一種led芯片制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LED芯片制作方法，所述方法包括以下步驟：S1、提供一襯底，依次在襯底上生長N型半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層，形成LED外延結(jié)構(gòu)；S2、對LED外延結(jié)構(gòu)在700～900℃溫度下進(jìn)行高溫退火；S3、在退火后的LED外延結(jié)構(gòu)上生長接觸層；S4、在接觸層和P型半導(dǎo)體層上分別制作P電極和N電極。本發(fā)明通過在P型半導(dǎo)體層和接觸層中間引入一步爐內(nèi)高溫退火的步驟，可以有效的降低LED芯片的電壓，同時獲得較高的P-GaN活化效率，提高芯片的亮度。
【專利說明】一種LED芯片制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種LED芯片制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light-Emitting Diode,LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。這種電子元件早在1962年出現(xiàn)，早期只能發(fā)出低光度的紅光，之后發(fā)展出其他單色光的版本，時至今日能發(fā)出的光已遍及可見光、紅外線及紫外線，光度也提高到相當(dāng)?shù)墓舛?。而用途也由初時作為指示燈、顯示板等；隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，發(fā)光二極管已被廣泛的應(yīng)用于顯示器、電視機(jī)采光裝飾和照明。
[0003]傳統(tǒng)的外延結(jié)構(gòu)中使用的P型化雜質(zhì)，在摻雜過程中會和H原子結(jié)合被鈍化在一起形成一種非活性的絡(luò)合物以及缺陷的存在，得到的都是P型的高阻材料。這時候都需要進(jìn)行退火處理來使得Mg-H鍵斷裂，來激活已經(jīng)失去活性的Mg，得到有效的P型薄膜材料。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)一般是通過爐外低溫退火或者高溫退火來得到斷開Mg-H鍵，獲得活性較高的低阻抗的P型薄膜，一般的退火溫度有:小于等于350°c、50(rc、90(rc、100(rc以上幾種，退火時間有I?3h、10?30min、10?30s，不同的溫度和時間的退火對金屬和GaN接觸會產(chǎn)生完全不同的影響。有些可以提高薄膜的晶體質(zhì)量和材料光電性能，降低GaN和金屬的比接觸電阻，有些則會使得效果完全不同。
[0005]典型的退火分為高溫退火和低溫退火，最早采用爐外退火的溫度在500?600°C之間，時間在10?30min，之后采用的退火工藝溫度約在650?700°C之間，時間在10?20min，這都比較浪費時間，同時出現(xiàn)的問題有，對p-GaN的活化不夠，空穴濃度不夠，導(dǎo)致芯片亮度較低；而高溫爐外退火(700?900°C Wtp-GaN的活化要比低溫退火(<700°C )好，但是高溫退火可能會破壞接觸層的InGaN結(jié)構(gòu)，使得做出來的芯片ITO工藝后電壓較高。
[0006]因此，針對上述技術(shù)問題，有必要提供一種新的LED芯片制作方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種LED芯片制作方法，有效達(dá)到降低電壓、提高亮度的作用。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案如下:
[0009]一種LED芯片制作方法，所述方法包括以下步驟:
[0010]S1、提供一襯底，依次在襯底上生長N型半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層,形成LED外延結(jié)構(gòu)；
[0011]S2、對LED外延結(jié)構(gòu)在700?900°C溫度下進(jìn)行高溫退火；
[0012]S3、在退火后的LED外延結(jié)構(gòu)上生長接觸層；
[0013]S4、在接觸層和P型半導(dǎo)體層上分別制作P電極和N電極。
[0014]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟SI中還包括:
[0015]在襯底上生長緩沖層。[0016]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述N型半導(dǎo)體層為N-GaN層，P型半導(dǎo)體層為P-GaN層，多量子講發(fā)光層為GaN發(fā)光層或InGaN發(fā)光層。
[0017]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述襯底材料為藍(lán)寶石、S1、SiC、GaN、或ZnO。
[0018]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2中退火條件為:
[0019]溫度700?900°C，反應(yīng)室壓力200?300torr，反應(yīng)氣體氛圍:氮氣50?100L/min、氨氣 30 ?70L/mino
[0020]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述步驟S2中退火時間小于或等于lOmin。
[0021]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述接觸層為InGaN接觸層。
