本發(fā)明涉及LED芯片領(lǐng)域，具體涉及一種基于粗化外延片的LED芯片的電極色差改善方法。

背景技術(shù)：

LED(Light Emitting Diode)，發(fā)光二極管，是一種能夠?qū)㈦娔苻D(zhuǎn)化為可見光的固態(tài)的半導(dǎo)體器件，它可以直接把電轉(zhuǎn)化為光。LED燈的出現(xiàn)，相對于普通燈(白熾燈等)具有節(jié)能、壽命長、適用性好、回應(yīng)時間短、環(huán)保等優(yōu)點。

藍、綠光的LED芯片的制程中，現(xiàn)在制備LED芯片的外延片的主流的做法是在藍寶石襯底上依次沉積摻雜不同離子的GaN所形成的N型層、發(fā)光層及P型層，GaN外延片分為平片和粗片，平片與粗片是以P型層的表面為平整或粗糙來進行判定。

平片，P型層的表面平滑，出光折射率低，出光效率高，適用于高亮度LED芯片的制備。但在生產(chǎn)LED芯片的過程中，制備在GaN外延層表面的透明導(dǎo)電層、透明絕緣層等附著性不好，對GaN外延層表面的潔凈度要求嚴格，在生產(chǎn)過程中稍微有些污染就容易剝落，若前期未能及時卡住，在成品階段就會導(dǎo)致成品(如LED燈)的使用壽命下降。

粗片，P型層的表面粗糙，與透明導(dǎo)電層、透明絕緣層等的附著性好，制程穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，被封裝成燈珠后常被運用于室外顯示屏等室外環(huán)境。但在制備LED芯片的過程中，經(jīng)常會存在P、N電極之間存在較大的色差，即P電極與N電極之間的亮度差異較大，一個電極亮、一個電極暗。雖然電極之間的色差對芯片本身的光電性無明顯影響，但在封裝階段的焊線流程中，焊線機臺是通過捕捉電極來進行焊線的，電極之間存在較大色差，機臺無法識別，往往需要人工操作，極大影響了封裝效率。為此，在生產(chǎn)LED芯片的階段就需要將存在色差的芯片或整個外延片進行篩選。

影響色差的因素主要為以下三點：

1.ICP(等離子)干蝕刻的影響，ICP干蝕刻主要是將部分P型層表面蝕刻至裸露出N型層，主要采用氬離子及氯離子進行蝕刻，氬離子主要起到縱向蝕刻，氯離子主要起到橫向蝕刻，若蝕刻時參數(shù)控制不好，蝕刻至N型層后其表面與P型層的表面粗糙度差異大，則后續(xù)再制備電極之后就會出現(xiàn)色差。

2.磊晶影響，即在制備GaN外延層時，N型層與P型層的密度(硬度)差異較大，在ICP干蝕刻后表面粗糙度同樣會出現(xiàn)差異大。

3.污染影響，在進行ICP干蝕刻前晶片出現(xiàn)污染，導(dǎo)致ICP干蝕刻后N型層表面蝕刻不凈，同樣會出現(xiàn)色差。

且判定是否存在色差只能在制備出電極之后才能判斷，到時再進行重工或報廢的成本太高，且同一個作業(yè)批次的產(chǎn)品均會出現(xiàn)，到時還需要浪費人力去將其找出，損失太大。

中國實用新型專利申請?zhí)枮椋篊N201520076413.8公開了一種N電極下N型區(qū)域部分蝕刻的LED芯片，將N電極下的外延層一部分保留，一部分蝕刻，N電極大部分區(qū)域制備在保留區(qū)域，邊緣延伸至被蝕刻的N型層用于接通電流。該方案雖然有效的解決了電極色差的問題，但是，N電極只用一部分區(qū)域進行接通電流，是必會影響芯片的電性，導(dǎo)致電壓偏高。若增加N電極的面積來降低電壓，則又導(dǎo)致生產(chǎn)成本升高(電極主要材質(zhì)為金屬金)，且效果還不會理想。這種以犧牲電性的方式才改善色差，只是一種拆東墻補西墻的方式，并不是理想的方案。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為此，本發(fā)明通過一同將對應(yīng)電極位置的P型層與N型層的區(qū)域的平整化處理，有效解決后續(xù)出現(xiàn)的電極色差，且平整化處理還在一定程度上改善LED芯片的光電性。

