CN105244420A - GaN基发光二极管的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种GaN基发光二极管的制作方法，包括：在基板上形成外延叠层；在外延叠层上形成电流阻挡层图案和透明导电层图案；进行干法刻蚀，使得部分N型第一半导体层裸露，形成台面；在台面上形成绝缘保护层，对所述绝缘保护层进行电极光刻，形成第一电极开孔和第二电极开孔，在电极开孔内形成金属电极，从而形成发光二极管。本发明提供的GaN基发光二极管的制作方法，通过调整各结构的光刻和刻蚀顺序，使得总工艺流程中仅需要经过三次光刻即可获得与采用常规工艺获得的结构相同的发光二极管，减少了发光二极管的制作时间，降低了材料成本和生产成本。

Description

GaN基发光二极管的制作方法

技术领域

本发明涉及发光二极管的制作技术，尤其涉及一种GaN基发光二极管的制作方法。

背景技术

发光二极管(Light-EmittingDiode，简称LED)是一种当PN结处于正向偏压情况下会发光的半导体二极管。LED具有体积小、重量轻、结构牢固、抗冲击和抗震能力强、寿命长、环保无污染等诸多优点，已发展为近年来最受重视的光源技术之一。

LED芯片的制作流程包括外延生长和芯片制作两个部分：外延生长是指在衬底材料上生长III-V族半导体材料。芯片制作是指在外延生长之后对芯片进行加工以使其变成LED发光芯片。现有加工技术通常包括：在外延片上首先刻蚀形成台面，再依次形成电流阻挡层(CurrentBlockingLayer，简称CBL)、透明导电层(TransparentConductiveLayer，简称TCL)、绝缘保护层(Passivation，简称PSV)以及金属电极或金属反射电极。通常情况下，上述芯片结构中的台面、电流阻挡层、透明导电层、绝缘保护层、金属电极都需要分别施以镀膜、沉积、光刻、化学蚀刻或剥离等工艺手段加工成预设的芯片形状。

整个芯片工艺过程耗时较多，其中尤以光刻工艺较为冗长,且还需对各个结构分别进行台面光刻、CBL光刻、TCL光刻、电极光刻以及PSV光刻。尽管在一些情况下，可利用自对准工艺将其中的两种相邻结构的工序用同一光刻工序完成，例如将电极光刻和PSV光刻合并，用以减少光刻流程，降低制作成本，然而这种方式节约效力仍旧比较有限。

发明内容

本发明提供一种GaN基发光二极管的制作方法，用以解决现有发光二极管的制作时间长，材料成本和生产成本较高的问题。

本发明实施例提供一种GaN基发光二极管的制作方法，包括：

在基板上形成外延叠层，所述外延叠层自下而上包括N型第一半导体层、发光层和P型第二半导体层；

在所述外延叠层上形成电流阻挡层，对所述电流阻挡层进行光刻和蚀刻形成电流阻挡层图案，去除所述光刻和蚀刻过程中残留的光刻胶；

在所述外延叠层和所述电流阻挡层图案上形成透明导电层，对所述透明导电层进行光刻和蚀刻形成透明导电层图案，以形成二极管基体；

对所述二极管基体进行干法刻蚀，移除部分所述P型第二半导体层和部分所述发光层，使得部分所述N型第一半导体层裸露，去除所述干法刻蚀后残留的光刻胶及部分未被所述透明导电层图案覆盖的所述电流阻挡层，形成台面；

在所述台面上形成绝缘保护层，对所述绝缘保护层进行光刻，以暴露出第一预留电极开孔位置处以及第二预留电极开孔位置处的绝缘保护层，蚀刻所述第一预留电极开孔位置处以及所述第二预留电极开孔位置处的绝缘保护层，形成第一电极开孔和第二电极开孔，在所述第一电极开孔内形成P型金属电极，在所述第二电极开孔内形成N型金属电极，从而形成发光二极管。

