一种高可靠性发光二极管的制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高可靠性发光二极管的制备方法。

背景技术：

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为高效、绿色环保的新一代固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻等优点，可以做成点、线、面各种形式的轻薄短小产品。目前LED的使用范围已经非常广泛，包括交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等。尤其在照明领域，白光LED芯片得到了极大的应用，发挥了独特的不可替代的作用。

目前LED芯片包括蓝宝石衬底、以及依次在蓝宝石衬底上层叠的N型GaN层、InGaN/GaN有源层、P型GaN层、透明导电层、钝化层，P型GaN层上设有延伸至N型GaN层的凹槽，N型电极设置在N型GaN层上，P型电极设置在P型GaN层上。其中，在设置P型电极和N型电极时，先在透明导电层和N型GaN层上形成一层负性光刻胶，再采用光刻技术去除P型电极和N型电极所在区域的光刻胶，接着在剩下的光刻胶、以及露出的透明导电层和N型GaN层上形成金属层，最后剥离光刻胶即可得到P型电极和N型电极。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

光刻胶包括树脂、感光剂、溶剂等，负性光刻胶中的树脂受曝光后的感光剂影响产生交联，曝光区由溶剂引起泡涨，导致光刻胶的图形变形，做出的电极存在尺寸不稳定的问题，可能会引发部分电极线断开，造成LED芯片衰减较快和死灯等问题，可靠性较低，导致LED芯片在照明领域的产业化推广受到了限制。

技术实现要素：

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种高可靠性发光二极管的制备方法。所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种高可靠性发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：

在蓝宝石衬底的第一表面上依次生长N型半导体层、发光层、P型半导体层；

在所述P型半导体层上形成延伸至所述N型半导体层的凹槽；

在所述P型半导体层上形成电子阻挡层；

在所述电子阻挡层和所述P型半导体层上形成透明导电层；

在所述透明导电层上设置P型电极，在所述N型半导体层上设置N型电极；

在所述透明导电层、所述凹槽的侧壁和所述N型半导体层上沉积钝化保护层；

对所述蓝宝石衬底的第二表面进行减薄，所述蓝宝石衬底的第二表面为与所述蓝宝石衬底的第一表面相反的表面；

在减薄后的所述蓝宝石衬底的第二表面上形成反光层，得到半成品；

对所述半成品进行划裂，得到发光二极管芯片；

所述在所述透明导电层上设置P型电极，在所述N型半导体层上设置N型电极，包括：

在所述透明导电层和所述N型半导体层上涂覆第一正性光刻胶；

在所述第一正性光刻胶上涂覆第二正性光刻胶，所述第二正性光刻胶的感光灵敏性比所述第一正性光刻胶的感光灵敏性弱；

采用光刻技术对所述P型电极和所述N型电极所在区域的所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶进行曝光和显影，所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶内形成圆台状的通孔；

在所述第二正性光刻胶、以及通过所述通孔露出的所述透明导电层和所述N型半导体层上形成金属层；

剥离所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶，得到所述P型电极和所述N型电极。

可选地，所述采用光刻技术对所述P型电极和所述N型电极所在区域的所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶进行曝光和显影，包括：

采用光刻机对所述P型电极和所述N型电极所在区域的所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶进行曝光；

采用显影液对曝光后的所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶进行显影，所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶内形成圆台状的通孔。

优选地，所述光刻机的曝光能量为200～400mj。

优选地，所述显影液的浓度为5％。

可选地，所述在所述第二正性光刻胶、以及通过所述通孔露出的所述透明导电层和所述N型半导体层上形成金属层，包括：

利用金属蒸镀机在所述第二正性光刻胶、以及通过所述通孔露出的所述透明导电层和所述N型半导体层上蒸镀所述金属层。

优选地，所述金属层的厚度为0.5～1.5微米。

可选地，所述剥离所述第一正性光刻胶和所述第二正性光刻胶，得到所述P型电极和所述N型电极，包括：

采用蓝膜粘掉所述第二正性光刻胶上的所述金属层，所述第二正性光刻胶和所述第一正性光刻胶一并从所述透明导电层和所述N型半导体层上剥离，所述透明导电层上剩下的所述金属层为所述P型电极，所述N型半导体层上剩下的所述金属层为所述N型电极。

