一种led芯片的制备方法及采用该方法制备的led芯片的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种LED芯片的制备方法及采用该方法制备的LED芯片，LED芯片包括依次生长在衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层、电流阻挡层以及覆盖在电流阻挡层上的ITO透明导电层，N型半导体层制作有N电极，ITO透明导电层上制作P电极，所述N电极外侧的芯片上表面沉积有SiO2保护层，P电极外侧的芯片上表面依次沉积有SiON增透膜和SiO2保护层。本发明由于在ITO透明导电层的表面上沉积了一层SiON增透膜和使用磷酸溶液蚀刻SiON增透膜，使得在ITO透明导电层在芯片的制作流程中避免损伤和污染，提高了ITO透明导电层质量，使得LED芯片亮度提升的同时芯片电压下降，使LED更加节能环保。
【专利说明】
一种LED芯片的制备方法及米用该方法制备的LED芯片
技术领域
[0001] 本发明涉及LED芯片制造领域，特别地，涉及一种LED芯片的制备方法及采用该方 法制备的LED芯片。
【背景技术】
[0002] LED芯片制作过程中，IT0(Indium Tin Oxide氧化铟锡)薄膜的制作是很重要的一 个环节，目的是利用ΙΤ0薄膜的导电性进行电流扩展，且由于ΙΤ0膜具有良好的透明性，保证 了LED芯片的出光效率。
[0003] 目前，制作LED芯片从蒸镀ΙΤ0透明导电层到沉积Si02保护层这个过程中依次包括 步骤：1、蒸镀IT0透明导电层;2、IT0光刻；3、IT0蚀刻图形化;4、IT0图形化后去胶;5、ICP光 亥lj; 6、ICP刻蚀露出N区；7、ICP刻蚀后去胶;8、沉积Si02保护层。上述步骤中，ΙΤ0透明导电层 会在光刻、刻蚀及去胶过程中反复多次受到显影液和去胶液的浸蚀，这样会使得ΙΤ0透明导 电层的质量下降，影响出光效率，降低芯片亮度;而且ΙΤ0透明导电层表面的光刻胶不能百 分之百去除干净，残留的杂质还会影响ΙΤ0透明导电层与金属电极的接触，导致芯片电压升 尚。
[0004] 中国专利申请201410596788.7公开了一种LED芯片的Al2〇3/SiON增透膜结构的生 长方法:将完成ΙΤ0蚀刻后的LED芯片放入到生长Al 2〇3薄膜的M0CVD腔体中，再将M0CVD腔体 升温到400-680°C，通入腔体A1源与0源，生长Al 2〇3薄膜充当电极增透膜;使用负性光刻胶对 Al2〇3薄膜进行PAD光刻，在光刻胶上形成PAD图形;使用ICP设备对Al2〇3薄膜进行干法刻蚀， 去除PAD图形区域里的A1203薄膜;在刻蚀掉的增透膜上蒸镀金属电极，形成P、N电极结构， 然后去除光刻胶，并将去胶后的芯片放入管式炉中退火处理;将制备好电极的LED产品放入 等离子增强化学气相沉积PECVD设备腔体中，通入N 2预热，然后通入稀释过的硅烷、一氧化 二氮和氨气的混合气体，生长SiON增透膜；使用湿法刻蚀工艺刻蚀掉P、N电极表面上的 SiON，至此增透膜生长完毕。该专利申请是在完成ΙΤ0蚀刻后在芯片的表面生长Al203/Si0N 增透膜结构，其ΙΤ0蚀刻之前的步骤还会受到损伤和污染，从而影响ΙΤ0膜层的质量，影响 LED的发光亮度。
[0005] 因而，如何突破现有技术进一步提高LED的亮度仍然是本领域技术人员亟待解决 的技术课题。
【发明内容】
[0006] 本发明目的在于提供一种LED芯片的制备方法及采用该方法制备的LED芯片，以解 决现有LED芯片制程中ΙΤ0透明导电层易被损伤和污染而影响LED亮度的问题，本发明所提 供的LED芯片的制备方法是在蒸镀ΙΤ0透明导电层之后接着在ΙΤ0表面沉积一层SiON增透 膜，使得ΙΤ0在芯片制程中受到SiON增透膜的保护，且在设置P电极前使用磷酸溶液蚀刻 SiON增透膜，提高了 ΙΤ0透明导电层的质量，可以有效的提升LED芯片的出光效率。
[0007] 为实现上述目的，本发明提供了一种LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0008]步骤A、在衬底上先后形成包含N型半导体层、发光层及P型半导体层的外延层和 ΙΤ0透明导电层；
[0009 ] 步骤B、在ΙΤ0透明导电层上沉积一层SiON增透膜；
[0010] 步骤C、通过光刻和刻蚀形成N型半导体层上的台阶;使得上台阶部上的发光层、P 型半导体层、ΙΤ0透明导电层和SiON增透膜均保留，而下台阶部上的发光层、P型半导体层、 ΙΤ0透明导电层和SiON增透膜均被蚀刻去除；
