专利名称：发光二极管的制造方法
技术领域：
本发明涉及半导体照明器件技术领域，具体涉及一种发光二极管(LED)的制造方法。
背景技术：
半导体发光二极管简称为LED。由镓(Ga)与砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二 极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。发光二极管 (LED)作为光源以其功耗低、寿命长、可靠性高等特点，在日常生活中的许多领域得到了普 遍的认可，在电子产品中得到广泛应用，例如显示器背光等。以基于宽禁带半导体材料氮化稼(GaN)和铟氮化稼(InGaN)的发光二极管为代表 的近紫外线、蓝绿色和蓝色等短波长发光二极管在1990年代后期得到广泛应用，在基础研 究和商业应用上取得了很大进步。目前普遍应用的GaN基发光二极管的结构如图1所示， 包括蓝宝石衬底10，η型GaN层201和ρ型GaN层209，以及两者中间由ρ型掺杂的AlGaN 层207、InGaN发光层205 (包括单量子胼或多量子胼)和η型掺杂的AWaN层203组成的 发光单元，此外包括透明导电接触(TCO)层211，ρ型电极213和η型电极215。GaN基发光二极管的制造工艺主要采用半导体制造工艺，首先是外延片 (epi-wafer)的制造，然后利用多道(通常为5至6道)的掩模光刻工艺、刻蚀和金属沉积 (metal deposition)等工艺来制造ρ型电极和η型电极。众所周知，在半导体制造工艺中， 对光刻胶进行图形化的掩模光刻工艺的成本是比较高的，主要是掩模的制作成本。现有的 GaN基发光二极管的制造要用到多步的掩模工艺，因此制造成本偏高，不利于的LED制造企 业的成本降低和市场竞争力的提升。
发明内容
本发明的目的在于提供一种发光二极管的制造方法，通过利用激光刻蚀工艺确定 P型电极和/或η型电极的位置和接触层深度，能够大大降低掩模光刻工艺的使用次数，从 而降低制造成本，提高良率。本发明提供的一种发光二极管的制造方法，包括提供衬底；在衬底表面形成η型掺杂的GaN层；在所述η型掺杂的GaN层形成发光单元；在所述发光层表面形成ρ型掺杂的GaN层；在所述ρ型掺杂的GaN层表面形成透明导电层；利用激光刻蚀工艺确定η型和/或ρ型电极的位置和层深；沉积金属材料形成ρ型电极和η型电极和焊盘；将所述ρ型电极和η型电极位置以外的金属去除。可选的，所述透明导电层为透明导电氧化物TC0、铟锡氧化物ΙΤ0、半透明金属膜
3或它们的组合。可选的，所述利用激光刻蚀工艺确定η型和/或P型电极的位置和层深的步骤为， 通过调整激光的功率和波长来选择性地去除特定深度的GaN以露出GaN层的步骤。可选的，所述激光包括单束激光或多束激光。可选的，所述利用激光为紫激光或蓝绿激光。可选的，当利用激光刻蚀工艺确定η型电极位置和层深时，所述ρ型电极的位置通 过掩模、光刻并刻蚀所述透明导电层的工艺步骤确定。可选的，当利用激光刻蚀工艺确定ρ型电极位置和层深时，所述η型电极的位置通 过掩模、光刻并刻蚀所述透明导电层和所述feiN层的工艺步骤确定。可选的，所述沉积金属材料形成ρ型电极和η型电极的步骤包括沉积硅基氧化物或氮化物作为保护层；利用掩模、光刻和刻蚀工艺在所述保护层上确定ρ型电极和η型电极的位置；沉积金属。可选的，将所述ρ型电极和η型电极位置以外的金属去除的方法包括剥离 lift-off法，或超声振动去除法。可选的，所述刻蚀包括干法刻蚀或湿法刻蚀。与现有技术相比，本发明具有以下优点本发明的发光二极管的制造方法利用激光刻蚀工艺确定ρ型电极和/或η型电 极的位置接触层深度，然后再利用掩模、光刻、沉积等工艺形成金属电极，最后利用剥离 (lift-off)工艺剥离电极位置以外的金属。本发明由于采用了激光刻蚀工艺来确定电极位 置和层深，减少了多道以往工艺中利用掩模定义电极位置的掩模工艺步骤，能够简化制造 工艺，由于减少了掩模的设计、制作和使用，极大地降低了制造成本和提高良率。
通过附图中所示的本发明的优选实施例的更具体说明，本发明的上述及其它目 的、特征和优势将更加清晰。在全部附图中相同的附图标记指示相同的部分。并未刻意按 比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。图1为GaN基发光二极管中的结构示意图；图2至图14为说明根据本发明发光二极管制造方法实施例的器件剖面示意图；图15至图21为说明根据本发明发光二极管制造方法另一实施例的器件剖面示意 图。所述示图是说明性的，而非限制性的，在此不能过度限制本发明的保护范围。
