一种带ito薄膜结构的led芯片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种带ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法，属于半导体发光二极管领域，该方法是先制成发光二极管的外延片，然后在外延片上制作出图案化的介质膜层，经过蚀刻制作出图案化的ITO薄膜层和p?GaP窗口层；在图案化的ITO薄膜层和p?GaP窗口层上制作金属电极层，金属电极层包括主电极和扩展电极。本发明采用图案化的ITO薄膜层和p?GaP窗口层作为接触层，其中作为焊盘的主电极连接在p?GaP窗口层上，扩展电极连接在ITO薄膜层上。本发明提高了整个金属电极层的附着性，确保发光器件工作电压稳定，提高产品的焊线可靠性，极大地提升了产品的质量和良率。
【专利说明】
一种带ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体发光二极管领域，尤其是涉及一种带ITO薄膜结构的LED芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]具有高光效、低能耗、长寿命、高安全性、高环保等优势，是一种有广阔应用前景的照明方式，受到越来越多国家的重视。目前LED已广泛应用于高效固态照明领域中，如显示屏、汽车用灯、背光源、交通信号灯、景观照明等。
[0003]如图1所示，常规AlGaInP发光二极管包含GaAs衬底100、缓冲层101、n-AIGaInP限制层102、MQW多量子阱有源层103、p-AIGaInP限制层104和p-GaP窗口层105，金属电极层109直接设置在P-GaP窗口层105上，GaAs衬底100背面设置有背电极层201。由于常规AlGaInP发光二极管的出光层为GaP窗口层105，同时GaP层也起着欧姆接触层和电流扩展的重要作用，这就会使电流容易集中从与电极接触的正下方区域流过，即电极正下方区域的电流密度增加，却不能使电流得到充分的扩展，从而降低了 LED的发光效率。ΙΤ0(掺锡氧化铟，IndiumTinOxide，一般简称为ΙΤ0)薄膜相比GaP层具有良好的横向电流扩展性，同时具有透过率高、导电性好、耐磨损、耐腐蚀等优点，且与GaP层的粘附性好，因此，ITO薄膜通常被用于作为提高AlGaInP基芯片亮度的透明电极材料。在实际应用中，先是在GaP层上面生长一层ITO薄膜层，然后再沉积作为焊盘材料使用的金属电极层，但在对焊盘的焊线测试中发现，很容易出现ITO薄膜层脱落、金属电极层脱落的异常现象，这会导致金属电极层的焊盘性能、AlGaInP基芯片的使用可靠性受到严重影响。
【发明内容】
[0004]本发明的第一个目的在于提供一种焊线可靠性高、便于生产、发光效率高的带ITO薄膜结构的LED芯片。
[0005]本发明的第二个目的在于提供一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法。
[0006]本发明的第一个目的是这样实现的:
一种带ITO薄膜结构的LED芯片，包括GaAs衬底，在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、n-AIGaInP限制层、多量子阱(MQW)有源层、p-AIGalnP限制层和p-GaP窗口层，在p-GaP窗口层上设有ITO薄膜层，在GaAs衬底的下面制作背电极，特征是:在ITO薄膜层上设有金属电极层;金属电极层包括主电极和扩展电极，主电极连接在P-GaP窗口层上，扩展电极连接在ITO薄膜层上。
[0007]主电极为圆形，直径90μηι，扩展电极为矩形，长度为20μηι，宽度为ΙΟμπι，材料为Cr/Au，厚度 50/2500nmo
[0008]本发明的由于作为焊盘的主电极直接连接在p-GaP窗口层上，从而避免了在焊线测试时造成ITO薄膜层脱落，并且由于扩展电极连接在ITO薄膜层上，这样既起到了降低接触电压的作用，同时又对主电极起到了防护作用，提高了整个金属电极层的附着性和完整性，确保了产品的工作电压稳定，提高了产品的焊线可靠性。
[0009]本发明的第二个目的是这样实现的:
一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法，特征是:具体步骤如下:
(1)、在GaAs衬底的上面依次外延生长缓冲层、n-AIGalnP限制层、多量子阱(MQW)有源层、P-AIGaInP限制层和p-GaP窗口层，得到LED外延片；
(2)、在p-GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层；
(3)、在ITO薄膜层上制作图案化的接触层:在ITO薄膜层上采用PECVD生长一层介质膜，采用光刻和湿法蚀刻方式在介质膜上制作出图案化的介质膜层，利用ITO和GaP腐蚀液对没有介质膜层保护的ITO和GaP层区域进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将介质膜层去除；
(4)、在图案化的接触层上制作金属电极层:采用负胶套刻和蒸镀方式制作金属电极层，主电极形成于P-GaP窗口层上，扩展电极形成于ITO薄膜层上；
(5 )、在GaAs衬底的下面制作背电极，得到带ITO薄膜结构的LED芯片。
[0010]在步骤(3)中，PECVD制作的介质膜层由绝缘材料Si02或SiNxOy中的一种或多种组合制成，其中x>0，0〈y〈2，获得稳定图案化的临时膜层，避免ITO和GaP腐蚀溶液影响，从而制作出设计的图案化的接触层。
[0011 ] 在步骤(3)中，被腐蚀的GaP层的蚀刻深度为150 ±50nm，从而既能去除ρ-GaP窗口层105表层的高掺杂层，又避免接触层的周围区域台阶差异大，这样就能很容易制作金属电极层。
[0012]在步骤(4)中，蒸镀方式制作的金属电极层的材料为Cr、Pt、T1、Al或Au中的一种，或为Cr、Pt、T1、Al、Au中任意两种材料的合金。