本发明提供的GaN基发光二极管的制作方法，通过调整各结构的光刻和刻蚀顺序，使得总工艺流程中仅需要经过三次光刻即可获得与采用常规工艺获得的结构相同的发光二极管，相对于常规的发光二极管的制作方法，减少了光刻次数，同时也节约了每次光刻都需要对发光二极管进行去胶、清洗、以及光刻前预处理等必要过程，因此，减少了发光二极管的制作时间，降低了材料成本和生产成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的流程图；

图2为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的电流阻挡层图案的示意图；

图3为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的透明导电层图案的示意图；

图4为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的金属电极的示意图；

图5为本发明GaN基发光二极管的制作方法另一实施例的电流阻挡层图案的示意图；

图6为本发明GaN基发光二极管的制作方法另一实施例的透明导电层图案的示意图；

图7为本发明GaN基发光二极管的制作方法另一实施例的金属电极的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的流程图。图2为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的电流阻挡层图案。图3为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的透明导电层图案的示意图。图4为本发明GaN基发光二极管的制作方法一实施例的金属电极的示意图。如图1所示，该制作方法包括：

步骤101、在基板上形成外延叠层，外延叠层自下而上包括N型第一半导体层、发光层和P型第二半导体层；

步骤102、在外延叠层上形成电流阻挡层，对电流阻挡层进行光刻和蚀刻形成电流阻挡层图案，去除光刻和蚀刻过程中残留的光刻胶；

步骤103、在外延叠层和电流阻挡层图案上形成透明导电层，对透明导电层进行光刻和蚀刻形成透明导电层图案，以形成二极管基体；

步骤104、对二极管基体进行干法刻蚀，移除部分P型第二半导体层和部分发光层，使得部分N型第一半导体层裸露，去除干法刻蚀后残留的光刻胶及部分未被透明导电层图案覆盖的电流阻挡层，形成台面；

步骤105、在台面上形成绝缘保护层，对绝缘保护层进行光刻，以暴露出第一预留电极开孔位置处以及第二预留电极开孔位置处的绝缘保护层，蚀刻第一预留电极开孔位置处以及第二预留电极开孔位置处的绝缘保护层，形成第一电极开孔和第二电极开孔，在第一电极开孔内形成P型金属电极，在第二电极开孔内形成N型金属电极，从而形成发光二极管。

具体的，在实际制作中，步骤101中的基板可以采用GaN基板。首先在基板上形成外延叠层，然后在步骤102中，通过采用现有技术在外延叠层上形成一电流阻挡层，并对电流阻挡层进行光刻和化学腐蚀，使得电流阻挡层形成电流阻挡层图案100。可选的，如图2所示，电流阻挡层图案100可以为圆形。可选的，电流阻挡层图案100也可以为方形，本发明对此不做限定。同样的，本发明各附图中的图案也仅为示例性说明，并非对各步骤中生成的图案的具体限定。在步骤102结束时，对光刻和蚀刻过程中残留的光刻胶进行清除。可选的，蚀刻可以为化学腐蚀，也可以为其他方式，本发明对此不做限定。

其中，电流阻挡层的材料可以是氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)、氮化硅(SiN)等，电流阻挡层的形成方式可以为气相化学沉积、电子束蒸镀、磁控溅射等。

在经过化学腐蚀形成电流阻挡层图案100时，需提前考虑后续的透明导电层、绝缘保护层及金属电极的分布问题。可选的，电流阻挡层图案100位于P型金属电极的轴向正下方。电流阻挡层图案100的尺寸至少大于P型金属电极的尺寸。

在步骤103中，以电子束蒸发、磁控溅射等方式在电流阻挡层和外延叠层上形成透明导电层200，并对透明导电层200进行TCL光刻和蚀刻，形成二极管基体。本步骤中的光刻胶并不清除，暂时被保留，作为步骤104中的干法刻蚀的阻挡材料。

