專利名稱：氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及光電子技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種氮化鎵(GaN)基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片(或管芯)的制造方法。
發(fā)光二極管(LED)是一種把電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件，是在半導(dǎo)體p-n結(jié)、雙異質(zhì)結(jié)或多量子阱結(jié)構(gòu)上通以正向電流時(shí)發(fā)出可見光、紅外光或紫外光等的光發(fā)射器件。目前，紅、橙黃、黃、普綠等發(fā)光二極管的制造技術(shù)已經(jīng)成熟，而且已經(jīng)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，而如何制得純綠、純藍(lán)發(fā)光二極管則是長(zhǎng)期困擾該行業(yè)的難題。
以氮化鎵為代表的第三代半導(dǎo)體III-V族寬帶隙化合物半導(dǎo)體材料，內(nèi)、外量子效率高，具有高發(fā)光效率、高熱導(dǎo)率、耐高溫、抗輻射、耐酸堿、高強(qiáng)度和高硬度等特性，是目前世界上最先進(jìn)的半導(dǎo)體材料。其中以GaN材料為基材的藍(lán)光發(fā)光二極管，已成為當(dāng)今光電子領(lǐng)域內(nèi)研究的前沿和熱點(diǎn)。藍(lán)光發(fā)光二極管具有體積小、冷光源、響應(yīng)時(shí)間短(快速響應(yīng))、發(fā)光效率高、防爆和可靠、壽命長(zhǎng)、低壓、省電、節(jié)能等諸多優(yōu)點(diǎn)。
然而，由于用來(lái)制造氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的晶片一般是在藍(lán)寶石(Al2O3)作襯底材料上外延生長(zhǎng)所得到的，并且因藍(lán)寶石是質(zhì)地堅(jiān)硬和絕緣的，這將導(dǎo)致氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制作工藝不能采用普通發(fā)光二極管芯片的制作工藝。
在現(xiàn)有的氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制作工藝中，在刻蝕出n臺(tái)面后，一般先退回到p臺(tái)面，進(jìn)行超薄透明電極的制作；接著，又重新進(jìn)入到n臺(tái)面，進(jìn)行n電極的制作；然后，再退回到p臺(tái)面上，在超薄透明電極的上面制作焊盤。n臺(tái)面、p臺(tái)面電極的制作多次交替進(jìn)行，直接影響在芯片制作過(guò)程中的定位精度和重復(fù)定位精度，使生產(chǎn)效率降低，成品率下降。
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種高效的氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法及其芯片的結(jié)構(gòu)，以提高所述的藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的生產(chǎn)效率和芯片的成品率。
通常發(fā)光二極管的整體制作工藝過(guò)程細(xì)分為上游(即發(fā)光晶體外延片的制備)、中游(即芯片的制作)和下游(即芯片的封裝)三個(gè)階段。本發(fā)明的方法涉及其中游階段，即氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制作。氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制作，是通過(guò)一系列的工藝過(guò)程，將其在上游生產(chǎn)中所制備得到的外延片分割成單個(gè)的管芯(芯片)。
本發(fā)明涉及的氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法，采取如下步驟a、檢測(cè)氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光晶體外延片，進(jìn)行p型層活化，形成低電阻率的p型導(dǎo)電體；b、依次進(jìn)行隔離光刻、隔離干法刻蝕、n電極刻蝕光刻及n電極區(qū)干法刻蝕，形成n臺(tái)面；c、在所述的n臺(tái)面區(qū)，依次進(jìn)行n電極蒸鍍光刻、n電極蒸鍍及n電極合金，在n型層上形成n電極；d、轉(zhuǎn)入p型層區(qū)，依次進(jìn)行p電極蒸鍍光刻、p電極蒸鍍、p電極合金、焊盤蒸鍍光刻、焊盤蒸鍍以及焊盤合金，在p型層上形成p電極；e、然后將襯底減薄，劃片，崩片，分管芯。
以下結(jié)合本發(fā)明的管芯結(jié)構(gòu)圖進(jìn)一步描述。

圖1為氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，所述的管芯由藍(lán)寶石襯底1、緩沖層2、n型GaN化合物半導(dǎo)體層3、有源層4、p型GaN化物半導(dǎo)體層5、p電極6和n電極7所構(gòu)成的。
其制造工藝如上文所述，以下就其主要的工藝過(guò)程詳細(xì)說(shuō)明。
①P型層的活化由于在對(duì)GaN材料進(jìn)行p型摻雜的過(guò)程中H也被帶入材料，形成了受主-H復(fù)合體，并沒(méi)有給出空穴，即p型導(dǎo)電載流子的濃度較低。針對(duì)這一情況，我們采用氮?dú)?N2)氣氛和在450℃左右的溫度條件下，使p型摻雜劑充分電離，受主-H復(fù)合體分解，中性H原子將遷移到GaN中別的間隙位置或材料表面，還可形成H2分子逸出固體。受主中心被激活后將以激發(fā)的方式向價(jià)帶提供空穴，形成p型導(dǎo)電體。從而提高了GaN材料p型導(dǎo)電載流子(空穴)的濃度，形成低電阻率的p型導(dǎo)電體，達(dá)到制作高亮度LED的要求。