[0011] 步骤D、在包括SiON增透膜和N型半导体层的下台阶部的LED整个上表面整面形成 一层Si〇2保护层；
[0012] 步骤E、通过光刻和蚀刻Si02保护层和SiON增透膜而在ΙΤ0透明导电层上方形成用 于设置P电极的凹槽P，且通过光刻和蚀刻Si〇2保护层在所述下台阶部上方形成用于设置N 电极的凹槽N;其中，在形成凹槽P时，先使用Β0Ε溶液蚀刻Si02保护层，后使用磷酸溶液蚀刻 SiON增透膜；
[0013] 步骤F、在所述凹槽P处制作P电极和在所述凹槽N处制作N电极。
[0014]在本发明中，步骤A中在形成ΙΤ0透明导电层之前还包括如下步骤：
[0015] 步骤a、在LED外延层上整面沉积电流阻挡层；
[0016] 步骤b、利用光刻和蚀刻去掉部分电流阻挡层，保留所需图案的电流阻挡层结构。
[0017] 在本发明中，所述步骤B中采用等离子体增强化学气相沉积法沉积SiON增透膜的 厚度范围为100~1500埃。
[0018] 在本发明中，所述步骤C中采用Β0Ε溶液蚀刻SiON增透膜。
[0019]在本发明中，所述步骤C中使用Β0Ε溶液对SiON增透膜的蚀刻时间为30~120秒。
[0020] 在本发明中，所述步骤E中使用的磷酸溶液中磷酸与水的体积比为1~9:1，腐蚀温 度为80 °C~200 °C，腐蚀时间为30~200秒。
[0021] 另外，本发明还提供一种上述方法制备的LED芯片，所述LED芯片在厚度方向依次 包括衬底、外延层和电极，且所述外延层包括N型半导体层、发光层及P型半导体层，N型半导 体层为包括上台阶部和下台阶部的台阶型结构，发光层及P型半导体层依次设置在所述上 台阶部上方，所述P型半导体层上还设有ΙΤ0透明导电层，所述电极包括设置在下台阶部上 的N电极和设置在ΙΤ0透明导电层上的P电极，所述N电极外侧的芯片上表面沉积有Si0 2保护 层，P电极外侧的芯片上表面依次沉积有SiON增透膜和Si02保护层。
[0022] 在本发明中，所述SiON增透膜的厚度为100~1500埃。
[0023] 在本发明中，所述P型半导体层上设有电流阻挡层，所述ΙΤ0透明导电层覆盖于所 述电流阻挡层上方。
[0024] 相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
[0025] 1、本发明在LED外延层上完成沉积ΙΤ0透明导电层之后接着在ΙΤ0表面沉积一层 SiON增透膜，使得ΙΤ0透明导电层在光刻、刻蚀以及光刻后去胶过程中受到了 SiON增透膜的 保护，避免了 ΙΤ0透明导电层受损伤和污染，提高了 ΙΤ0透明导电层的质量，使LED芯片亮度 提升的同时电压有所降低；
[0026] 2、本发明在形成P电极的凹槽P时采用磷酸溶液刻蚀SiON增透膜，减少LED芯片与 Β0Ε溶液接触的时间，进一步降低或避免LED芯片制备过程中对的IT0透明导电层伤害；另 外，这也降低了 Β0Ε溶液渗透过IT0透明导电层而腐蚀IT0透明导电层底下电流阻挡层的风 险，进一步保证了 LED芯片的出光效率。
[0027] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0028] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0029] 图1是本发明一种LED芯片的剖视结构示意图；
[0030] 其中，1、衬底，2、N型半导体层，21、上台阶部，22、下台阶部，3、发光层、4、P型半导 体层，5、IT0透明导电层，6、Si0N增透膜，7、Si0 2保护层，8、N电极，9、P电极，10、电流阻挡层。
【具体实施方式】
[0031] 以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限 定和覆盖的多种不同方式实施。
[0032] 参见图1，本发明的一种LED芯片，该LED芯片在厚度方向依次包括衬底1、外延层和 电极，且外延层包括N型半导体层2、发光层3及P型半导体层4，N型半导体层2为包括上台阶 部21和下台阶部22的台阶型结构，发光层3及P型半导体层4依次设置在所述上台阶部21上 方，P型半导体层4上还设有ΙΤ0透明导电层5,电极包括设置在下台阶部22上的N电极8和设 置在ΙΤ0透明导电层5上的P电极9，N电极外侧的芯片上表面沉积有Si0 2保护层7，P电极外侧 的芯片上表面依次沉积有SiON增透膜6和Si02保护层7。
[0033] 在一种具体的实施方式中，SiON增透膜6的厚度为100~1500埃。
[0034]在一种具体的实施方式中，P型半导体层4上设有电流阻挡层10，IT0透明导电层5 覆盖于电流阻挡层上方。
