一种GaN基发光二极管芯片的制备方法
【专利摘要】一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：（1）通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出台面结构，在n型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶；所述干法刻蚀为ICP刻蚀，包括两步，第一步采用Cl2和BCl2为刻蚀气体，刻蚀GaN基外延片，第二步采用O2，去除残留的光刻胶；（2）在p型GaN层的表面生长一层ITO透明导电膜；（3）分别在ITO透明导电膜和n型GaN层的台面上制备p型电极和n型电极；（4）在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。该方法在ICP刻蚀中通过增加一步O2等离子体去除光刻胶的步骤，可彻底的去除残留的光刻胶，保证芯片表面干净，简化了工艺流程，缩短了生产周期。
【专利说明】一种GaN基发光二极管芯片的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，属于光电子【技术领域】。
【背景技术】
[0002] GaN、ΙηΝ、Α1Ν等具有对称六方晶系结构的III - V族半导体材料，都是直接能隙，因 此非常适合于作为发光器件的材料，其中根据成分的不同，可以得到禁带宽度从6. 5eV到 〇. 7eV的三元或四元化合物半导体，所对应的发光波长涵盖深紫外光到远红外光的波段范 围。由于GaN系列半导体的这个特点，使得GaN系列半导体材料广泛应用于LED与LD等光 电器件上。
[0003] 早期由于GaN晶体与生长衬底的晶格常数不匹配，使得GaN系列蓝绿光LED外延 生长品质与GaAs系列红黄光LED相比相差甚远，直到将GaN蓝绿光LED结构生长于（0001) 蓝宝石衬底上，使得人类拥有全彩LED的梦想得以实现。相对于Si、SiC等其它衬底，蓝宝 石衬底有稳定性高、技术成熟、机械强度高、性价比高等优点，因此使用蓝宝石衬底仍然是 现在发光二极管产业的主流。
[0004] 由于蓝宝石衬底是不导电的，因此在GaN基LED芯片的制备中就必须将LED外延 片从表面去除部分材料至重掺杂的η型GaN，并分别在p型和η型GaN材料上制备p型和η 型电极。GaN的化学键合能较高，高的结合能和宽带隙使III族氮化物材料本质上是化学惰性 的，在常温下不受化学酸和碱等溶液的腐蚀，用化学腐蚀法腐蚀GaN等材料，无论是腐蚀速 率还是腐蚀的各向异性都不能令人满意。因此在GaN基LED芯片的制备中就必须采用干法 刻蚀技术，目前主流的干法刻蚀方法为ICP (Inductive Coupled Plasma,感应稱合等离子 体）刻蚀。
[0005] ICP刻蚀过程中，在高频射频源的作用下ICP刻蚀设备腔室内通入的气体会形成 等离子体，在内建电场的作用下会轰击晶片表面以物理的作用刻蚀GaN外延层，同时形成 的原子团会以化学作用刻蚀GaN外延层。ICP刻蚀过程中晶片表面的温度会升高，使晶片表 面的光刻胶发生变化而导致ICP刻蚀后的光刻胶很难去除。而光刻胶去除不彻底会导致后 续芯片制备完成后出现掉电极、难焊线等质量问题，一般会在去胶工艺之后增加一步〇 2等 离子体清洗工艺，以保证芯片表面无残留胶，但是增加〇2等离子体清洗工艺会延长生产周 期，增加生产成本。
【发明内容】
[0006] 针对现有ICP刻蚀技术存在的不足，本发明提出一种无残留胶、工艺流程简化的 GaN基发光二极管芯片的制备方法。
[0007] 本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0008] (1)在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光 亥IJ，光刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型 GaN层到η型GaN层刻蚀出台面结构，在η型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光 刻胶；所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl2和BC12为刻蚀气体，刻 蚀GaN基外延层至η型GaN层，第二步采用02作为刻蚀气体，去除残留的光刻胶；经过干法 刻蚀，不仅完成台面结构图形的制作，而且将表面清洗干净，能够直接进行下一步的ITO生 长；
[0009] (2)在p型GaN层的表面生长一层IT0(Indium Tin Oxide,氧化铟锡）透明导电 膜；