可选的，TCL光刻和蚀刻形成的透明导电层图案203如图3所示。透明导电层图案203覆盖在电流阻挡层图案100上，且部分外延叠层未被透明导电层图案203覆盖；透明导电层图案203上还设置有导电层开孔202，导电层开孔202位于电流阻挡层图案100的轴向正上方，使得部分电流阻挡层图案100未被透明导电层图案203覆盖。其中，导电层开孔202的大小至少小于的P型金属电极的大小；透明导电层图案203的边框的大小(尺寸)等于下一步骤104中产生的台面图案的大小(尺寸)。可选的，透明导电层图案203与基板的图案之间留有芯片间隙002，以及一开阔区域001。在对透明导电层200光刻后，导电层开孔202、芯片间隙002以及开阔区域001上均没有光刻胶覆盖，该些区域的透明导电层材料被裸露在外，对透明导电层200进行化学蚀刻，去除了裸露在外的透明导电层材料，形成了透明导电层图案203。此时导电层开孔202内的部分电流阻挡层图案100裸露，芯片间隙002和开阔区域001为P型第二半导体层裸露在外。

在步骤104中，对二极管基体施以等离子体干法刻蚀(ICP)形成台面。由于上一步骤103中已经将透明导电层图案203设计为与台面图案相同，并进行光刻，因而，本步骤中不需要进行干法刻蚀的图案已经被光刻胶覆盖，本步骤可直接利用步骤103中的光刻胶，无需再次进行光刻。由于芯片间隙002和开阔区域001是第二半导体层直接裸露在外，从而被ICP移除直至第一半导体层裸露，导电层开孔202内部分裸露的电流阻挡层也被部分腐蚀。

具体的，由于干法刻蚀过程中针对外延叠层材料、光刻胶材料、电流阻挡层材料的刻蚀选择比各不同，例如氧化硅与外延叠层材料的选择比通常在1:7左右，则为了刻蚀厚度为12000A的外延叠层材料则需要对应比例腐蚀厚度为1700A的氧化硅，因而在形成电流阻挡层时，应当根据刻蚀选择比来选择不致被完全刻蚀的最小电流阻挡层厚度。通常，电流阻挡层材料的厚度一般为500-3000A。当芯片间隙002及开阔区域001的外延叠层材料刻蚀至第一半导体层位置时，其余区域因为光刻胶和电流阻挡层的共同保护，其下方的外延层并未受到刻蚀；且位于光刻胶下方的透明导电层也未被破坏。

可选的，在步骤104之后，还包括湿法腐蚀移除导电层开孔202内干法刻蚀剩余的电流阻挡层材料，使得位于其下的P型第二半导体层裸露。可选的，也可保留导电层开孔202内的干法刻蚀剩余的电流阻挡层材料，以发挥最大的电流阻挡效果。由于通常情况下金属电极与电流阻挡层材料的粘附性较差，因而，通常选择去除导电层开孔内的电流阻挡层材料，使得金属电极可与第二半导体层材料直接接触，大幅提高金属电极的粘附性，降低掉电极的风险。

可选的，在步骤104之后，还包括对台面进行光刻胶清洗，并对透明导电层进行退火处理。

在步骤105中，采用现有技术形成绝缘保护层，覆盖在台面上，并对绝缘保护层进行光刻。通过在光刻胶上预留有金属电极的电极开孔，蚀刻预留电极开孔位置处的绝缘保护层，从而形成第一电极开孔和第二电极开孔。其中用于形成第一金属电极(N型金属电极)300的第一电极开孔位于开阔区域001之上，用于形成第二金属电极(P型金属电极)301的电极开孔位于透明导电层区域上，且位于由透明导电层和电流阻挡层图案100形成的导电层开孔202上，如图4所示。

