一种反极性红光LED芯片及其制作方法技术

技术编号：42393381 阅读：3 留言：0更新日期：2024-08-16 16:17

本发明专利技术涉及LED芯片技术领域，具体是涉及一种反极性红光LED芯片及其制作方法。该反极性红光LED芯片包括背面电极、Si衬底、第二键合层、第一键合层、阻挡层、Ag镜面、透明导电膜层、介质膜、注入层、P型窗口层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、正面电极、高阻结构、钝化层。本发明专利技术通过从制作工艺上进行优化，得到的反极性红光LED芯片性能稳定，可靠性好，亮度高，该制作方法工艺可控，操作方便，成本低。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及led芯片，具体是涉及一种反极性红光led芯片及其制作方法。

技术介绍

1、led（发光二极管）是半导体器件，利用电致发光效应发出多种颜色的光，具有高效率、长寿命、快速响应、低电压驱动和环保等特点，广泛应用于照明、显示、通信、传感器和医疗等领域。为了满足日益增长的市场需求，led芯片的亮度要求也是越来越高，提升led发光亮度和发光效率刻不容缓。常规反极性红光主要以常规表面粗化，及内部设置全方位反射镜结构等方面来提升led发光效率，通过设置切割道及侧壁钝化来给改善漏电，提高稳定性。而常规反极性红光led在设置全方位反射镜结构前需要蒸镀欧姆接触金属层，金属与半导体会相互扩散，影响表面平整度，不稳定，且工艺不可控，一方面影响电学接触，另一方面相互扩散，影响反射效果；另外，常规反极性红光led结构干法刻蚀切割道后侧壁外延层会存在损伤，出现漏电问题，且切割道尺寸大，影响发光区域尺寸从而影响发光效率。

2、因此，开发一种性能稳定、发光效率高的反极性红光led芯片能有效解决上述问题。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种反极性红光led芯片及其制作方法，能有效解决现有反极性红光led芯片工艺不可控、性能不稳定，发光效率低的问题。

2、本专利技术提供一种反极性红光led芯片的制作方法，包括以下步骤：

3、s1.提供一gaas衬底，依次生长n型半导体层、发光层、p型半导体层、p型窗口层，完成反极性红光led外延片生长；

<p>4、s2.在外延片p型窗口层表面，通过pecvd（等离子增强型化学气相淀积）沉积介质膜；

5、s3.利用正胶掩膜，制作出图案化对位介质膜通孔图形，然后腐蚀掉对位介质膜通孔中的介质膜材料，并去胶冲水旋干；

6、s4.利用有机溶剂清洗表面，采用离子注入方式，将掺杂剂注入到与对位介质膜通孔对应的p型窗口层表层，并形成注入层；

7、s5.通过溅射方式在表面先溅射ito薄层，接着溅射izo层,形成透明导电膜层；

8、s6.通过溅射方式在表面溅镀ag镜面，并蒸镀阻挡层；

9、s7.通过电子束蒸镀方式在表面蒸镀第一键合层；

10、s8.将准备好的si衬底，通过电子束蒸镀方式完成第二键合层的蒸镀；

11、s9.将外延片的第一键合层和si衬底的第二键合层贴在一起，通过加温加压的方式，完成两者的键合；

12、s10.将键合后的片源放入到氨水和双氧水的混合溶液内，通过化学腐蚀去除gaas衬底，露出n型半导体层；

13、s11.采用正胶工艺，形成图案化离子注入光刻层，采用离子注入工艺将高阻结构引入到n型半导体层及发光层；

14、s12.通过负胶掩膜，制作出图案化正面电极，并通过负胶剥离工艺，完成正面电极制作；

15、s13.采用正胶套刻制作切割道图形，利用干法刻蚀方式进行切割道刻蚀，刻蚀至p型窗口层，剩余p型窗口层的厚度不超过2000埃；

16、s14.采用正胶套刻制作粗化保护图形，通过湿法腐蚀的方式，进行表面粗糙化；

17、s15.将晶片进行有机清洗，通过pecvd沉积钝化层，利用正胶套刻制作钝化层图形，并通过湿法腐蚀的方式，完成钝化层图形制作；

18、s16.通过si衬底减薄、背面电极制作、激光切割、测试，完成led芯片制作。

19、本专利技术通过制作图案化对位介质膜通孔图形，使得电流能够沿着窗口层均匀分布，发光均匀；通过以介质膜图形作保护层，利用离子注入方式，将掺杂剂直接注入到通孔对应的gap窗口层表层，形成高掺杂层，不仅操作简单，还可精准控制所需注入剂量，无需高温金属不扩散，表面平整，性能稳定，且无需使用贵金属，成本更低；通过在其表面先溅射ito薄层，接着溅射izo层形成透明导电膜层，不仅折射率低，而且导电性好，通过通孔可与高掺杂层形成良好的电学接触，性能稳定；通过在ag镜面上蒸镀阻挡层，可有效阻挡键合过程中金属的相互扩散而影响ag镜面，反射效率高；采用离子注入工艺将高阻结构引入到n型半导体层及发光层，干法刻蚀切割道后不存在结构性损伤，可有效隔绝侧壁漏电问题，可靠性好，同时该结构的引入可减小切割道尺寸，提升led发光效率。

20、进一步的，上述技术方案s1中，所述p型窗口层为厚度为0.5μm-2.5μm的gap层；s2中，所述介质膜为sio2，厚度为1500±50埃。

21、进一步的，上述技术方案s3中，对位介质膜通孔截止于所述p型窗口层表面，避开待做正面电极所对应的位置并均匀分布，介质膜通孔的大小为6μm-10μm，所有介质膜通孔的总面积占整个芯片面积的1.5%-2.5%；腐蚀液为含氟溶液。