[0010] ⑶分别在ΙΤ0透明导电膜和η型GaN层的台面上制备p型电极和η型电极；
[0011] (4)在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。
[0012] 所述步骤（1)中p型GaN层的上表面所涂正性光刻胶的厚度为2-6 μ m。
[0013] 所述步骤⑴中刻蚀过程的第一步采用C12/BC12为刻蚀气体， 50-100sccm/5-20sccm,2-8mTorr, RF Powerl 200-500W, RF Power2 100-300W,温度 0-20 °C。
[0014] 所述步骤（1)中刻蚀过程的第二步采用02为刻蚀气体，20-80sccm，5-20mTorr， RF1200-800W，RF250-300W，温度 0-2(TC。
[0015] 所述步骤⑵的ΙΤ0透明导电膜的厚度为1000 - 3000埃。
[0016] 所述步骤⑷中GaN基发光二极管芯片的上表面沉积的钝化层厚度为 500 -1500A。
[0017] 所述步骤（4)中钝化层为氧化硅薄膜。
[0018] 本发明通过在常规的ICP刻蚀工艺中的GaN刻蚀步骤后面增加一步02等离子体去 除光刻胶的步骤，取消了 GaN基发光二极管芯片制备过程中的去胶及等离子体清洗步骤， 简化了工艺流程，缩短了生产周期。增加的〇2等离子体去除光刻胶的步骤，可彻底的去除 残留的光刻胶，保证芯片表面干净，避免了后续工艺中出现掉电极、难焊线等质量问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本发明中步骤（1)制得的具有台面结构的GaN基外延片示意图。
[0020] 图2是本发明步骤⑵制得具有透明导电膜的GaN基外延片示意图。
[0021] 图3是本发明步骤⑶制得具有金属电极的GaN基外延片示意图。
[0022] 图4是本发明中的步骤（4)制得具有钝化层的GaN基外延片示意图。
[0023] 图中：l、p型GaN层，2、量子讲层，3、n型GaN层，4、透明导电膜，5、金属电极，6、钝 化层。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的GaN基发光二极管芯片的制备方法，适用于正装的蓝宝石衬底的GaN基 发光二极管芯片，具体步骤如下：
[0025] (1)首先在GaN基外延片的p型GaN层1的上表面涂2-6 μ m(优选3 μ m)厚的 正性光刻胶，通过对准、曝光、显影、烘干步骤对所述正性光刻胶进行光刻，光刻出可供后续 ICP刻蚀出台面结构的图形。使用热板在98°C下烘烤1分钟-2分钟进行对准，然后在紫外 线下曝光5秒-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10秒-30秒，使用热板在98°C下 烘烤1-2分钟。
[0026] 如图1所示，利用ICP干法刻蚀方法，沿GaN基外延片的p型GaN层1、量子阱层2 到η型GaN层3刻蚀出台面结构，同时去除表面残留的光刻胶。
[0027] 具体ICP刻蚀过程分为两步，第一步采用C12/BC12为刻蚀气体， 50-100sccm/5-20sccm,2-8mTorr, RF Powerl 200-500W, RF Power2 100-300W,温度 〇-20。〇，刻蚀6&1^基外延片；优选8〇8(：〇11/1〇8(3〇11，61111'〇1'1'，1^?〇￥61'1 300￥，1^?〇?^『2 200W，温度 10°C。
[0028] 第二步采用 02 为刻蚀气体，2〇_8〇sccm，5_2〇mTorr，RF1 200_8〇OW，RF25〇_3〇OW，温 度 0-20°C，去除残留的光刻胶；优选 50sccm，15mTorr，RF1 500W，RF2 100W，温度 10°C。
[0029] (2)如图2所示，在p型GaN层1的表面沉积一层ITO透明导电膜4。具体步骤 为：首先，利用电子束蒸发方法在GaN基外延片的上表面（这里在整个外延片的表面沉积 ΙΤ0,后面通过光刻、腐蚀去除p-GaN之外的ΙΤ0,最终的结果是在p型GaN层表面沉积ΙΤ0) 沉积一层1000 - 3000埃的ΙΤ0透明导电膜作为电流扩展层；其次，在电流扩展层上涂上 2 μ m厚的正性光刻胶，然后通过对准、曝光、显影、烘干、腐蚀步骤对所述正性光刻胶进行光 亥丨J，光刻出只保留P型GaN层上对应的IT0透明导电膜，其中使用热板在98 °C下烘烤1 -2分 钟对准，然后在紫外线下曝光5-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10-30秒，使用热 板在98°C下烘烤1-2分钟，放入浓度为25-30wt%的HC1溶液中腐蚀15-30分钟，腐蚀掉未 被正性光刻胶保护的ΙΤ0透明导电膜，放入丙酮中超声5-10分钟，然后在乙醇中超声10分 钟，取出后使用去离子水冲洗10分钟，进而去除GaN基外延片表面的光刻胶。