為達到上述目的，本發(fā)明提供的一種基于粗化外延片的LED芯片的電極色差改善方法，包括如下步驟：

S1，提供一粗化GaN外延片，該GaN外延片包括：藍寶石襯底，依次層疊設(shè)置在該藍寶石襯底上的N型層、發(fā)光層及粗化P型層；

S2，在部分粗化P型層表面蝕刻至裸露出N型層；

S3，在粗化P型層與裸露出的N型層的表面制備金屬保護層，并分別在粗化P型層與N型層上裸露出供后續(xù)制備電極的讓位區(qū)域；

S4，置于堿性蝕刻液中進行蝕刻，將S3中裸露在金屬保護層外的讓位區(qū)域的GaN外延片表面蝕刻至平整；

S5，去除金屬保護層；

S6，制備透明導(dǎo)電層及P、N電極，且P、N電極分別對應(yīng)設(shè)置在讓位區(qū)域的位置上。

進一步的，所述步驟S2中，在部分粗化P型層表面蝕刻至裸露出N型層，其蝕刻方式為ICP干蝕刻。

進一步的，所述步驟S3中，具體包括如下步驟：

S3-1，分別在粗化P型層與N型層上后續(xù)制備P、N電極的區(qū)域制備一光阻掩膜層，

S3-2，在粗化P型層、N型層及光阻掩膜層的表面制備金屬保護層，

S3-3，去除光阻掩膜層及在該光阻掩膜層表面的金屬保護層，即得到裸露的讓位區(qū)域。

再進一步的，所述光阻掩膜層不做烘烤硬化處理。

再進一步的，所述金屬保護層的厚度小于光阻掩膜層厚度的三分之一。

再進一步的，所述金屬保護層為層疊的鉻層與鎳層，所述鉻層連接在GaN外延片表面與鎳層之間。

再進一步的，所述步驟S5中，去除金屬保護層的具體方式為將其置于鉻蝕刻液中進行蝕刻。

進一步的，所述步驟S4中，堿性蝕刻液為5-20mol/L的KOH溶液，其蝕刻溫度為90-120℃，蝕刻時間50-100分鐘。

進一步的，所述步驟S4中，蝕刻深度小于1μm。

進一步的，所述讓位區(qū)域的直徑比所對應(yīng)電極的直徑大1-5μm。

通過本發(fā)明提供的技術(shù)方案，具有如下有益效果：

1.將供后續(xù)制備電極的讓位區(qū)域的GaN外延片表面蝕刻至平整，使其表面粗糙度相同，在制備電極后無色差，完全消除色差異常，節(jié)省了由該色差異常產(chǎn)生的成本；且后續(xù)制備透明導(dǎo)電層與電極，該區(qū)域平整連接，電流阻力小、擴散快，光反射概率大，LED芯片的光電性也得到一定程度上的改善。

2.金屬保護層為層疊的鉻層與鎳層，所述鉻層連接在GaN外延片表面與鎳層之間。金屬鎳不容易與堿性蝕刻液(特別是KOH蝕刻液)產(chǎn)生反應(yīng)，可起到有效的保護，鉻粘附性好，可將鎳層與GaN外延片粘附牢固，且后續(xù)只要將鉻層蝕刻去除將將金屬保護層去除干凈。

