專利名稱：發(fā)光二極管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明器件技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)光二極管(LED)的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體發(fā)光二極管簡稱為LED。由鎵(Ga)與砷(AS)、磷(P)的化合物制成的二 極管，當(dāng)電子與空穴復(fù)合時(shí)能輻射出可見光，因而可以用來制成發(fā)光二極管。發(fā)光二極管 (LED)作為光源以其功耗低、壽命長、可靠性高等特點(diǎn)，在日常生活中的許多領(lǐng)域得到了普 遍的認(rèn)可，在電子產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用，例如顯示器背光等。以基于寬禁帶半導(dǎo)體材料氮化稼(GaN)和銦氮化稼(InGaN)的發(fā)光二極管為代表 的近紫外線、藍(lán)綠色和藍(lán)色等短波長發(fā)光二極管在1990年代后期得到廣泛應(yīng)用，在基礎(chǔ)研 究和商業(yè)應(yīng)用上取得了很大進(jìn)步。目前普遍應(yīng)用的GaN基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)如圖1所示， 包括藍(lán)寶石襯底10，η型GaN層201和ρ型GaN層209，以及兩者中間由ρ型摻雜的AlGaN 層207、InGaN發(fā)光層205 (包括單量子胼或多量子胼)和η型摻雜的AWaN層203組成的 發(fā)光單元，此外包括透明導(dǎo)電接觸(TCO)層211，ρ型電極213和η型電極215。GaN基發(fā)光二極管的制造工藝主要采用半導(dǎo)體制造工藝，首先是外延片 (epi-wafer)的制造，然后利用多道(通常為5至6道)的掩模光刻工藝、刻蝕和金屬沉積 (metal deposition)等工藝來制造ρ型電極和η型電極。眾所周知，在半導(dǎo)體制造工藝中， 對光刻膠進(jìn)行圖形化的掩模光刻工藝的成本是比較高的，主要是掩模的制作成本?，F(xiàn)有的 GaN基發(fā)光二極管的制造要用到多步的掩模工藝，因此制造成本偏高，不利于的LED制造企 業(yè)的成本降低和市場競爭力的提升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管的制造方法，通過利用激光刻蝕工藝確定 P型電極和/或η型電極的位置和接觸層深度，能夠大大降低掩模光刻工藝的使用次數(shù)，從 而降低制造成本，提高良率。本發(fā)明提供的一種發(fā)光二極管的制造方法，包括提供襯底；在襯底表面形成η型摻雜的GaN層；在所述η型摻雜的GaN層形成發(fā)光單元；在所述發(fā)光層表面形成ρ型摻雜的GaN層；在所述ρ型摻雜的GaN層表面形成透明導(dǎo)電層；利用激光刻蝕工藝確定η型和/或ρ型電極的位置和層深；沉積金屬材料形成ρ型電極和η型電極和焊盤；將所述ρ型電極和η型電極位置以外的金屬去除?？蛇x的，所述透明導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電氧化物TC0、銦錫氧化物ΙΤ0、半透明金屬膜
3或它們的組合?？蛇x的，所述利用激光刻蝕工藝確定η型和/或P型電極的位置和層深的步驟為， 通過調(diào)整激光的功率和波長來選擇性地去除特定深度的GaN以露出GaN層的步驟。可選的，所述激光包括單束激光或多束激光?？蛇x的，所述利用激光為紫激光或藍(lán)綠激光?？蛇x的，當(dāng)利用激光刻蝕工藝確定η型電極位置和層深時(shí)，所述ρ型電極的位置通 過掩模、光刻并刻蝕所述透明導(dǎo)電層的工藝步驟確定。可選的，當(dāng)利用激光刻蝕工藝確定ρ型電極位置和層深時(shí)，所述η型電極的位置通 過掩模、光刻并刻蝕所述透明導(dǎo)電層和所述feiN層的工藝步驟確定?？蛇x的，所述沉積金屬材料形成ρ型電極和η型電極的步驟包括沉積硅基氧化物或氮化物作為保護(hù)層；利用掩模、光刻和刻蝕工藝在所述保護(hù)層上確定ρ型電極和η型電極的位置；沉積金屬?？蛇x的，將所述ρ型電極和η型電極位置以外的金屬去除的方法包括剝離 lift-off法，或超聲振動(dòng)去除法。可選的，所述刻蝕包括干法刻蝕或濕法刻蝕。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法利用激光刻蝕工藝確定ρ型電極和/或η型電 極的位置接觸層深度，然后再利用掩模、光刻、沉積等工藝形成金屬電極，最后利用剝離 (lift-off)工藝剝離電極位置以外的金屬。本發(fā)明由于采用了激光刻蝕工藝來確定電極位 置和層深，減少了多道以往工藝中利用掩模定義電極位置的掩模工藝步驟，能夠簡化制造 工藝，由于減少了掩模的設(shè)計(jì)、制作和使用，極大地降低了制造成本和提高良率。