[0030] (3)如图3所示，制备金属电极5,也就是分别在ΙΤ0透明导电膜4和η型GaN层 3的台面上制备p型电极和η型电极，得GaN基发光二极管芯片。
[0031] 具体方法为：在经步骤（2)处理后的GaN基外延片上涂上3. 5 μ m厚的负性光刻 胶，进行对准、曝光、显影、烘干步骤后对所述负性光刻胶进行光刻，其中用热板在98°C下烘 烤1-2分钟对准，然后在紫外线下曝光5-20秒，再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10-30 秒，使用热板在98°C下烘烤1-2分钟，在ΙΤ0透明导电膜4和η型GaN层3上光刻出p型电 极和η型电极区域；最后利用电子束蒸发法在所述p型电极区域和η型电极区域分别沉积 2 μ m厚的Cr金属层和Au金属层，剥离负性光刻胶后得到ρ型金属电极和η型金属电极。
[0032] (4)如图4所示，对步骤（3)所制得的GaN基发光二极管芯片制备钝化层6
[0033] 使用PECVD (化学气相沉积法）首先在GaN基发光二极管芯片的上表面沉积一层 500 - 1500A的氧化硅薄膜作为钝化层6 (露出金属电极5)，然后在钝化层6的表面涂上 2 μ m的正性光刻胶，使用热板在98°C下烘烤1-2分钟对准，然后在紫外线下曝光5-20秒， 再烘干后使用四甲基氢氧化铵显影10-30秒，使用热板在98°C下烘烤1-2分钟，放入Si0 2 腐蚀液中腐蚀30-60秒，腐蚀掉未被光刻胶保护的Si02薄膜，放入丙酮中超声5-10分钟， 然后在乙醇中超声10分钟，取出后使用去离子水冲洗10分钟，去除表面的光刻胶，形成钝 化层的制作，得到GaN基发光二极管。
【权利要求】
1. 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，包括以下步骤： (1) 在GaN基外延片的p型GaN层的上表面涂正性光刻胶，对正性光刻胶进行光刻，光 刻出所需台面结构的图形；根据台面结构的图形通过干法刻蚀沿GaN基外延片的p型GaN 层到η型GaN层刻蚀出台面结构，在η型GaN层上制备出台面，同时去除表面残留的光刻胶； 所述干法刻蚀为ICP刻蚀，刻蚀过程包括两步，第一步采用Cl 2和BC12为刻蚀气体，刻蚀GaN 基外延层至η型GaN层，第二步采用02作为刻蚀气体，去除残留的光刻胶；经过干法刻蚀， 不仅完成台面结构图形的制作，而且将表面清洗干净，能够直接进行下一步的ITO生长； (2) 在p型GaN层的表面生长一层ITO(Indium Tin Oxide,氧化铟锡）透明导电膜； (3) 分别在IT0透明导电膜和η型GaN层的台面上制备p型电极和η型电极； (4) 在GaN基发光二极管芯片表面上制作钝化层。
2. 根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤（1) 中P型GaN层的上表面所涂正性光刻胶的厚度为2-6 μ m。
3. 根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤 (1)中刻蚀过程的第一步采用012/8(：1 2为刻蚀气体，50-1008(^111/5-208(^111，2-81111'〇1·!·，！^ Powerl 200-500W，RF Power2 100-300W，温度 0-2(TC。
4. 根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步 骤（1)中刻蚀过程的第二步采用〇2为刻蚀气体，20-80sccm，5-20mTorr，RF1 200-800W， RF250-300W，温度 0-2(TC。
5. 根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤（2) 的IT0透明导电膜的厚度为1000 - 3000埃。
6. 根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤（4) 中GaN基发光_极管芯片的上表面沉积的纯化层厚度为500 - ΙδΟΟΑο
7. 根据权利要求1所述的GaN基发光二极管芯片的制备方法，其特征是，所述步骤（4) 中钝化层为氧化硅薄膜。
【文档编号】H01L33/02GK104300048SQ201410594339
【公开日】2015年1月21日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】刘岩, 马玉玲, 彭璐, 徐现刚 申请人:山东浪潮华光光电子股份有限公司