一種帶ito薄膜結構的led芯片及其制備方法
【專利摘要】本發明公開了一種帶ITO薄膜結構的LED芯片及其制備方法，屬于半導體發光二極管領域，該方法是先制成發光二極管的外延片，然后在外延片上制作出圖案化的介質膜層，經過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展電極。本發明采用圖案化的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，擴展電極連接在ITO薄膜層上。本發明提高了整個金屬電極層的附著性，確保發光器件工作電壓穩定，提高產品的焊線可靠性，極大地提升了產品的質量和良率。
【專利說明】
一種帶ITO薄膜結構的LED芯片及其制備方法
技術領域
[0001]本發明涉及半導體發光二極管領域，尤其是涉及一種帶ITO薄膜結構的LED芯片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]具有高光效、低能耗、長壽命、高安全性、高環保等優勢，是一種有廣闊應用前景的照明方式，受到越來越多國家的重視。目前LED已廣泛應用于高效固態照明領域中，如顯示屏、汽車用燈、背光源、交通信號燈、景觀照明等。
[0003]如圖1所示，常規AlGaInP發光二極管包含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直接設置在P-GaP窗口層105上，GaAs襯底100背面設置有背電極層201。由于常規AlGaInP發光二極管的出光層為GaP窗口層105，同時GaP層也起著歐姆接觸層和電流擴展的重要作用，這就會使電流容易集中從與電極接觸的正下方區域流過，即電極正下方區域的電流密度增加，卻不能使電流得到充分的擴展，從而降低了 LED的發光效率。ΙΤ0(摻錫氧化銦，IndiumTinOxide，一般簡稱為ΙΤ0)薄膜相比GaP層具有良好的橫向電流擴展性，同時具有透過率高、導電性好、耐磨損、耐腐蝕等優點，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。在實際應用中，先是在GaP層上面生長一層ITO薄膜層，然后再沉積作為焊盤材料使用的金屬電極層，但在對焊盤的焊線測試中發現，很容易出現ITO薄膜層脫落、金屬電極層脫落的異常現象，這會導致金屬電極層的焊盤性能、AlGaInP基芯片的使用可靠性受到嚴重影響。
【發明內容】
[0004]本發明的第一個目的在于提供一種焊線可靠性高、便于生產、發光效率高的帶ITO薄膜結構的LED芯片。
[0005]本發明的第二個目的在于提供一種帶ITO薄膜結構的LED芯片的制備方法。
[0006]本發明的第一個目的是這樣實現的:
一種帶ITO薄膜結構的LED芯片，包括GaAs襯底，在GaAs襯底的上面依次設有緩沖層、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薄膜層上設有金屬電極層;金屬電極層包括主電極和擴展電極，主電極連接在P-GaP窗口層上，擴展電極連接在ITO薄膜層上。
[0007]主電極為圓形，直徑90μηι，擴展電極為矩形，長度為20μηι，寬度為ΙΟμπι，材料為Cr/Au，厚度 50/2500nmo
[0008]本發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試時造成ITO薄膜層脫落，并且由于擴展電極連接在ITO薄膜層上，這樣既起到了降低接觸電壓的作用，同時又對主電極起到了防護作用，提高了整個金屬電極層的附著性和完整性，確保了產品的工作電壓穩定，提高了產品的焊線可靠性。
[0009]本發明的第二個目的是這樣實現的:
一種帶ITO薄膜結構的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生長一層介質膜，采用光刻和濕法蝕刻方式在介質膜上制作出圖案化的介質膜層，利用ITO和GaP腐蝕液對沒有介質膜層保護的ITO和GaP層區域進行腐蝕，利用介質膜腐蝕液將介質膜層去除；
(4)、在圖案化的接觸層上制作金屬電極層:采用負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薄膜結構的LED芯片。
[0010]在步驟(3)中，PECVD制作的介質膜層由絕緣材料Si02或SiNxOy中的一種或多種組合制成，其中x>0，0〈y〈2，獲得穩定圖案化的臨時膜層，避免ITO和GaP腐蝕溶液影響，從而制作出設計的圖案化的接觸層。
[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域臺階差異大，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，或為Cr、Pt、T1、Al、Au中任意兩種材料的合金。