通過附圖中所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的更具體說明，本發(fā)明的上述及其它目 的、特征和優(yōu)勢將更加清晰。在全部附圖中相同的附圖標(biāo)記指示相同的部分。并未刻意按 比例繪制附圖，重點(diǎn)在于示出本發(fā)明的主旨。圖1為GaN基發(fā)光二極管中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2至圖14為說明根據(jù)本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法實(shí)施例的器件剖面示意圖；圖15至圖21為說明根據(jù)本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法另一實(shí)施例的器件剖面示意 圖。所述示圖是說明性的，而非限制性的，在此不能過度限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖對本發(fā)明 的具體實(shí)施方式
做詳細(xì)的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細(xì)節(jié)以便于充分理解本發(fā) 明。但是本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不 違背本發(fā)明內(nèi)涵的情況下做類似推廣。因此本發(fā)明不受下面公開的具體實(shí)施例的限制。圖2至圖14為說明本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法的器件剖面示意圖。如圖所示，本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法首先提供襯底100，襯底100為藍(lán)寶石、硅或鍺。然后在利用 外延工藝在襯底100表面沉積η型摻雜的GaN層300，在η型摻雜的GaN層300表面，利用 MOCVD (金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積)工藝沉積包括η型摻雜的AWaN層、InGaN發(fā)光層 和P型摻雜的AlGaN層在內(nèi)的發(fā)光單元301，其中InGaN發(fā)光層可以是單量子胼或多量子胼 結(jié)構(gòu)。在發(fā)光單元301表面再沉積ρ型摻雜的GaN層303，如圖2所示。在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，利用外延、MOCVD等工藝形成的LED結(jié)構(gòu)還可以是其它 形式，并不局限于上述結(jié)構(gòu)。例如在襯底100和GaN層300之間還可以具有一緩沖層。然后在ρ型摻雜(透明金屬)的GaN層303表面沉積透明導(dǎo)電層304，該層可以是 透明導(dǎo)電氧化物TC0、銦錫氧化物ΙΤ0、半透明金屬膜或它們的組合，如圖3所示。在接下來的工藝步驟中，如圖3所示，本發(fā)明的方法利用激光200，通過調(diào)整激光 的波長(例如選擇紫激光或藍(lán)綠激光)和功率，選擇性地刻蝕GaN層，并刻蝕一定的深度， 露出GaN層材料，以確定η型電極和/或ρ型電極的位置。需要說明的是，本發(fā)明優(yōu)選的ρ型電極和/或η型電極的線寬主要是由激光束的 直徑所限制的，也就是說激光束的直徑?jīng)Q定了電極的線寬CD。而且，激光束可以單束激光， 也可以是多束激光，例如利用分光器獲得的多束激光，也可以是利用多個(gè)激光光源。先利用激光確定出η型電極的位置和層深，再利用掩模工藝確定P型電極的位置； 或先利用激光先確定出P型電極的位置和層深，再利用掩模工藝確定η型電極的位置；或是 利用激光同時(shí)確定出P型電極和η型電極的位置和層深，都在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。