[0022]作為本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)，所述InGaN接觸層的生長條件為:
[0023]三乙基嫁100?200sccm,三甲基鋼300?500sccm,娃燒濃度35?45ppm,生長溫度650?720°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速500?700rpm。
[0024]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0025]本發(fā)明LED芯片制作方法通過在P型半導(dǎo)體層和接觸層中間弓I入一步爐內(nèi)高溫退火的步驟，可以有效的降低LED芯片的電壓，同時獲得較高的P-GaN活化效率，提高芯片的亮度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明中記載的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0027]圖1為本發(fā)明LED芯片制作方法的工藝流程圖；
[0028]圖2a、2b、2c為本發(fā)明一具體實施例中LED芯片制作方法的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為了使本【技術(shù)領(lǐng)域】的人員更好地理解本發(fā)明中的技術(shù)方案，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都應(yīng)當(dāng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030]參圖1所示，本發(fā)明的一種LED芯片制作方法包括以下步驟:
[0031]S1、提供一襯底，依次在襯底上生長N型半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層,形成LED外延結(jié)構(gòu)；
[0032]S2、對LED外延結(jié)構(gòu)在700?900°C溫度下進(jìn)行高溫退火；
[0033]S3、在退火后的LED外延結(jié)構(gòu)上生長接觸層；
[0034]S4、在接觸層和P型半導(dǎo)體層上分別制作P電極和N電極。
[0035]以下結(jié)合具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0036]S1、提供一襯底，依次在襯底上生長N型半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層，形成LED外延片。[0037]參圖2a所示，提供一襯底10，襯底10可以是藍(lán)寶石、S1、SiC、GaN、ZnO等襯底，在MOVCD外延爐內(nèi)依次在襯底上生長N型半導(dǎo)體層30、多量子阱發(fā)光層40和P型半導(dǎo)體層50，形成LED外延結(jié)構(gòu)。本實施例中，N型半導(dǎo)體層30為N-GaN層，P型半導(dǎo)體層50為P-GaN層，多量子講發(fā)光層40為GaN發(fā)光層或InGaN發(fā)光層。
[0038]由于襯底10與N型半導(dǎo)體層30失配非常大，因此，優(yōu)選地在襯底表面先生長一層緩沖層20。
[0039]具體工藝如下:
[0040](I)抽真空:在開始外延生長之前，MOV⑶外延爐要進(jìn)行抽真空，可使外延生長均
勻、單一。
[0041](2)通氣:M0V⑶外延爐抽真空后，向其反應(yīng)室中通入氫氣和氮氣。
[0042](3)壓力溫度控制:然后MOV⑶外延爐開始加熱升溫，溫度至500°C左右開始通入一定量的NH3，通常MOCVD外延爐的反應(yīng)室壓力為100-400Torr，襯底溫度為500~1200°C。
[0043](4)外延生長
[0044]①.生長緩沖層:在一定溫度(550°C)及壓力下，通入高流速的氫氣和氮氣的混合氣體，用N2保護(hù)、H2作載體，使三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)和氨氣反應(yīng)生成GaN層，GaN緩沖層便在藍(lán)寶石襯底片上生長，生長時間約30min。
[0045]②.生長N-GaN層:在GaN緩沖層表面生長一層約2 μ m厚的N型GaN，此層主要為有源層，提供輻射復(fù)合電子。爐溫1030°C左右，用N2保護(hù)、H2作載體，使三甲基鎵、氨氣、硅烷(用于摻雜)反應(yīng)生成GaN的N電極層，生長時間約60min。
[0046]③.生長多量子阱發(fā)光層:生長有源區(qū)(MQW)，是主要的發(fā)光層，光強(qiáng)和波長主要由此層決定。爐溫降低至750°〇，用N2保護(hù)、H2作載體，使三甲基鎵、三甲基銦、氨氣反應(yīng)生成InGaN層，生長時間約4.5h。
[0047]④.生長P-GaN層:生長一層P型GaN，為有源區(qū)提供空穴。爐溫稍降至950°C，用N2保護(hù)、H2作載體，使三甲基鎵、二茂鎂(用于摻雜)、氨氣反應(yīng)生成GaN的P電極層，厚度約200nm，生長時間約0.6h。
[0048]整個MOCVD反應(yīng)過程在富N2的環(huán)境下進(jìn)行，保證金屬有機(jī)源完全反應(yīng)。
[0049]S2、對LED外延片在700~900°C溫度下進(jìn)行高溫退火。
[0050]退火條件為:
[0051]MOVCD外延爐內(nèi)溫度700~900°C，反應(yīng)室壓力200~300torr，反應(yīng)氣體氛圍:氮氣50~100L/min、氨氣30~70L/min,退火時間小于或等于IOmin,退火過程中不通任何反應(yīng)的MO源。