22、进一步的，上述技术方案s4中，所述注入层的厚度为500埃，所述掺杂剂为zn原子或be原子，并形成金属离子掺杂层，注入能量为20kev，剂量为3.0e17。

23、进一步的，上述技术方案s5中，所述ito薄层的厚度为20nm-50nm，所述izo层的厚度为150nm-250nm。

24、进一步的，上述技术方案s6中，所述ag镜面的厚度为5000±100埃；所述阻挡层依次包括ti/pt/ti/pt/au，厚度依次为200埃/800埃/200埃/1000埃/10000埃。本专利技术通过设置这种循环的阻挡层可有效避免in-au材料向ag镜面扩散，保持ag镜面平整。

25、进一步的，上述技术方案s7中，所述第一键合层的材料为in或au,厚度为3±0.2μm；s8中，所述第二键合层的材料依次包括ti/pt/au，厚度依次为200埃/200埃/4000埃。

26、进一步的，上述技术方案s11中，所述高阻结构为注入离子后形成的晶体结构，其中，注入离子为质子，注入后在氮气氛围中120℃退火处理15min-20min；所述高阻结构位于单个芯片的边缘并贯穿n型半导体层和发光层，宽度为25μm-28μm。

27、进一步的，上述技术方案s13中，所述切割道贯穿所述高阻结构，且宽度小于所述高阻结构的宽度，为16μm-18μm。

28、本专利技术还提供一种由上制作方法制作的反极性红光led芯片，所述反极性红光led芯片包括背面电极、si衬底、第二键合层、第一键合层、阻挡层、ag镜面、透明导电膜层、介质膜、注入层、p型窗口层、p型半导体层、发光层、n型半导体层、正面电极、高阻结构、钝化层。

29、本专利技术与现有技术相比，其有益效果有：

30、1.本专利技术通过从制作工艺上进行优化，通过采用刻蚀方式，制作图案化对位介质膜通孔图形，使得电流能够沿着窗口层均匀分布，发光更均匀；通过以介质膜图形作保护层，利用离子注入方式，将掺杂剂直接注入到通孔对应的gap窗口层表层，形成高掺杂层，不仅操作简单，还可精准控制所需注入剂量，无需蒸镀及高温处理，金属不扩散，表面平整，性能稳定，且无需使用贵金属，成本更低；通过在其表本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种反极性红光LED芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S1中，所述P型窗口层为厚度为0.5μm-2.5μm的GaP层；S2中，所述介质膜为SiO2，厚度为1500±50埃。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S3中，对位介质膜通孔截止于所述P型窗口层表面，避开待做正面电极所对应的位置并均匀分布，所述介质膜通孔的大小为6μm-10μm，所有介质膜通孔的总面积占整个芯片面积的1.5%-2.5%；腐蚀液为含氟溶液。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S4中，所述注入层的厚度为500埃，所述掺杂剂为Zn原子或Be原子，并形成金属离子掺杂层，注入能量为20keV，剂量为3.0E17。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S5中，所述ITO薄层的厚度为20nm-50nm，所述IZO层的厚度为150nm-250nm。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S6中，所述Ag镜面的厚度为5000±100埃；所述阻挡层依次包括Ti/Pt/T

7.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S7中，所述第一键合层的材料为In或Au,厚度为3±0.2μm；S8中，所述第二键合层的材料依次包括Ti/Pt/Au，厚度依次为200埃/200埃/4000埃。

8.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S11中，所述高阻结构为注入离子后形成的晶体结构，其中，注入离子为质子，注入后在氮气氛围中120℃退火处理15min-20min；所述高阻结构位于单个芯片的边缘并贯穿N型半导体层和发光层，宽度为25μm-28μm。

9.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，S13中，所述切割道贯穿所述高阻结构，且宽度小于所述高阻结构的宽度，为16μm-18μm。

10.一种如权利要求1-9任一项所述的制作方法制作的反极性红光LED芯片，其特征在于，所述反极性红光LED芯片包括背面电极、Si衬底、第二键合层、第一键合层、阻挡层、Ag镜面、透明导电膜层、介质膜、注入层、P型窗口层、P型半导体层、发光层、N型半导体层、正面电极、高阻结构、钝化层。

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【技术特征摘要】

1.一种反极性红光led芯片的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，s1中，所述p型窗口层为厚度为0.5μm-2.5μm的gap层；s2中，所述介质膜为sio2，厚度为1500±50埃。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，s3中，对位介质膜通孔截止于所述p型窗口层表面，避开待做正面电极所对应的位置并均匀分布，所述介质膜通孔的大小为6μm-10μm，所有介质膜通孔的总面积占整个芯片面积的1.5%-2.5%；腐蚀液为含氟溶液。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，s4中，所述注入层的厚度为500埃，所述掺杂剂为zn原子或be原子，并形成金属离子掺杂层，注入能量为20kev，剂量为3.0e17。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，s5中，所述ito薄层的厚度为20nm-50nm，所述izo层的厚度为150nm-250nm。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，s6中，所述ag镜面的厚度为5000±100埃；所述阻挡层依次包括ti/pt/ti/pt/au...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈宝，戴文，孙岩，谢粤平，
申请(专利权)人：南昌凯捷半导体科技有限公司，
类型：发明
国别省市：

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