本實(shí) 施例以先利用激光確定出η型電極的位置、再利用掩模工藝確定ρ型電極的位置為例進(jìn)行 說明。本實(shí)施例中，利用激光200去除透明導(dǎo)電層304、ρ型摻雜的GaN層303、發(fā)光單元 301，并選擇性地去除η型摻雜的GaN層300至特定深度，以露出并確定出η型電極的位置 501，如圖4所示。接下來確定ρ型電極的位置，在襯底表面涂布光刻膠400，利用掩模51，對光刻膠 400進(jìn)行曝光、顯影、定影等光刻工藝，如圖5所示。顯影、定影之后，就得到了圖形化的、確 定出P型電極位置的光刻膠層401，如圖6所示。然后，如圖7所示，利用刻蝕工藝，并以光刻膠層401作為阻擋層，刻蝕露出的透明 導(dǎo)電層304，直至露出ρ型摻雜的GaN層303，從而得到了 ρ型電極的位置502?？涛g工藝可 以采用干法或濕法刻蝕。然后，去除光刻膠401，如圖8所示。隨后，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝在襯底表面沉積硅基氧化物或 氮化物層305，本實(shí)施例以氧化硅Si02層305為例。PECVD工藝能夠提高氧化硅層305的 填充率和臺(tái)階覆蓋能力，能夠均勻覆蓋在襯底和η型電極位置501處的孔的底部和側(cè)壁，如 圖9所示。在接下來的工藝步驟中，在襯底表面涂布光刻膠400，利用第二道掩模52，對光刻 膠400進(jìn)行曝光、顯影、定影等光刻工藝，如圖10所示。經(jīng)曝光、顯影、定影等光刻工藝后得 到定義了 P型電極和η型電極位置的第二個(gè)圖形化光刻膠層402，如圖11所示。然后，以圖形化光刻膠層402作為阻擋層，刻蝕露出的氧化硅層305和透明導(dǎo)電層 304，直至露出ρ型摻雜的GaN層303，和η型摻雜的GaN層300，從而確定了 ρ型電極和η 型電極的位置502和501，如圖12所示。
接著，如圖13所示，在襯底表面沉積金屬層600，例如鈦和金，其均勻覆蓋在圖形 化光刻膠層402和ρ型電極和η型電極的位置502和501的底部和側(cè)壁，沉積在502和501 的底部的金屬與P型摻雜的GaN層303，和η型摻雜的GaN層300接觸。然后，借助光刻膠層402作為剝離層，剝離(lift-off)電極位置以外的金屬600， 從而得到P型電極700和η型電極800以及其焊盤，如圖14所示。在本發(fā)明的其它實(shí)施例中，還可以采用超聲振動(dòng)的方式，以削弱金屬層600與光 刻膠表面的附著力，再以提拉等剝離的方式去除電極位置以外的金屬600，留下ρ型電極 700和η型電極800和焊盤。圖15至圖21為說明根據(jù)本發(fā)明發(fā)光二極管制造方法另一實(shí)施例的器件剖面示意 圖。如圖15所示，本實(shí)施例中，利用激光200，通過調(diào)整激光的波長(例如選擇紫激光或藍(lán) 綠激光)和功率，同時(shí)選擇性地刻蝕η型摻雜的GaN層300，刻蝕一定的深度，和ρ型摻雜的 GaN層303，也就是利用激光200同時(shí)刻蝕，確定出ρ型電極和η型電極的位置和層深，露出 feiN層材料。隨后，利用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(PECVD)工藝在襯底表面沉積硅基氧化物或 氮化物層305，本實(shí)施例以氧化硅SW2層305為例。PECVD工藝能夠提高氧化硅層305的 填充率和臺(tái)階覆蓋能力，能夠均勻覆蓋在襯底和η型電極位置501處的孔的底部和側(cè)壁，如 圖16所示。在接下來的工藝步驟中，在襯底表面涂布光刻膠400，利用一道掩模53，對光刻膠 400進(jìn)行曝光，進(jìn)行顯影、定影等光刻工藝，如圖17所示。經(jīng)曝光、顯影、定影等光刻工藝后 得到定義了 P型電極和η型電極位置的圖形化光刻膠層403，如圖18所示。然后，以圖形化光刻膠層403作為掩膜(刻蝕阻擋層)，刻蝕露出的氧化硅層305， 直至露出P型摻雜的GaN層303，和η型摻雜的GaN層300，從而確定了 ρ型電極和η型電 極的位置502和501，如圖19所示。接著，如圖20所示，在襯底表面沉積金屬層600，例如鈦和金，其均勻覆蓋在圖形 化光刻膠層402和ρ型電極和η型電極的位置502和501的底部和側(cè)壁，沉積在502和501 的底部的金屬與P型摻雜的GaN層303，和η型摻雜的GaN層300接觸。然后，去除電極位置以外的金屬600。