专利名称：氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法
技术领域：
本发明涉及光电子技术领域，具体是一种氮化镓(GaN)基蓝光发光二极管芯片(或管芯)的制造方法。
发光二极管(LED)是一种把电能转化为光能的发光器件，是在半导体p-n结、双异质结或多量子阱结构上通以正向电流时发出可见光、红外光或紫外光等的光发射器件。目前，红、橙黄、黄、普绿等发光二极管的制造技术已经成熟，而且已经实现产业化，而如何制得纯绿、纯蓝发光二极管则是长期困扰该行业的难题。
以氮化镓为代表的第三代半导体III-V族宽带隙化合物半导体材料，内、外量子效率高，具有高发光效率、高热导率、耐高温、抗辐射、耐酸碱、高强度和高硬度等特性，是目前世界上最先进的半导体材料。其中以GaN材料为基材的蓝光发光二极管，已成为当今光电子领域内研究的前沿和热点。蓝光发光二极管具有体积小、冷光源、响应时间短(快速响应)、发光效率高、防爆和可靠、寿命长、低压、省电、节能等诸多优点。
然而，由于用来制造氮化镓基蓝光发光二极管芯片的晶片一般是在蓝宝石(Al2O3)作衬底材料上外延生长所得到的，并且因蓝宝石是质地坚硬和绝缘的，这将导致氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制作工艺不能采用普通发光二极管芯片的制作工艺。
在现有的氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制作工艺中，在刻蚀出n台面后，一般先退回到p台面，进行超薄透明电极的制作；接着，又重新进入到n台面，进行n电极的制作；然后，再退回到p台面上，在超薄透明电极的上面制作焊盘。n台面、p台面电极的制作多次交替进行，直接影响在芯片制作过程中的定位精度和重复定位精度，使生产效率降低，成品率下降。
本发明的目的在于克服现有技术的上述不足，提供一种高效的氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法及其芯片的结构，以提高所述的蓝光发光二极管芯片的生产效率和芯片的成品率。
通常发光二极管的整体制作工艺过程细分为上游(即发光晶体外延片的制备)、中游(即芯片的制作)和下游(即芯片的封装)三个阶段。本发明的方法涉及其中游阶段，即氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制作。氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制作，是通过一系列的工艺过程，将其在上游生产中所制备得到的外延片分割成单个的管芯(芯片)。
本发明涉及的氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法，采取如下步骤a、检测氮化镓基蓝光发光晶体外延片，进行p型层活化，形成低电阻率的p型导电体；b、依次进行隔离光刻、隔离干法刻蚀、n电极刻蚀光刻及n电极区干法刻蚀，形成n台面；c、在所述的n台面区，依次进行n电极蒸镀光刻、n电极蒸镀及n电极合金，在n型层上形成n电极；d、转入p型层区，依次进行p电极蒸镀光刻、p电极蒸镀、p电极合金、焊盘蒸镀光刻、焊盘蒸镀以及焊盘合金，在p型层上形成p电极；e、然后将衬底减薄，划片，崩片，分管芯。
以下结合本发明的管芯结构图进一步描述。
图1为氮化镓基蓝光发光二极管芯片的结构示意图。如图1所示，所述的管芯由蓝宝石衬底1、缓冲层2、n型GaN化合物半导体层3、有源层4、p型GaN化物半导体层5、p电极6和n电极7所构成的。
其制造工艺如上文所述，以下就其主要的工艺过程详细说明。
①P型层的活化由于在对GaN材料进行p型掺杂的过程中H也被带入材料，形成了受主-H复合体，并没有给出空穴，即p型导电载流子的浓度较低。针对这一情况，我们采用氮气(N2)气氛和在450℃左右的温度条件下，使p型掺杂剂充分电离，受主-H复合体分解，中性H原子将迁移到GaN中别的间隙位置或材料表面，还可形成H2分子逸出固体。受主中心被激活后将以激发的方式向价带提供空穴，形成p型导电体。从而提高了GaN材料p型导电载流子(空穴)的浓度，形成低电阻率的p型导电体，达到制作高亮度LED的要求。
②光刻技术光刻的目的就是要形成刻蚀或蒸镀掩膜，要求保证图形清晰、具有高的分辨率和高精度，其难点在于光刻胶的涂附和曝光，本专利选用AZ1300胶作为光刻胶(抗蚀剂)，在Hg灯紫外光照射的条件下进行曝光，选用磷酸钠(Na3PO4)和去离子水按1∶3配比构成的显影液显影40s左右；这样，所得结果能够达到±0.1μm的精度。