[0035] 本发明实施例的上述LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
[0036] 步骤A、在衬底1上依次生长N型半导体层2、发光层3及P型半导体层4而形成LED外 延层;并在外延层上蒸镀ΙΤ0透明导电层5;具体地，可采用金属有机化学气相沉积、分子束 外延或氢化物气相外延技术生长发光外延层，本发明中优选的采用金属有机化学气相沉积 技术生长外延层。
[0037]步骤B、在ΙΤ0透明导电层5上沉积一层SiON增透膜6;本发明中优选的采用等离子 体增强化学气相沉积法在ΙΤ0透明导电层的表面沉积SiON增透膜。
[0038]步骤C、通过光刻和刻蚀形成N型半导体层2上的台阶;使得上台阶部21上的发光层 3、P型半导体层4、ΙΤ0透明导电层5和SiON增透膜6均保留，而下台阶部22上的发光层3、P型 半导体层4、IT0透明导电层5和SiON增透膜6均被蚀刻去除。具体的包括:使用光刻胶对SiON 增透膜进行ΙΤ0光刻，在光刻胶层上形成ΙΤ0图层；以ΙΤ0图层为掩模用Β0Ε溶液对SiON增透 膜蚀刻30~120秒，去除SiON增透膜；以ΙΤ0图层为掩模对ΙΤ0透明导电层进行ΙΤ0刻蚀，后去 除IT 0光刻后的光刻胶；在P型半导体层上使用光刻胶进行ME SA光刻，在光刻胶层上形成 MESA图层，以MESA图层为掩模利用ICP刻蚀自上至下依次刻蚀P型半导体层4、发光层3以及N 型半导体层2,使N型半导体层2形成具有上台阶部21及下台阶部22的台阶状结构，露出N型 半导体层;后去除MESA光刻后的光刻胶。
[0039] 步骤D、在包括SiON增透膜6和N型半导体层的下台阶部22的LED整个上表面整面形 成一层Si0 2保护层7;
[0040] 步骤E、通过光刻和蚀刻Si〇2保护层7和SiON增透膜6而在ΙΤ0透明导电层5上方形 成用于设置P电极9的凹槽P，且通过光刻和蚀刻Si0 2保护层7在下台阶部22上方形成用于设 置N电极8的凹槽N;其中，在形成凹槽P时，先使用Β0Ε溶液蚀刻Si0 2保护层7，后使用磷酸溶 液蚀刻SiON增透膜6。在本发明中，使用光刻胶对Si02保护层进行PAD光刻，在光刻胶层上形 成PAD图层;对PAD图层进行刻蚀，先使用Β0Ε溶液对PAD图层区域的Si0 2保护层进行腐蚀，后 再用磷酸溶液对PAD图层区域的SiON增透膜进行腐蚀，分别去除PAD图层区域的SiO保护层 2 和SiON增透膜，以形成凹槽P及凹槽N;在该步骤中，使用的磷酸溶液中磷酸与水的体积比为 1~9:1，腐蚀温度为80°C~200°C，腐蚀时间为30~200秒。
[0041 ] 步骤F、在凹槽P处制作P电极9和在凹槽N处制作N电极8。
[0042]在一种具体的实施方式中，步骤A中在形成ΙΤ0透明导电层5之前还包括如下步骤：
[0043] 步骤a、在LED外延层上整面沉积电流阻挡层10;
[0044]步骤b、利用光刻和蚀刻去掉部分电流阻挡层，保留所需图案的电流阻挡层结构。
[0045] 在一种具体的实施方式中，步骤B中采用等离子体增强化学气相沉积法沉积SiON 增透膜6的厚度范围为100~1500埃。
[0046] 在一种具体的实施方式中，步骤C中采用Β0Ε溶液蚀刻SiON增透膜6。
[0047]在一种具体的实施方式中，步骤E中使用Β0Ε溶液对Si02保护层的腐蚀时间为30~ 120 秒。
[0048] 在本发明中选取六片同炉同圈的外延片（外延片同炉同圈是为了确保外延片光电 参数的一致性，保证本实验结论的准确性。六片外延片的其中三片采用现有的方法制作，即 不涉及设置SiON增透膜和使用磷酸溶液蚀刻SiON增透膜，另外三片采用本发明的方法制 作)制备成芯片，外观检验表明实验芯片外观正常，并点测电性参数如表1:
[0049] 表 1
[0050]
[00511由上述表1中的参数可知:本发明方法制得的LED芯片结构，由于在蒸镀ΙΤ0透明导 电层之后沉积了一层SiON增透膜，且在设置P电极前使用磷酸溶液蚀刻SiON增透膜，使得 ITO透明导电层在芯片的整个制作过程中不被腐蚀和污损，提高ITO透明导电层的质量。采 用本发明方法制得的芯片与现有方法制得的芯片相比电压VF1降低了 0.042V，亮度L0P1提 高了 1.8mw，亮度提高比例为0.91 %。实现了提升LED亮度同时降低电压的目的。
[0052]在本发明中，分别选取全测数据平均值附近的采用现有方法制得芯片和采用本发 明方法制得的芯片进行封装，蓝光封装数据如表2:
[0053]表 2
