一種帶ito薄膜結(jié)構(gòu)的led芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制備方法，屬于半導(dǎo)體發(fā)光二極管領(lǐng)域，該方法是先制成發(fā)光二極管的外延片，然后在外延片上制作出圖案化的介質(zhì)膜層，經(jīng)過(guò)蝕刻制作出圖案化的ITO薄膜層和p?GaP窗口層；在圖案化的ITO薄膜層和p?GaP窗口層上制作金屬電極層，金屬電極層包括主電極和擴(kuò)展電極。本發(fā)明采用圖案化的ITO薄膜層和p?GaP窗口層作為接觸層，其中作為焊盤的主電極連接在p?GaP窗口層上，擴(kuò)展電極連接在ITO薄膜層上。本發(fā)明提高了整個(gè)金屬電極層的附著性，確保發(fā)光器件工作電壓穩(wěn)定，提高產(chǎn)品的焊線可靠性，極大地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和良率。
【專利說(shuō)明】
一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管領(lǐng)域，尤其是涉及一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]具有高光效、低能耗、長(zhǎng)壽命、高安全性、高環(huán)保等優(yōu)勢(shì)，是一種有廣闊應(yīng)用前景的照明方式，受到越來(lái)越多國(guó)家的重視。目前LED已廣泛應(yīng)用于高效固態(tài)照明領(lǐng)域中，如顯示屏、汽車用燈、背光源、交通信號(hào)燈、景觀照明等。
[0003]如圖1所示，常規(guī)AlGaInP發(fā)光二極管包含GaAs襯底100、緩沖層101、n-AIGaInP限制層102、MQW多量子阱有源層103、p-AIGaInP限制層104和p-GaP窗口層105，金屬電極層109直接設(shè)置在P-GaP窗口層105上，GaAs襯底100背面設(shè)置有背電極層201。由于常規(guī)AlGaInP發(fā)光二極管的出光層為GaP窗口層105，同時(shí)GaP層也起著歐姆接觸層和電流擴(kuò)展的重要作用，這就會(huì)使電流容易集中從與電極接觸的正下方區(qū)域流過(guò)，即電極正下方區(qū)域的電流密度增加，卻不能使電流得到充分的擴(kuò)展，從而降低了 LED的發(fā)光效率。ΙΤ0(摻錫氧化銦，IndiumTinOxide，一般簡(jiǎn)稱為ΙΤ0)薄膜相比GaP層具有良好的橫向電流擴(kuò)展性，同時(shí)具有透過(guò)率高、導(dǎo)電性好、耐磨損、耐腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，且與GaP層的粘附性好，因此，ITO薄膜通常被用于作為提高AlGaInP基芯片亮度的透明電極材料。在實(shí)際應(yīng)用中，先是在GaP層上面生長(zhǎng)一層ITO薄膜層，然后再沉積作為焊盤材料使用的金屬電極層，但在對(duì)焊盤的焊線測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，很容易出現(xiàn)ITO薄膜層脫落、金屬電極層脫落的異常現(xiàn)象，這會(huì)導(dǎo)致金屬電極層的焊盤性能、AlGaInP基芯片的使用可靠性受到嚴(yán)重影響。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種焊線可靠性高、便于生產(chǎn)、發(fā)光效率高的帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片。
[0005]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片的制備方法。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片，包括GaAs襯底，在GaAs襯底的上面依次設(shè)有緩沖層、n-AIGaInP限制層、多量子阱(MQW)有源層、p-AIGalnP限制層和p-GaP窗口層，在p-GaP窗口層上設(shè)有ITO薄膜層，在GaAs襯底的下面制作背電極，特征是:在ITO薄膜層上設(shè)有金屬電極層;金屬電極層包括主電極和擴(kuò)展電極，主電極連接在P-GaP窗口層上，擴(kuò)展電極連接在ITO薄膜層上。
[0007]主電極為圓形，直徑90μηι，擴(kuò)展電極為矩形，長(zhǎng)度為20μηι，寬度為ΙΟμπι，材料為Cr/Au，厚度 50/2500nmo