[0013]本發明先采用光刻和濕法蝕刻方式制作出圖案化的介質膜層，進而對沒有介質膜層保護的ITO薄膜層和GaP層進行可控深度的蝕刻;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試時造成ITO薄膜層脫落，并且由于擴展電極連接在ITO薄膜層上，這樣既起到了降低接觸電壓的作用，同時又對主電極起到了防護作用，提高了整個金屬電極層的附著性和完整性，確保了產品的工作電壓穩定，提高了產品的焊線可靠性，極大地提升了產品的質量和良率。
【附圖說明】
[0014]圖1為現有的常規AlGaInP發光二極管的結構示意圖；
圖2為本發明的結構示意圖；
圖3為本發明發光二極管外延片的制作過程截面示意圖；
圖4為本發明ITO薄膜層和介質膜層的制作過程截面示意圖；
圖5為本發明接觸層的制作過程截面示意圖；
圖6為本發明金屬電極層的制作過程截面示意圖。
【具體實施方式】
[0015]下面結合實施例并對照附圖對本發明作進一步詳細說明。
[0016]—種帶ITO薄膜結構的LED芯片，包括GaAs襯底100，在GaAs襯底100的上面依次設有緩沖層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上設有ITO薄膜層106，在ITO薄膜層106上設有金屬電極層109，在GaAs襯底100的下面制作背電極201;金屬電極層109包括主電極和擴展電極，主電極連接在P-GaP窗口層105上，擴展電極連接在ITO薄膜層106上。
[00?7 ] —種帶ITO薄膜結構的LED芯片的制備方法，具體步驟如下
1、制備發光二極管外延片:如圖3所示，在GaAs襯底100的上采面用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)依次外延生長緩沖層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選500±50埃，摻雜濃度優選5X1019cm-3以上；
2、如圖4所示，在p-GaP窗口層105上采用蒸發鍍膜方法蒸鍍ITO薄膜層106，ITO薄膜層106優選厚度為3000 土 200埃；
3、如圖4所示，在ITO薄膜層106上采用PECVD生長介質膜層107，介質膜層107優選厚度為2000±100埃，介質膜層107由Si02制成；
4、如圖4所示，在介質膜層107上采用光刻和蝕刻制作圖案化的介質膜層；
5、如圖5所示，在圖案化的介質膜層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展電極的金屬電極層109，主電極為圓開5，直徑90μηι，擴展電極為矩形，長度為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的氮氣氛圍中進行熔合，以獲得背電極201和GaAs襯底100形成良好的歐姆接觸，同時進一步增強了金屬電極層109與圖案化的接觸層108附著性。
【主權項】
1.一種帶ITO薄膜結構的LED芯片，包括GaAs襯底，在GaAs襯底的上面依次設有緩沖層、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薄膜層上設有金屬電極層;金屬電極層包括主電極和擴展電極，主電極連接在P-GaP窗口層上，擴展電極連接在ITO薄膜層上。2.根據權利要求1所述的帶ITO薄膜結構的LED芯片，其特征在于:主電極為圓形，直徑90μηι，擴展電極為矩形，長度為20μηι，寬度為ΙΟμπι，材料為0/^11，厚度50/2500]11]1。3.一種帶ITO薄膜結構的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生長一層介質膜，采用光刻和濕法蝕刻方式在介質膜上制作出圖案化的介質膜層，利用ITO和GaP腐蝕液對沒有介質膜層保護的ITO和GaP層進行腐蝕，利用介質膜腐蝕液將介質膜層去除； (4)、在圖案化的接觸層上制作金屬電極層:采用負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薄膜結構的LED芯片。4.根據權利要求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.根據權利要求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.根據權利要求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，或為0、？1:、11、41、411中任意兩種材料的合金。
【文檔編號】H01L33/00GK105895771SQ201610410954
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年6月13日
【發明人】張銀橋, 潘彬
【申請人】南昌凱迅光電有限公司