具体实施例方式为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明 的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发 明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不 违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。图2至图14为说明本发明发光二极管制造方法的器件剖面示意图。如图所示，本发明的发光二极管的制造方法首先提供衬底100，衬底100为蓝宝石、硅或锗。然后在利用 外延工艺在衬底100表面沉积η型掺杂的GaN层300，在η型掺杂的GaN层300表面，利用 MOCVD (金属有机化合物化学气相淀积)工艺沉积包括η型掺杂的AWaN层、InGaN发光层 和P型掺杂的AlGaN层在内的发光单元301，其中InGaN发光层可以是单量子胼或多量子胼 结构。在发光单元301表面再沉积ρ型掺杂的GaN层303，如图2所示。在本发明的其他实施例中，利用外延、MOCVD等工艺形成的LED结构还可以是其它 形式，并不局限于上述结构。例如在衬底100和GaN层300之间还可以具有一缓冲层。然后在ρ型掺杂(透明金属)的GaN层303表面沉积透明导电层304，该层可以是 透明导电氧化物TC0、铟锡氧化物ΙΤ0、半透明金属膜或它们的组合，如图3所示。在接下来的工艺步骤中，如图3所示，本发明的方法利用激光200，通过调整激光 的波长(例如选择紫激光或蓝绿激光)和功率，选择性地刻蚀GaN层，并刻蚀一定的深度， 露出GaN层材料，以确定η型电极和/或ρ型电极的位置。需要说明的是，本发明优选的ρ型电极和/或η型电极的线宽主要是由激光束的 直径所限制的，也就是说激光束的直径决定了电极的线宽CD。而且，激光束可以单束激光， 也可以是多束激光，例如利用分光器获得的多束激光，也可以是利用多个激光光源。先利用激光确定出η型电极的位置和层深，再利用掩模工艺确定P型电极的位置； 或先利用激光先确定出P型电极的位置和层深，再利用掩模工艺确定η型电极的位置；或是 利用激光同时确定出P型电极和η型电极的位置和层深，都在本发明的保护范围内。本实 施例以先利用激光确定出η型电极的位置、再利用掩模工艺确定ρ型电极的位置为例进行 说明。本实施例中，利用激光200去除透明导电层304、ρ型掺杂的GaN层303、发光单元 301，并选择性地去除η型掺杂的GaN层300至特定深度，以露出并确定出η型电极的位置 501，如图4所示。接下来确定ρ型电极的位置，在衬底表面涂布光刻胶400，利用掩模51，对光刻胶 400进行曝光、显影、定影等光刻工艺，如图5所示。显影、定影之后，就得到了图形化的、确 定出P型电极位置的光刻胶层401，如图6所示。然后，如图7所示，利用刻蚀工艺，并以光刻胶层401作为阻挡层，刻蚀露出的透明 导电层304，直至露出ρ型掺杂的GaN层303，从而得到了 ρ型电极的位置502。刻蚀工艺可 以采用干法或湿法刻蚀。然后，去除光刻胶401，如图8所示。随后，利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺在衬底表面沉积硅基氧化物或 氮化物层305，本实施例以氧化硅Si02层305为例。PECVD工艺能够提高氧化硅层305的 填充率和台阶覆盖能力，能够均勻覆盖在衬底和η型电极位置501处的孔的底部和侧壁，如 图9所示。在接下来的工艺步骤中，在衬底表面涂布光刻胶400，利用第二道掩模52，对光刻 胶400进行曝光、显影、定影等光刻工艺，如图10所示。经曝光、显影、定影等光刻工艺后得 到定义了 P型电极和η型电极位置的第二个图形化光刻胶层402，如图11所示。然后，以图形化光刻胶层402作为阻挡层，刻蚀露出的氧化硅层305和透明导电层 304，直至露出ρ型掺杂的GaN层303，和η型掺杂的GaN层300，从而确定了 ρ型电极和η 型电极的位置502和501，如图12所示。
接着，如图13所示，在衬底表面沉积金属层600，例如钛和金，其均勻覆盖在图形 化光刻胶层402和ρ型电极和η型电极的位置502和501的底部和侧壁，沉积在502和501 的底部的金属与P型掺杂的GaN层303，和η型掺杂的GaN层300接触。然后，借助光刻胶层402作为剥离层，剥离(lift-off)电极位置以外的金属600， 从而得到P型电极700和η型电极800以及其焊盘，如图14所示。在本发明的其它实施例中，还可以采用超声振动的方式，以削弱金属层600与光 刻胶表面的附着力，再以提拉等剥离的方式去除电极位置以外的金属600，留下ρ型电极 700和η型电极800和焊盘。图15至图21为说明根据本发明发光二极管制造方法另一实施例的器件剖面示意 图。如图15所示，本实施例中，利用激光200，通过调整激光的波长(例如选择紫激光或蓝 绿激光)和功率，同时选择性地刻蚀η型掺杂的GaN层300，刻蚀一定的深度，和ρ型掺杂的 GaN层303，也就是利用激光200同时刻蚀，确定出ρ型电极和η型电极的位置和层深，露出 feiN层材料。随后，利用等离子增强化学气相沉积(PECVD)工艺在衬底表面沉积硅基氧化物或 氮化物层305，本实施例以氧化硅SW2层305为例。PECVD工艺能够提高氧化硅层305的 填充率和台阶覆盖能力，能够均勻覆盖在衬底和η型电极位置501处的孔的底部和侧壁，如 图16所示。