[0013]本发明先采用光刻和湿法蚀刻方式制作出图案化的介质膜层，进而对没有介质膜层保护的ITO薄膜层和GaP层进行可控深度的蚀刻;然后在图案化的接触层上采用蒸镀方式制作金属电极层，金属电极层包括主电极和扩展电极，其中作为焊盘的主电极直接连接在P-GaP窗口层上，从而避免了在焊线测试时造成ITO薄膜层脱落，并且由于扩展电极连接在ITO薄膜层上，这样既起到了降低接触电压的作用，同时又对主电极起到了防护作用，提高了整个金属电极层的附着性和完整性，确保了产品的工作电压稳定，提高了产品的焊线可靠性，极大地提升了产品的质量和良率。
【附图说明】
[0014]图1为现有的常规AlGaInP发光二极管的结构示意图；
图2为本发明的结构示意图；
图3为本发明发光二极管外延片的制作过程截面示意图；
图4为本发明ITO薄膜层和介质膜层的制作过程截面示意图；
图5为本发明接触层的制作过程截面示意图；
图6为本发明金属电极层的制作过程截面示意图。
【具体实施方式】
[0015]下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。
[0016]—种带ITO薄膜结构的LED芯片，包括GaAs衬底100，在GaAs衬底100的上面依次设有缓冲层101、n-AIGaInP限制层102、多量子阱有源层103、p-AIGaInP限制层104和p-GaP窗口层105，在p-GaP窗口层105上设有ITO薄膜层106，在ITO薄膜层106上设有金属电极层109，在GaAs衬底100的下面制作背电极201;金属电极层109包括主电极和扩展电极，主电极连接在P-GaP窗口层105上，扩展电极连接在ITO薄膜层106上。
[00?7 ] —种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法，具体步骤如下
1、制备发光二极管外延片:如图3所示，在GaAs衬底100的上采面用金属有机化学气相沉积(MOCVD)依次外延生长缓冲层1Un-AIGaInP限制层102、多量子阱有源层103、p-AIGaInP限制层104和p-GaP窗口层105，其中p-GaP窗口层105表层的高掺杂层厚度优选500±50埃，掺杂浓度优选5X1019cm-3以上；
2、如图4所示，在p-GaP窗口层105上采用蒸发镀膜方法蒸镀ITO薄膜层106，ITO薄膜层106优选厚度为3000 土 200埃；
3、如图4所示，在ITO薄膜层106上采用PECVD生长介质膜层107，介质膜层107优选厚度为2000±100埃，介质膜层107由Si02制成；
4、如图4所示，在介质膜层107上采用光刻和蚀刻制作图案化的介质膜层；
5、如图5所示，在图案化的介质膜层107上制作图案化的接触层108;
6、如图6所示，在图案化的接触层108上制作带有主电极和扩展电极的金属电极层109，主电极为圆开5，直径90μηι，扩展电极为矩形，长度为20μηι，宽度为ΙΟμπι，材料为Cr/Au，厚度50/2500nm；
7、在GaAs衬底100的下侧面制作背电极201，电极材料采用AuGeNi/Au，厚度为150/200nm;而后在420°C的氮气氛围中进行熔合，以获得背电极201和GaAs衬底100形成良好的欧姆接触，同时进一步增强了金属电极层109与图案化的接触层108附着性。
【主权项】
1.一种带ITO薄膜结构的LED芯片，包括GaAs衬底，在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、n-AIGalnP限制层、多量子阱(MQW)有源层、p-AIGalnP限制层和p-GaP窗口层，在p-GaP窗口层上设有ITO薄膜层，在GaAs衬底的下面制作背电极，其特征在于:在ITO薄膜层上设有金属电极层;金属电极层包括主电极和扩展电极，主电极连接在P-GaP窗口层上，扩展电极连接在ITO薄膜层上。2.根据权利要求1所述的带ITO薄膜结构的LED芯片，其特征在于:主电极为圆形，直径90μηι，扩展电极为矩形，长度为20μηι，宽度为ΙΟμπι，材料为0/^11，厚度50/2500]11]1。3.一种带ITO薄膜结构的LED芯片的制备方法，其特征在于:具体步骤如下: (1)、在GaAs衬底的上面依次外延生长缓冲层、n-AIGalnP限制层、多量子阱(MQW)有源层、P-AIGaInP限制层和p-GaP窗口层，得到LED外延片； (2)、在p-GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层； (3)、在ITO薄膜层上制作图案化的接触层:在ITO薄膜层上采用PECVD生长一层介质膜，采用光刻和湿法蚀刻方式在介质膜上制作出图案化的介质膜层，利用ITO和GaP腐蚀液对没有介质膜层保护的ITO和GaP层进行腐蚀，利用介质膜腐蚀液将介质膜层去除； (4)、在图案化的接触层上制作金属电极层:采用负胶套刻和蒸镀方式制作金属电极层，主电极形成于P-GaP窗口层上，扩展电极形成于ITO薄膜层上； (5 )、在GaAs衬底的下面制作背电极，得到带ITO薄膜结构的LED芯片。4.根据权利要求3所述的LED芯片的制备方法，其特征在于:在步骤(3)中，PECVD制作的介质膜层由绝缘材料Si02或SiNxOy中的一种或多种组合制成，其中x>0，0〈y〈2。5.根据权利要求3所述的LED芯片的制备方法，其特征在于:在步骤(3)中，GaP层的蚀刻深度为150±50nmo6.根据权利要求3所述的LED芯片的制备方法，其特征在于:在步骤(4)中，蒸镀方式制作的金属电极层的材料为0、？1:、11、41或411中的一种，或为0、？1:、11、41、411中任意两种材料的合金。
【文档编号】H01L33/00GK105895771SQ201610410954
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年6月13日
【发明人】张银桥, 潘彬
【申请人】南昌凯迅光电有限公司