例如用光刻膠層402作為剝離層，剝離 (lift-off)電極位置以外的金屬600，從而得到ρ型電極700和η型電極800以及其焊盤， 如圖21所示。以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制。任 何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，都可利用上述揭示的技 術(shù)內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動(dòng)和修飾，或修改為等同變化的等效實(shí)施例。 因此，凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所做的任 何簡單修改、等同變化及修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管的制造方法，包括 提供襯底；在襯底表面形成η型摻雜的GaN層；在所述η型摻雜的GaN層形成發(fā)光單元；在所述發(fā)光層表面形成P型摻雜的GaN層；在所述P型摻雜的GaN層表面形成透明導(dǎo)電層；利用激光刻蝕工藝確定η型和/或ρ型電極的位置和層深；沉積金屬材料形成P型電極和η型電極和焊盤；將所述P型電極和η型電極位置以外的金屬去除。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述透明導(dǎo)電層為透明導(dǎo)電氧化物TC0、 銦錫氧化物ΙΤ0、半透明金屬膜或它們的組合。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述利用激光刻蝕工藝確定η型和/或 P型電極的位置和層深的步驟為，通過調(diào)整激光的功率和波長來選擇性地去除特定深度的 GaN以露出GaN層的步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于所述激光包括單束激光或多束激光。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于所述利用激光為紫激光或藍(lán)綠激光。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)利用激光刻蝕工藝確定η型電極位置 和層深時(shí)，所述P型電極的位置通過掩模、光刻并刻蝕所述透明導(dǎo)電層的工藝步驟確定。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述沉積金屬材料形成P型電極和η型 電極的步驟包括沉積硅基氧化物或氮化物作為保護(hù)層；利用掩模、光刻和刻蝕工藝在所述保護(hù)層上確定P型電極和η型電極的位置； 沉積金屬。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于將所述ρ型電極和η型電極位置以外的 金屬去除的方法包括剝離lift-off法，或超聲振動(dòng)去除法。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于所述刻蝕包括干法刻蝕或濕法刻蝕。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于當(dāng)利用激光刻蝕工藝確定ρ型電極位置 和層深時(shí)，所述η型電極的位置通過掩模、光刻并刻蝕所述透明導(dǎo)電層和所述GaN層的工藝 步驟確定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管的制造方法，包括提供襯底；在襯底表面形成n型摻雜的GaN層；在所述n型摻雜的GaN層形成發(fā)光單元；在所述發(fā)光層表面形成p型摻雜的GaN層；在所述p型摻雜的GaN層表面形成透明導(dǎo)電層；利用激光刻蝕工藝確定n型和/或p型電極的位置和接觸層深度；沉積金屬材料形成p型電極和n型電極和焊盤；將所述p型電極和n型電極位置以外的金屬去除。本發(fā)明的發(fā)光二極管的制造方法通過利用激光刻蝕工藝確定p型電極和/或n型電極的位置和層深，能夠大大降低掩模光刻工藝的使用次數(shù)，從而降低制造成本，提高良率。
文檔編號B23K26/36GK102122686SQ20111000860
公開日2011年7月13日 申請日期2011年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月17日
發(fā)明者林朝暉 申請人:泉州市金太陽電子科技有限公司