[0052]S3、在退火后的LED外延結(jié)構(gòu)上生長接觸層。
[0053]參圖2b所示，接觸層60為InGaN接觸層，InGaN接觸層的生長條件為:
[0054]三乙基鎵(TEGa) 100~200sccm，三甲基銦(TMIn) 300~500sccm，硅烷濃度35~45ppm,生長溫度650~720°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速500~700rpm。
[0055]高溫退火在實現(xiàn)爐內(nèi)高溫對P型活化的同時，不破壞接觸層的InGaN結(jié)構(gòu)，能夠達(dá)到降低電壓、提高亮度的作用。
[0056]S4、在接觸層和P型半導(dǎo)體層上分別制作P電極和N電極。
[0057]參圖2c所示，在生長完接觸層60后，按正常芯片工藝制作P電極71和N電極72，最后得到LED芯片。
[0058]具體地，將生長完的GaN外延片制作成一定尺寸的芯片進(jìn)行光電性能測試，與之前在生長完接觸層后進(jìn)行低溫或高溫退火的外延片制作的相同的芯片進(jìn)行比較，采用本發(fā)明制作得到的LED芯片(9*26mil芯片)電壓從2.99V降低到2.98V，而亮度從27mw提升到27.3mw?？梢园l(fā)現(xiàn)本發(fā)明的LED芯片制作方法能夠達(dá)到降低電壓、提高亮度的作用。
[0059]由以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明LED芯片制作方法通過在P型半導(dǎo)體層和接觸層中間引入一步爐內(nèi)高溫退火的步驟，可以有效的降低LED芯片的電壓，同時獲得較高的P-GaN活化效率，提高芯片的亮度。
[0060]對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，顯然本發(fā)明不限于上述示范性實施例的細(xì)節(jié)，而且在不背離本發(fā)明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現(xiàn)本發(fā)明。因此，無論從哪一點來看，均應(yīng)將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本發(fā)明的范圍由所附權(quán)利要求而不是上述說明限定，因此旨在將落在權(quán)利要求的等同要件的含義和范圍內(nèi)的所有變化囊括在本發(fā)明內(nèi)。不應(yīng)將權(quán)利要求中的任何附圖標(biāo)記視為限制所涉及的權(quán)利要求。
[0061]此外，應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書按照實施方式加以描述，但并非每個實施方式僅包含一個獨立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個整體，各實施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實施方式。
【權(quán)利要求】
1.一種LED芯片制作方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: S1、提供一襯底，依次在襯底上生長N型半導(dǎo)體層、多量子阱發(fā)光層和P型半導(dǎo)體層，形成LED外延結(jié)構(gòu)； S2、對LED外延結(jié)構(gòu)在700?900°C溫度下進(jìn)行高溫退火； S3、在退火后的LED外延結(jié)構(gòu)上生長接觸層； S4、在接觸層和P型半導(dǎo)體層上分別制作P電極和N電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟SI中還包括:在襯底上生長緩沖層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述N型半導(dǎo)體層為N-GaN層，P型半導(dǎo)體層為P-GaN層，多量子講發(fā)光層為GaN發(fā)光層或InGaN發(fā)光層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述襯底材料為藍(lán)寶石、S1、SiC,GaN、或ZnO0
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中退火條件為: 溫度700?900°C，反應(yīng)室壓力200?300torr，反應(yīng)氣體氛圍:氮氣50?100L/min、氨氣 30 ?70L/min。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述步驟S2中退火時間小于或等于10min.
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述接觸層為InGaN接觸層。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述InGaN接觸層的生長條件為: 三乙基鎵100?200sccm,三甲基銦300?500sccm,娃燒濃度35?45ppm,生長溫度650 ?720°C，馬達(dá)轉(zhuǎn)速 500 ?700rpm。
【文檔編號】H01L21/324GK103872192SQ201410082788
【公開日】2014年6月18日 申請日期:2014年3月7日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月7日
【發(fā)明者】湯樂, 劉慰華, 陳偉 申請人:聚燦光電科技(蘇州)有限公司