可选地，所述反光层包括多个依次层叠的反光子层，所述反光子层包括依次层叠的至少两种折射率不同的氧化层，所述反光子层的厚度为所述发光层的发射主波长的四分之一。

优选地，所述氧化层采用Ta₂O₅、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂中的任一种。

优选地，所述反光子层的层数为2～40层。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过两种感光灵敏性不同的正性光刻胶代替负性光刻胶形成P型电极和N型电极，与负性光刻胶中的树脂产生交联相反，正性光刻胶中的树脂受曝光后的感光剂影响会断裂为更小的分子，加上正性光刻胶的分辨率也比较好，因此对光刻胶图形的控制更加精确，能克服电极中精细线条断裂、粗细不均匀等问题，改善电极的加工效果，稳定性较好，有助于驱动电流的分散导流，芯片电流扩展均匀，不会产生聚集而导致局部温度过高，提高了芯片的可靠性和均匀性，加强LED的竞争力，有利于LED芯片在照明领域的产业化推广。而且LED芯片的结构简单，制备方法可以与现有技术很好的融合，不会产生较多的制造成本，也不需要新增不同类型的设备。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种高可靠性发光二极管的制备方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的形成P型电极和N型电极的流程图；

图3a-图3e是本发明实施例提供的P型电极和N型电极的形成过程的示意图；

图4a是本发明实施例提供的高可靠性发光二极管的主视图；

图4b是本发明实施例提供的高可靠性发光二极管的侧视图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例

本发明实施例提供了一种高可靠性发光二极管的制备方法，参见图1，该制备方法包括：

步骤201：在蓝宝石衬底的第一表面上依次生长N型半导体层、发光层、P型半导体层。

具体地，N型半导体层可以为N型GaN层，发光层可以包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，P型半导体层可以为P型GaN层。

步骤202：在P型半导体层上形成延伸至N型半导体层的凹槽。

具体地，该步骤202可以包括：

采用光刻技术和刻蚀技术在P型半导体层上形成延伸至N型半导体层的凹槽。

步骤203：在P型半导体层上形成电子阻挡层。

具体地，电子阻挡层可以采用SiO₂或者Si₃N₄。

步骤204：在电子阻挡层和P型半导体层上形成透明导电层。

可选地，透明导电层可以采用ITO或者NiAu。

步骤205：在透明导电层上设置P型电极，在N型半导体层上设置N型电极。

在本实施例中，参见图2，该步骤205可以包括：

步骤205a、在透明导电层和N型半导体层上涂覆第一正性光刻胶，如图3a所示；

步骤205b、在第一正性光刻胶上涂覆第二正性光刻胶，第二正性光刻胶的感光灵敏性比第一正性光刻胶的感光灵敏性弱，如图3b所示；

步骤205c、采用光刻技术对P型电极和N型电极所在区域的第一正性光刻胶和第二正性光刻胶进行曝光和显影，第一正性光刻胶和第二正性光刻胶内形成圆台状的通孔，如图3c所示；

步骤205d、在第二正性光刻胶、以及通过通孔露出的透明导电层和N型半导体层上形成金属层，如图3d所示；

步骤205e、剥离第一正性光刻胶和第二正性光刻胶，得到P型电极和N型电极，如图3e所示。

图3a-图3e为P型电极和N型电极形成过程的示意图。其中，1为透明导电层或者N型半导体层，2为第一正性光刻胶，3为第二正性光刻胶，4为通孔，5为金属层。

可以理解地，本实施例利用两种正性光刻胶的感光灵敏性的差异，同时对两种正性光刻胶的相同区域进行曝光和显影，两种正性光刻胶溶解的区域大小不同，从而在两种正性光刻胶内形成圆台状的通孔，以便于后续从芯片上剥离正性光刻胶。