[0008]本發(fā)明的由于作為焊盤的主電極直接連接在p-GaP窗口層上，從而避免了在焊線測(cè)試時(shí)造成ITO薄膜層脫落，并且由于擴(kuò)展電極連接在ITO薄膜層上，這樣既起到了降低接觸電壓的作用，同時(shí)又對(duì)主電極起到了防護(hù)作用，提高了整個(gè)金屬電極層的附著性和完整性，確保了產(chǎn)品的工作電壓穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的焊線可靠性。
[0009]本發(fā)明的第二個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片的制備方法，特征是:具體步驟如下:
(1)、在GaAs襯底的上面依次外延生長(zhǎng)緩沖層、n-AIGalnP限制層、多量子阱(MQW)有源層、P-AIGaInP限制層和p-GaP窗口層，得到LED外延片；
(2)、在p-GaP窗口層上蒸鍍ITO薄膜層；
(3)、在ITO薄膜層上制作圖案化的接觸層:在ITO薄膜層上采用PECVD生長(zhǎng)一層介質(zhì)膜，采用光刻和濕法蝕刻方式在介質(zhì)膜上制作出圖案化的介質(zhì)膜層，利用ITO和GaP腐蝕液對(duì)沒(méi)有介質(zhì)膜層保護(hù)的ITO和GaP層區(qū)域進(jìn)行腐蝕，利用介質(zhì)膜腐蝕液將介質(zhì)膜層去除；
(4)、在圖案化的接觸層上制作金屬電極層:采用負(fù)膠套刻和蒸鍍方式制作金屬電極層，主電極形成于P-GaP窗口層上，擴(kuò)展電極形成于ITO薄膜層上；
(5 )、在GaAs襯底的下面制作背電極，得到帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片。
[0010]在步驟(3)中，PECVD制作的介質(zhì)膜層由絕緣材料Si02或SiNxOy中的一種或多種組合制成，其中x>0，0〈y〈2，獲得穩(wěn)定圖案化的臨時(shí)膜層，避免ITO和GaP腐蝕溶液影響，從而制作出設(shè)計(jì)的圖案化的接觸層。
[0011 ] 在步驟(3)中，被腐蝕的GaP層的蝕刻深度為150 ±50nm，從而既能去除ρ-GaP窗口層105表層的高摻雜層，又避免接觸層的周圍區(qū)域臺(tái)階差異大，這樣就能很容易制作金屬電極層。
[0012]在步驟(4)中，蒸鍍方式制作的金屬電極層的材料為Cr、Pt、T1、Al或Au中的一種，或?yàn)镃r、Pt、T1、Al、Au中任意兩種材料的合金。
[0013]本發(fā)明先采用光刻和濕法蝕刻方式制作出圖案化的介質(zhì)膜層，進(jìn)而對(duì)沒(méi)有介質(zhì)膜層保護(hù)的ITO薄膜層和GaP層進(jìn)行可控深度的蝕刻;然后在圖案化的接觸層上采用蒸鍍方式制作金屬電極層，金屬電極層包括主電極和擴(kuò)展電極，其中作為焊盤的主電極直接連接在P-GaP窗口層上，從而避免了在焊線測(cè)試時(shí)造成ITO薄膜層脫落，并且由于擴(kuò)展電極連接在ITO薄膜層上，這樣既起到了降低接觸電壓的作用，同時(shí)又對(duì)主電極起到了防護(hù)作用，提高了整個(gè)金屬電極層的附著性和完整性，確保了產(chǎn)品的工作電壓穩(wěn)定，提高了產(chǎn)品的焊線可靠性，極大地提升了產(chǎn)品的質(zhì)量和良率。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為現(xiàn)有的常規(guī)AlGaInP發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3為本發(fā)明發(fā)光二極管外延片的制作過(guò)程截面示意圖；
圖4為本發(fā)明ITO薄膜層和介質(zhì)膜層的制作過(guò)程截面示意圖；
圖5為本發(fā)明接觸層的制作過(guò)程截面示意圖；
圖6為本發(fā)明金屬電極層的制作過(guò)程截面示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合實(shí)施例并對(duì)照附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0016]—種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片，包括GaAs襯底100，在GaAs襯底100的上面依次設(shè)有緩沖層101、n-AIGaInP限制層102、多量子阱有源層103、p-AIGaInP限制層104和p-GaP窗口層105，在p-GaP窗口層105上設(shè)有ITO薄膜層106，在ITO薄膜層106上設(shè)有金屬電極層109，在GaAs襯底100的下面制作背電極201;金屬電極層109包括主電極和擴(kuò)展電極，主電極連接在P-GaP窗口層105上，擴(kuò)展電極連接在ITO薄膜層106上。
[00?7 ] —種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片的制備方法，具體步驟如下