③刻蚀方法采用电感耦合等离子体刻蚀法(ICP)，采用的气体是以氯气(Cl2)为主、由氯气(Cl2)、甲烷(CH4)、氩气(Ar)组成的混合气体，符合GaN晶体本身物理性质的特点。在刻蚀过程中，要控制好压力、气体流量、功率、温度等这些影响刻蚀速度的重要因素，以便能够对刻蚀的速度和深度进行精确控制，防止过蚀和欠蚀，这是刻蚀工艺的关键。本方法所涉及的刻蚀工艺选用的刻蚀条件为
气体流量200sccm，压强50mTorr，功率1800W，所对应的刻蚀速率为400～780nm/min，其典型速率为520nm/min。
④电极制作包括在p型GaN化合物半导体层上形成p电极和在n型GaN化合物半导体层上形成n电极，其过程包括蒸镀和金属剥离。在GaN化合物半导体上刻蚀出p台面和n台面后，在500℃左右的温度条件下，分别蒸镀钛(Ti)和铝(Al)，再合金形成n型电极并进行金属剥离，其最终厚度应保证在50埃以上，优选为0.01～5μm之间；在600℃左右的温度条件下，分别蒸镀铂(Pt)、镍(Ni)和金(Au)，然后合金形成p型电极，其厚度优选为0.005～0.2μm之间，最好能够控制在0.01～0.2μm的范围内，再进行金属剥离，用此方法形成的电极，透光率大于70％；并且，接触电阻较小，同时又能够承受足够大的电流。
本发明与现有制作工艺比较优点如下本发明方法提出了氮化镓基蓝光发光二极管芯片的一种高效制造方法，改变了现有制作工艺的流程，在刻蚀出n台面后，就先在其上制作出n电极；然后，再退回到p台面，进行超薄透明电极以及位于其上并与之具有欧姆接触的焊盘的制作。电极与半导体层连接牢固可靠，接触电阻较小，形成的电极透光率较好，芯片发光效率高，芯片性能稳定，长期工作不劣化。
避免了在n台面、p台面上电极多次交替定位制作的烦琐，使得在芯片制作过程中的定位精度和重复定位精度大大提高，芯片的生产效率和成品率进一步提高。
权利要求
1.一种氮化镓(GaN)基蓝光发光二极管芯片的制造方法，其特征在于采取如下步骤a、检测氮化镓基蓝光发光晶体外延片，进行p型层活化，形成低电阻率的p型导电体；b、依次进行隔离光刻、隔离干法刻蚀、n电极刻蚀光刻及n电极区干法刻蚀，形成n台面；c、在所述的n台面区，依次进行n电极蒸镀光刻、n电极蒸镀及n电极合金，在n型层上形成n电极；d、转入p型层区，依次进行p电极蒸镀光刻、p电极蒸镀、p电极合金、焊盘(p压焊点)蒸镀光刻、焊盘蒸镀以及焊盘合金，在p型层上形成p电极；e、然后将衬底减薄，划片，崩片，分管芯。
2.根据权利要求1所述氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法，其特征在于所述的氮化镓晶体外延片p型层活化在氮气(N2)气氛和450℃左右的温度条件下进行。
3.根据权利要求1所述氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法，其特征在于所述的刻蚀工艺采用电感耦合等离子体刻蚀法(ICP)，其刻蚀条件是，采用以氯气(Cl2)为主、由氯气(Cl2)、甲烷(CH4)、氩气(Ar)组成的混合气体，气体流量200sccm，压强50mTorr，功率1800W，所对应的刻蚀速率为400～780nm/min。
4.根据权利要求1所述氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法，其特征在于在n型层上蒸镀n电极的温度为500℃左右，蒸镀材料为钛(Ti)和铝(Al)，合金形成n电极的厚度为0.01～5μm；在p型层上蒸镀p电极的温度为600℃左右，蒸镀材料为铂(Pt)、镍(Ni)和金(Au)，合金形成p型电极的厚度为0.005～0.2μm。
5.根据权利要求4所述氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法，其特征在于在p型层上形成的p型电极厚度为0.01～0.2μm。。
全文摘要
一种氮化镓基蓝光发光二极管芯片的制造方法,采取如下步骤:a、检测晶体外延片,进行p型层活化,形成p型层;b、依次进行隔离光刻、隔离干法刻蚀、n电极刻蚀光刻及n电极区干法刻蚀,形成n台面;c、在n型层上形成n电极;d、在p型层上形成p电极;e、然后减薄,划片,崩片,分管芯。其改变了现有制作工艺的流程,在刻蚀出n台面后,先后在其上形成n、p电极,电极接触电阻较小,透光率较好;避免了电极多次交替定位制作的烦琐,定位精度和重复定位精度大大提高,生产效率和成品率进一步提高。
文档编号H01L33/00GK1351383SQ0013132
公开日2002年5月29日 申请日期2000年10月26日 优先权日2000年10月26日
发明者吴启保, 章裕中, 王胜国, 熊建明 申请人:方大集团股份有限公司