光刻后位于第一金属电极和第二金属电极的电极开孔位置处的绝缘保护层均裸露在外，采用现有技术湿法腐蚀电极开孔位置处的绝缘保护层，使得第一金属电极的电极开孔内的N型第一半导体层，以及第二金属电极的电极开孔内的部分透明导电层、部分P型第二半导体层裸露。在电极开孔内形成金属电极，使得金属电极分别与N型第一半导体层、P型第二半导体层和透明导电层形成电学连接，形成发光二极管。

可选的，在步骤105之后，还包括对所述发光二极管进行研磨切割。

本发明提供的GaN基发光二极管的制作方法，通过调整个结构的光刻和刻蚀顺序，使得总工艺流程中仅需要经过三次光刻即可获得与采用常规工艺获得的结构相同的发光二极管，相对于常规的发光二极管的制作方法，减少了光刻次数，同时也节约了每次光刻都需要对发光二极管进行去胶、清洗、以及光刻前预处理等必要过程，因此，减少了发光二极管的制作时间，降低了材料成本和生产成本。

图5为本发明GaN基发光二极管的制作方法另一实施例的电流阻挡层图案的示意图。图6为本发明GaN基发光二极管的制作方法另一实施例的透明导电层图案的示意图。图7为本发明GaN基发光二极管的制作方法另一实施例的金属电极的示意图。本实施例在图1-4所示实施例的基础上实现。

在一些较为严苛的测试条件下，为了避规发光二极管因蚀刻不良或图形不良而导致的反向漏电过大的风险发生，透明导电层的覆盖区域应被严格限制在台面区域之内。在上述实施例中提出的发光二极管的制作方法中，发光二极管的台面轮廓通常由透明导电层光刻自对准工艺获得，从而使得透明导电层的覆盖区域与台面大小相同，最大程度的保留了电流扩展面积，在相同的注入电流下可获得相对最小的电流密度，有利于发光二极管出光。但当工艺控制不好，或反向漏电测试条件较严格的情况下，为确保漏电良率，需要将透明导电层覆盖区域限定在台面区域内，可选的，将透明导电层覆盖区域较台面边缘内缩3-5um。

可选的，如图5所示，在形成电流阻挡层后，对电流阻挡层进行光刻，光刻图案除了包括上述实施例中的电流阻挡层图案100之外，还包含在基板的边框位置设置的环形边框。环形边框外框102的尺寸与台面尺寸保持一致，环形边框内框103的尺寸较外框102的尺寸内缩5-10um。通过湿法腐蚀裸露在外的电流阻挡层材料并去胶清洗后，可以获得与光刻图案一致的包括一环形边框的电流阻挡层图案。

在电流阻挡层图案和基板上形成透明导电层材料，对透明导电层200进行光刻。光刻形成的透明导电层图案203，如图6所示，与上述实施例中的透明导电层图案203一致。可选的，透明导电层图案203的边框尺寸被限定在电流阻挡层图案的环形边框的外框102和内框103之间，即，透明导电层图案203的边框的尺寸大于电流阻挡层图案的环形边框的内框103尺寸，透明导电层图案203的边框的尺寸小于电流阻挡层图案的环形边框的外框102尺寸。

选择性腐蚀裸露在外的透明导电层200，去除导电层开孔202内以及透明导电层图案203边框以外的透明导电层材料，使得导电层开孔202内电流阻挡层材料裸露，介于电流阻挡层图案的环形边框的外框102和透明导电层图案203的边框之间的电流阻挡层材料裸露。

对上述二极管基体进行等离子体干法刻蚀形成台面，所获得的台面的边缘与电流阻挡层图案的环形边框的外框102的边缘一致。因而，使得台面的边框尺寸等于电流阻挡层图案的环形边框的外框102的尺寸，而大于透明导电层图案203的边框的尺寸，即达到了内缩透明导电层边框的目的。

可选的，湿法腐蚀移除导电层开孔202内干法刻蚀剩余的电流阻挡层材料，以及介于电流阻挡层图案的环形边框的外框102与透明导电层图案203的边框之间的干法刻蚀后剩余的电流阻挡层材料，使得位于电流阻挡层图案下方的P型第二半导体层裸露。可选的，也可选择保留干法刻蚀后剩余的电流阻挡层图案。