1、制備發(fā)光二極管外延片:如圖3所示，在GaAs襯底100的上采面用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)依次外延生長(zhǎng)緩沖層1Un-AIGaInP限制層102、多量子阱有源層103、p-AIGaInP限制層104和p-GaP窗口層105，其中p-GaP窗口層105表層的高摻雜層厚度優(yōu)選500±50埃，摻雜濃度優(yōu)選5X1019cm-3以上；
2、如圖4所示，在p-GaP窗口層105上采用蒸發(fā)鍍膜方法蒸鍍ITO薄膜層106，ITO薄膜層106優(yōu)選厚度為3000 土 200埃；
3、如圖4所示，在ITO薄膜層106上采用PECVD生長(zhǎng)介質(zhì)膜層107，介質(zhì)膜層107優(yōu)選厚度為2000±100埃，介質(zhì)膜層107由Si02制成；
4、如圖4所示，在介質(zhì)膜層107上采用光刻和蝕刻制作圖案化的介質(zhì)膜層；
5、如圖5所示，在圖案化的介質(zhì)膜層107上制作圖案化的接觸層108;
6、如圖6所示，在圖案化的接觸層108上制作帶有主電極和擴(kuò)展電極的金屬電極層109，主電極為圓開5，直徑90μηι，擴(kuò)展電極為矩形，長(zhǎng)度為20μηι，寬度為ΙΟμπι，材料為Cr/Au，厚度50/2500nm；
7、在GaAs襯底100的下側(cè)面制作背電極201，電極材料采用AuGeNi/Au，厚度為150/200nm;而后在420°C的氮?dú)夥諊羞M(jìn)行熔合，以獲得背電極201和GaAs襯底100形成良好的歐姆接觸，同時(shí)進(jìn)一步增強(qiáng)了金屬電極層109與圖案化的接觸層108附著性。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片，包括GaAs襯底，在GaAs襯底的上面依次設(shè)有緩沖層、n-AIGalnP限制層、多量子阱(MQW)有源層、p-AIGalnP限制層和p-GaP窗口層，在p-GaP窗口層上設(shè)有ITO薄膜層，在GaAs襯底的下面制作背電極，其特征在于:在ITO薄膜層上設(shè)有金屬電極層;金屬電極層包括主電極和擴(kuò)展電極，主電極連接在P-GaP窗口層上，擴(kuò)展電極連接在ITO薄膜層上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片，其特征在于:主電極為圓形，直徑90μηι，擴(kuò)展電極為矩形，長(zhǎng)度為20μηι，寬度為ΙΟμπι，材料為0/^11，厚度50/2500]11]1。3.一種帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片的制備方法，其特征在于:具體步驟如下: (1)、在GaAs襯底的上面依次外延生長(zhǎng)緩沖層、n-AIGalnP限制層、多量子阱(MQW)有源層、P-AIGaInP限制層和p-GaP窗口層，得到LED外延片； (2)、在p-GaP窗口層上蒸鍍ITO薄膜層； (3)、在ITO薄膜層上制作圖案化的接觸層:在ITO薄膜層上采用PECVD生長(zhǎng)一層介質(zhì)膜，采用光刻和濕法蝕刻方式在介質(zhì)膜上制作出圖案化的介質(zhì)膜層，利用ITO和GaP腐蝕液對(duì)沒(méi)有介質(zhì)膜層保護(hù)的ITO和GaP層進(jìn)行腐蝕，利用介質(zhì)膜腐蝕液將介質(zhì)膜層去除； (4)、在圖案化的接觸層上制作金屬電極層:采用負(fù)膠套刻和蒸鍍方式制作金屬電極層，主電極形成于P-GaP窗口層上，擴(kuò)展電極形成于ITO薄膜層上； (5 )、在GaAs襯底的下面制作背電極，得到帶ITO薄膜結(jié)構(gòu)的LED芯片。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED芯片的制備方法，其特征在于:在步驟(3)中，PECVD制作的介質(zhì)膜層由絕緣材料Si02或SiNxOy中的一種或多種組合制成，其中x>0，0〈y〈2。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED芯片的制備方法，其特征在于:在步驟(3)中，GaP層的蝕刻深度為150±50nmo6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的LED芯片的制備方法，其特征在于:在步驟(4)中，蒸鍍方式制作的金屬電極層的材料為0、？1:、11、41或411中的一種，或?yàn)?、？1:、11、41、411中任意兩種材料的合金。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK105895771SQ201610410954
【公開日】2016年8月24日
【申請(qǐng)日】2016年6月13日
【發(fā)明人】張銀橋, 潘彬
【申請(qǐng)人】南昌凱迅光電有限公司