[0056]由上述表2中的数据可知:采用本发明方法制备的LED芯片封装的LED与采用现有 方法制备的LED芯片封装的LED相比电压降低了 0.042V，光功率提高了 1.9mw，提高比例为 0.78 %，发光效率提高了 1.1 %。
[0057]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技 术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。
【主权项】
1. 一种LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤： 步骤A、在衬底（1)上先后形成包含N型半导体层(2)、发光层(3)及P型半导体层(4)的外 延层和ITO透明导电层(5); 步骤B、在I TO透明导电层(5)上沉积一层Si ON增透膜(6); 步骤C、通过光刻和刻蚀形成N型半导体层(2)上的台阶;使得上台阶部（21)上的发光层 (3)、P型半导体层(4)、IT0透明导电层(5)和SiON增透膜(6)均保留，而下台阶部(22)上的发 光层(3)、P型半导体层(4)、IT0透明导电层(5)和SiON增透膜(6)均被蚀刻去除； 步骤D、在包括SiON增透膜(6)和N型半导体层的下台阶部(22)的LED整个上表面整面形 成一层Si02保护层(7); 步骤E、通过光刻和蚀刻Si02保护层(7)和SiON增透膜(6)而在IT0透明导电层(5)上方形 成用于设置P电极(9)的凹槽P，且通过光刻和蚀刻Si02保护层(7)在所述下台阶部(22)上方 形成用于设置N电极（8)的凹槽N;其中，在形成凹槽P时，先使用B0E溶液蚀刻Si0 2保护层 (7)，后使用磷酸溶液蚀刻SiON增透膜(6); 步骤F、在所述凹槽P处制作P电极和在所述凹槽N处制作N电极。2. 根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，步骤A中在形成IT0透明导 电层(5)之前还包括如下步骤： 步骤a、在LED外延层上整面沉积电流阻挡层（10); 步骤b、利用光刻和蚀刻去掉部分电流阻挡层，保留所需图案的电流阻挡层结构。3. 根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤B中采用等离子体 增强化学气相沉积法沉积S iON增透膜(6)的厚度范围为100~1500埃。4. 根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤C中采用B0E溶液 蚀刻SiON增透膜(6)。5. 根据权利要求4所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤C中使用B0E溶液 对S iON增透膜(6)的蚀刻时间为30~120秒。6. 根据权利要求1所述的LED芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤E中使用的磷酸溶 液中磷酸与水的体积比为1~9:1，腐蚀温度为80°C~200°C，腐蚀时间为30~200秒。7. 根据权利要求1~6任一项所述方法制备的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片在厚 度方向依次包括衬底（1)、外延层和电极，且所述外延层包括N型半导体层(2)、发光层(3)及 P型半导体层(4)，N型半导体层(2)为包括上台阶部(21)和下台阶部(22)的台阶型结构，发 光层(3)及P型半导体层(4)依次设置在所述上台阶部（21)上方，所述P型半导体层(4)上还 设有IT0透明导电层(5)，所述电极包括设置在下台阶部(22)上的N电极(8)和设置在IT0透 明导电层（5)上的P电极(9)，所述N电极外侧的芯片上表面沉积有Si0 2保护层（7)，P电极外 侧的芯片上表面依次沉积有SiON增透膜(6)和Si02保护层(7)。8. 根据权利要求7所述一种高亮度LED芯片，其特征在于，所述SiON增透膜(6)的厚度为 100 ~1500埃。9. 根据权利要求7所述一种高亮度LED芯片，其特征在于，所述P型半导体层(4)上设有 电流阻挡层（10)，所述IT0透明导电层(5)覆盖于所述电流阻挡层上方。
【文档编号】H01L33/42GK106025012SQ201610595189
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月26日
【发明人】胡弃疾, 张雪亮, 汪延明
【申请人】湘能华磊光电股份有限公司