在接下来的工艺步骤中，在衬底表面涂布光刻胶400，利用一道掩模53，对光刻胶 400进行曝光，进行显影、定影等光刻工艺，如图17所示。经曝光、显影、定影等光刻工艺后 得到定义了 P型电极和η型电极位置的图形化光刻胶层403，如图18所示。然后，以图形化光刻胶层403作为掩膜(刻蚀阻挡层)，刻蚀露出的氧化硅层305， 直至露出P型掺杂的GaN层303，和η型掺杂的GaN层300，从而确定了 ρ型电极和η型电 极的位置502和501，如图19所示。接着，如图20所示，在衬底表面沉积金属层600，例如钛和金，其均勻覆盖在图形 化光刻胶层402和ρ型电极和η型电极的位置502和501的底部和侧壁，沉积在502和501 的底部的金属与P型掺杂的GaN层303，和η型掺杂的GaN层300接触。然后，去除电极位置以外的金属600。例如用光刻胶层402作为剥离层，剥离 (lift-off)电极位置以外的金属600，从而得到ρ型电极700和η型电极800以及其焊盘， 如图21所示。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。任 何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技 术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。 因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任 何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。
权利要求
1.一种发光二极管的制造方法，包括 提供衬底；在衬底表面形成η型掺杂的GaN层；在所述η型掺杂的GaN层形成发光单元；在所述发光层表面形成P型掺杂的GaN层；在所述P型掺杂的GaN层表面形成透明导电层；利用激光刻蚀工艺确定η型和/或ρ型电极的位置和层深；沉积金属材料形成P型电极和η型电极和焊盘；将所述P型电极和η型电极位置以外的金属去除。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述透明导电层为透明导电氧化物TC0、 铟锡氧化物ΙΤ0、半透明金属膜或它们的组合。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述利用激光刻蚀工艺确定η型和/或 P型电极的位置和层深的步骤为，通过调整激光的功率和波长来选择性地去除特定深度的 GaN以露出GaN层的步骤。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述激光包括单束激光或多束激光。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于所述利用激光为紫激光或蓝绿激光。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当利用激光刻蚀工艺确定η型电极位置 和层深时，所述P型电极的位置通过掩模、光刻并刻蚀所述透明导电层的工艺步骤确定。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述沉积金属材料形成P型电极和η型 电极的步骤包括沉积硅基氧化物或氮化物作为保护层；利用掩模、光刻和刻蚀工艺在所述保护层上确定P型电极和η型电极的位置； 沉积金属。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于将所述ρ型电极和η型电极位置以外的 金属去除的方法包括剥离lift-off法，或超声振动去除法。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于所述刻蚀包括干法刻蚀或湿法刻蚀。
10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于当利用激光刻蚀工艺确定ρ型电极位置 和层深时，所述η型电极的位置通过掩模、光刻并刻蚀所述透明导电层和所述GaN层的工艺 步骤确定。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管的制造方法，包括提供衬底；在衬底表面形成n型掺杂的GaN层；在所述n型掺杂的GaN层形成发光单元；在所述发光层表面形成p型掺杂的GaN层；在所述p型掺杂的GaN层表面形成透明导电层；利用激光刻蚀工艺确定n型和/或p型电极的位置和接触层深度；沉积金属材料形成p型电极和n型电极和焊盘；将所述p型电极和n型电极位置以外的金属去除。本发明的发光二极管的制造方法通过利用激光刻蚀工艺确定p型电极和/或n型电极的位置和层深，能够大大降低掩模光刻工艺的使用次数，从而降低制造成本，提高良率。
文档编号B23K26/36GK102122686SQ20111000860
公开日2011年7月13日 申请日期2011年1月17日 优先权日2011年1月17日
发明者林朝晖 申请人:泉州市金太阳电子科技有限公司