之间，进行加工发光区台面使其露出N型GaN层及形成隔离道的步骤； 所述去除杂物的步骤为:去除N型焊盘区、N型电极线沟槽和P型焊盘区的导电物质； 所述高温退火步骤为:在10-20°C /min的升温速率下、同时8_13slm/min的氮气气氛，升到540-580°C，恒温5-8min，使透明导电层更加致密，并且与P型GaN层之间形成良好的欧姆接触； 所述制作焊盘和电极线步骤为:通过负胶光刻、扫胶、沉积、剥离等方式制作P型电极焊盘、N型电极焊盘、P型电极线和N型电极线，所述P型电极线仅分布在P型GaN层表面，透明导电层之上。
2.根据权利要求1所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，所述加工发光区台面的方法包括黄光光刻、电感耦合等离子体刻蚀或湿法腐蚀、去胶清洗步骤。
3.根据权利要求1所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，所述沉积电流阻挡层的方法为等离子体增强化学气相沉积法。
4.根据权利要求1所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，所述沉积透明导电层的方法为磁控溅射沉积或者电子束蒸发沉积。
5.根据权利要求1所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，在二次高温退火步骤之后，还包括沉积钝化层，露出P型焊盘和N型焊盘。
6.根据权利要求5所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，所述沉积钝化层的方法包括等离子体增强化学气相沉积法或者离子源辅助沉积，并经过光刻、湿法蚀刻或者干法刻蚀、去胶清洗步骤。
7.根据权利要求1至6任一项所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，所述电流阻挡层为氮化硅、氧化硅、氮氧化硅、氧化铝。
8.根据权利要求1至6任一项所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，所述透明导电层为氧化铟锡、氧化镍金或者掺杂氧化锌中的任意一种。
9.根据权利要求1至6任一项所述的一种大功率LED芯片的制作方法，其特征在于，在制作完焊盘和电极线后，进行二次高温退火步骤，使P型电极线和透明导电层、P型电极焊盘和绝缘隔离层、N型电极线及N型电极焊盘和GaN层之间形成良好的欧姆接触。
【文档编号】H01L33/38GK103647010SQ201310675271
【公开日】2014年3月19日 申请日期:2013年12月11日 优先权日:2013年12月11日
【发明者】田艳红, 许顺成, 汪延明 申请人:湘能华磊光电股份有限公司