②光刻技術(shù)光刻的目的就是要形成刻蝕或蒸鍍掩膜，要求保證圖形清晰、具有高的分辨率和高精度，其難點(diǎn)在于光刻膠的涂附和曝光，本專利選用AZ1300膠作為光刻膠(抗蝕劑)，在Hg燈紫外光照射的條件下進(jìn)行曝光，選用磷酸鈉(Na3PO4)和去離子水按1∶3配比構(gòu)成的顯影液顯影40s左右；這樣，所得結(jié)果能夠達(dá)到±0.1μm的精度。
③刻蝕方法采用電感耦合等離子體刻蝕法(ICP)，采用的氣體是以氯氣(Cl2)為主、由氯氣(Cl2)、甲烷(CH4)、氬氣(Ar)組成的混合氣體，符合GaN晶體本身物理性質(zhì)的特點(diǎn)。在刻蝕過(guò)程中，要控制好壓力、氣體流量、功率、溫度等這些影響刻蝕速度的重要因素，以便能夠?qū)涛g的速度和深度進(jìn)行精確控制，防止過(guò)蝕和欠蝕，這是刻蝕工藝的關(guān)鍵。本方法所涉及的刻蝕工藝選用的刻蝕條件為
氣體流量200sccm，壓強(qiáng)50mTorr，功率1800W，所對(duì)應(yīng)的刻蝕速率為400～780nm/min，其典型速率為520nm/min。
④電極制作包括在p型GaN化合物半導(dǎo)體層上形成p電極和在n型GaN化合物半導(dǎo)體層上形成n電極，其過(guò)程包括蒸鍍和金屬剝離。在GaN化合物半導(dǎo)體上刻蝕出p臺(tái)面和n臺(tái)面后，在500℃左右的溫度條件下，分別蒸鍍鈦(Ti)和鋁(Al)，再合金形成n型電極并進(jìn)行金屬剝離，其最終厚度應(yīng)保證在50埃以上，優(yōu)選為0.01～5μm之間；在600℃左右的溫度條件下，分別蒸鍍鉑(Pt)、鎳(Ni)和金(Au)，然后合金形成p型電極，其厚度優(yōu)選為0.005～0.2μm之間，最好能夠控制在0.01～0.2μm的范圍內(nèi)，再進(jìn)行金屬剝離，用此方法形成的電極，透光率大于70％；并且，接觸電阻較小，同時(shí)又能夠承受足夠大的電流。
本發(fā)明與現(xiàn)有制作工藝比較優(yōu)點(diǎn)如下本發(fā)明方法提出了氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的一種高效制造方法，改變了現(xiàn)有制作工藝的流程，在刻蝕出n臺(tái)面后，就先在其上制作出n電極；然后，再退回到p臺(tái)面，進(jìn)行超薄透明電極以及位于其上并與之具有歐姆接觸的焊盤的制作。電極與半導(dǎo)體層連接牢固可靠，接觸電阻較小，形成的電極透光率較好，芯片發(fā)光效率高，芯片性能穩(wěn)定，長(zhǎng)期工作不劣化。
避免了在n臺(tái)面、p臺(tái)面上電極多次交替定位制作的煩瑣，使得在芯片制作過(guò)程中的定位精度和重復(fù)定位精度大大提高，芯片的生產(chǎn)效率和成品率進(jìn)一步提高。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵(GaN)基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于采取如下步驟a、檢測(cè)氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光晶體外延片，進(jìn)行p型層活化，形成低電阻率的p型導(dǎo)電體；b、依次進(jìn)行隔離光刻、隔離干法刻蝕、n電極刻蝕光刻及n電極區(qū)干法刻蝕，形成n臺(tái)面；c、在所述的n臺(tái)面區(qū)，依次進(jìn)行n電極蒸鍍光刻、n電極蒸鍍及n電極合金，在n型層上形成n電極；d、轉(zhuǎn)入p型層區(qū)，依次進(jìn)行p電極蒸鍍光刻、p電極蒸鍍、p電極合金、焊盤(p壓焊點(diǎn))蒸鍍光刻、焊盤蒸鍍以及焊盤合金，在p型層上形成p電極；e、然后將襯底減薄，劃片，崩片，分管芯。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述的氮化鎵晶體外延片p型層活化在氮?dú)?N2)氣氛和450℃左右的溫度條件下進(jìn)行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述的刻蝕工藝采用電感耦合等離子體刻蝕法(ICP)，其刻蝕條件是，采用以氯氣(Cl2)為主、由氯氣(Cl2)、甲烷(CH4)、氬氣(Ar)組成的混合氣體，氣體流量200sccm，壓強(qiáng)50mTorr，功率1800W，所對(duì)應(yīng)的刻蝕速率為400～780nm/min。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于在n型層上蒸鍍n電極的溫度為500℃左右，蒸鍍材料為鈦(Ti)和鋁(Al)，合金形成n電極的厚度為0.01～5μm；在p型層上蒸鍍p電極的溫度為600℃左右，蒸鍍材料為鉑(Pt)、鎳(Ni)和金(Au)，合金形成p型電極的厚度為0.005～0.2μm。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于在p型層上形成的p型電極厚度為0.01～0.2μm。。
全文摘要
一種氮化鎵基藍(lán)光發(fā)光二極管芯片的制造方法,采取如下步驟:a、檢測(cè)晶體外延片,進(jìn)行p型層活化,形成p型層;b、依次進(jìn)行隔離光刻、隔離干法刻蝕、n電極刻蝕光刻及n電極區(qū)干法刻蝕,形成n臺(tái)面;c、在n型層上形成n電極;d、在p型層上形成p電極;e、然后減薄,劃片,崩片,分管芯。其改變了現(xiàn)有制作工藝的流程,在刻蝕出n臺(tái)面后,先后在其上形成n、p電極,電極接觸電阻較小,透光率較好;避免了電極多次交替定位制作的煩瑣,定位精度和重復(fù)定位精度大大提高,生產(chǎn)效率和成品率進(jìn)一步提高。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1351383SQ0013132
公開日2002年5月29日 申請(qǐng)日期2000年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月26日
發(fā)明者吳啟保, 章裕中, 王勝國(guó), 熊建明 申請(qǐng)人:方大集團(tuán)股份有限公司