本实施例中的其他工序与上一实施例中的工序相同，故不再赘述。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种GaN基发光二极管的制作方法，其特征在于，包括：

在基板上形成外延叠层，所述外延叠层自下而上包括N型第一半导体层、发光层和P型第二半导体层；

在所述外延叠层上形成电流阻挡层，对所述电流阻挡层进行光刻和蚀刻形成电流阻挡层图案，去除所述光刻和蚀刻过程中残留的光刻胶；

在所述外延叠层和所述电流阻挡层图案上形成透明导电层，对所述透明导电层进行光刻和蚀刻形成透明导电层图案，以形成二极管基体；

对所述二极管基体进行干法刻蚀，移除部分所述P型第二半导体层和部分所述发光层，使得部分所述N型第一半导体层裸露，去除所述干法刻蚀后残留的光刻胶及部分未被所述透明导电层图案覆盖的所述电流阻挡层，形成台面；

在所述台面上形成绝缘保护层，对所述绝缘保护层进行光刻，以暴露出第一预留电极开孔位置处以及第二预留电极开孔位置处的绝缘保护层，蚀刻所述第一预留电极开孔位置处以及所述第二预留电极开孔位置处的绝缘保护层，形成第一电极开孔和第二电极开孔，在所述第一电极开孔内形成P型金属电极，在所述第二电极开孔内形成N型金属电极，从而形成发光二极管。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述未被所述透明导电层图案覆盖的电流阻挡层图案位于所述P型金属电极的轴向正下方，所述电流阻挡层图案的尺寸大于所述P型金属电极的尺寸，所述未被所述透明导电层图案覆盖的电流阻挡层的尺寸小于所述P型金属电极的尺寸，所述电流阻挡层的厚度大于预设厚度，所述预设厚度为不被干法刻蚀完全刻蚀的最小厚度，所述N型金属电极位于裸露的N型第一半导体层上方。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述电流阻挡层图案还包括一环形边框，所述环形边框外框的尺寸与所述台面尺寸一致。

4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电层图案的边框的尺寸大于所述电流阻挡层图案的环形边框的内框尺寸，所述透明导电层图案的边框的尺寸小于所述电流阻挡层图案的环形边框的外框尺寸。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述对所述二极管基体进行干法刻蚀，移除部分所述P型第二半导体层和部分所述发光层，使得部分所述N型第一半导体层裸露包括：

对所述二极管基体上未覆盖有透明导电层的区域，进行干法刻蚀，移除部分所述P型第二半导体层和部分所述发光层，使得部分所述N型第一半导体层裸露。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述对所述二极管基体进行干法刻蚀，移除部分所述P型第二半导体层和部分所述发光层，使得部分所述N型第一半导体层裸露之后，还包括：

湿法腐蚀移除所述未被所述透明导电层图案覆盖的所述电流阻挡层材料，使得部分所述P型第二半导体层裸露。

7.根据权利要求1-6任一项所述的制作方法，其特征在于，所述电流阻挡层图案为圆形，所述电流阻挡层图案的面积小于所述基板的面积。

8.根据权利要求1-6任一项所述的制作方法，其特征在于，所述透明导电层图案覆盖在所述电流阻挡层图案上，且部分所述外延叠层未被所述透明导电层图案覆盖；所述透明导电层图案上还设置有导电层开孔，所述导电层开孔位于所述电流阻挡层图案的轴向正上方，使得部分所述电流阻挡层图案未被所述透明导电层图案覆盖。

9.根据权利要求1-6任一项所述的制作方法，其特征在于，所述形成台面之后，还包括：

对所述台面进行光刻胶清洗，并对所述透明导电层进行退火处理。

10.根据权利要求1-6任一项所述的制作方法，其特征在于，所述形成发光二极管之后，还包括：

对所述发光二极管进行研磨切割。