可选地，该步骤205c可以包括：

采用光刻机对P型电极和N型电极所在区域的第一正性光刻胶和第二正性光刻胶进行曝光；

采用显影液对曝光后的第一正性光刻胶和第二正性光刻胶进行显影，第一正性光刻胶和第二正性光刻胶内形成圆台状的通孔。

优选地，光刻机的曝光能量可以为200～400mj。

具体地，光刻机可以采用日本DNK的光刻机。

优选地，显影液的浓度可以为5％。

优选地，在曝光之后和显影之前，可以对曝光后的第一正性光刻胶和第二正性光刻胶进行烘烤。

具体地，烘烤温度可以为100℃，烘烤时间可以为5分钟。

可选地，该步骤205d可以包括：

利用金属蒸镀机在第二正性光刻胶、以及通过通孔露出的透明导电层和N型半导体层上蒸镀金属层。

具体地，金属蒸镀机可以采用ULVAC的金属蒸镀机。

优选地，金属层的厚度可以为0.5～1.5微米。

更优选地，金属层的厚度可以为1微米。

可选地，该步骤205e可以包括：

采用蓝膜粘掉第二正性光刻胶上的金属层，第二正性光刻胶和第一正性光刻胶一并从透明导电层和N型半导体层上剥离，透明导电层上剩下的金属层为P型电极，N型半导体层上剩下的金属层为N型电极。

其中，蓝膜可以包括聚氯乙烯(英文：Polyvinyl chloride，简称：PVC)基材和亚克力系粘着剂。

可选地，在步骤205e之后，还可以将半成品放到去胶溶液中，把剩余的光刻胶去除干净。

可选地，P型电极可以包括依次层叠的Ti层和Al层，也可以包括依次层叠的Cr层、Ti层、Al层。N型电极可以包括依次层叠的Ti层和Al层，也可以包括依次层叠的Cr层、Ti层、Al层。

步骤206：在透明导电层、凹槽的侧壁和N型半导体层上沉积钝化保护层。

具体地，钝化保护层可以采用SiO₂或者Al₂O₃。

步骤207：对蓝宝石衬底的第二表面进行减薄。

在本实施例中，蓝宝石衬底的第二表面为与蓝宝石衬底的第一表面相反的表面。

具体地，减薄后的蓝宝石衬底的厚度约为150微米。

步骤208：在减薄后的蓝宝石衬底的第二表面上形成反光层，得到半成品。

可选地，反光层可以包括多个依次层叠的反光子层，反光子层包括依次层叠的至少两种折射率不同的氧化层，反光子层的厚度为发光层的发射主波长的四分之一。

优选地，反光子层可以包括依次层叠的两种折射率不同的氧化层，也可以包括依次层叠的三种折射率不同的氧化层。

优选地，氧化层可以采用Ta₂O₅、ZrO₂、Al₂O₃、TiO₂、SiO₂中的任一种。其中，Ta₂O₅的折射率为2.06，ZrO₂的折射率为1.92、Al₂O₃的折射率为1.77、TiO₂的折射率为2.35，SiO₂的折射率为1.46。

优选地，反光子层的层数可以为2～40层。

步骤209：对半成品进行划裂，得到发光二极管芯片。

在实际应用中，各层堆叠出来的半成品通常很大，需要分成多个相互独立的发光二极管芯片。同时为了保证芯片质量，在入库之前，还会对划裂得到的发光二极管芯片进行测试，将测试通过的发光二极管入库，测试不通过的发光二极管丢弃。

图4a和图4b为最终得到的发光二极管芯片的结构示意图。其中，10为蓝宝石衬底，11为N型半导体层，12为发光层，13为P型半导体层，14为电子阻挡层，15为透明导电层，16为钝化保护层，17为P型电极，18为N型电极，20为反光层。

将本实施例的LED芯片与传统的LED芯片对比结果如下表一所示：

表一

由表一可知，本实施例的LED芯片的光功率提高了2.30％，同时电压变化也更小。

本发明实施例通过两种感光灵敏性不同的正性光刻胶代替负性光刻胶形成P型电极和N型电极，与负性光刻胶中的树脂产生交联相反，正性光刻胶中的树脂受曝光后的感光剂影响会断裂为更小的分子，加上正性光刻胶的分辨率也比较好，因此对光刻胶图形的控制更加精确，能克服电极中精细线条断裂、粗细不均匀等问题，改善电极的加工效果，稳定性较好，有助于驱动电流的分散导流，芯片电流扩展均匀，不会产生聚集而导致局部温度过高，提高了芯片的可靠性和均匀性，加强LED的竞争力，有利于LED芯片在照明领域的产业化推广。而且LED芯片的结构简单，制备方法可以与现有技术很好的融合，不会产生较多的制造成本，也不需要新增不同类型的设备。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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。