3.金屬保護層的厚度小于光阻掩膜層厚度的三分之一，金屬保護層不致于將光阻掩膜層的側(cè)面完全包覆，有機清洗液可從側(cè)面對光阻掩膜層進行蝕刻去除。

4.所述讓位區(qū)域的直徑比所對應(yīng)電極的直徑大1-5μm。防止電極對偏造成單個電極形成色差。

附圖說明

圖1所示為本實施例中粗化GaN外延片的剖面示意圖；

圖2所示為本實施例中完成步驟S2所得到的剖面示意圖；

圖3(a)所示為本實施例中完成步驟S3所得到的剖面示意圖；

圖3(b)所示為圖3(a)中A區(qū)域的放大示意圖；

圖4(a)所示為本實施例中完成步驟S4所得到的剖面示意圖；

圖4(b)所示為圖4(a)中B區(qū)域的放大示意圖；

圖5所示為本實施例中完成步驟S5所得到的剖面示意圖；

圖6所示為本實施例中完成步驟S6-1所得到的剖面示意圖；

圖7所示為本實施例中完成步驟S6-2所得到的剖面示意圖；

圖8所示為本實施例中完成步驟S6-3所得到的剖面示意圖；

圖9所示為本發(fā)明提供的改善方法與現(xiàn)有技術(shù)所制備的LED芯片的電壓對比示意圖；

圖10所示為本發(fā)明提供的改善方法與現(xiàn)有技術(shù)所制備的LED芯片的亮度對比示意圖。

具體實施方式

為進一步說明各實施例，本發(fā)明提供有附圖。這些附圖為本發(fā)明揭露內(nèi)容的一部分，其主要用以說明實施例，并可配合說明書的相關(guān)描述來解釋實施例的運作原理。配合參考這些內(nèi)容，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)能理解其他可能的實施方式以及本發(fā)明的優(yōu)點。圖中的組件并未按比例繪制，而類似的組件符號通常用來表示類似的組件。

現(xiàn)結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明進一步說明。

本發(fā)明提供的一種基于粗化外延片的LED芯片的電極色差改善方法，包括如下步驟：

S1，提供一粗化GaN外延片，該GaN外延片包括：藍寶石襯底101，依次層疊設(shè)置在該藍寶石襯底101上的N型層102、發(fā)光層103及粗化P型層104；做法是在藍寶石襯底101上依次沉積摻雜不同離子的GaN所形成的N型層101、發(fā)光層103及粗化P型層104，如圖1所示。該方法是現(xiàn)有技術(shù)，是本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員早已掌握的，再次不再詳細描述。

S2，在部分粗化P型層104表面蝕刻至裸露出N型層102，如圖2所示；其具體包括如下步驟：

S2-1，在粗化P型層104的表面制備一掩膜層(未示出)，并裸露出需要時刻的區(qū)域；該掩膜層為二氧化硅層或光阻掩膜層。光阻掩膜層為正光阻液通過光刻制備而成。

S2-2，利用ICP干蝕刻將掩膜層外的區(qū)域蝕刻至裸露出N型層102，因ICP干蝕刻的縱向蝕刻性比較好，所以蝕刻至N型層102表面時，同樣具有粗糙度；

S2-3，去除掩膜層，完成本步驟，如圖2所示。

S3，在粗化P型層104與裸露出的N型層102的表面制備金屬保護層(201、202)，并分別在粗化P型層104與N型層102上裸露出供后續(xù)制備電極的讓位區(qū)域(1041、1021)，如圖3(a)、圖3(b)所示；其具體步驟如下：

S3-1，分別在粗化P型層104與N型層102上后續(xù)制備P、N電極的區(qū)域制備一光阻掩膜層(未示出)；

S3-2，在粗化P型層104、N型層102及光阻掩膜層的表面制備金屬保護層(201、202)，金屬保護層為層疊的鉻層201與鎳層202，所述鉻層201連接在GaN外延片表面與鎳層202之間。金屬鎳不容易與堿性蝕刻液(特別是KOH蝕刻液)產(chǎn)生反應(yīng)，可起到有效的保護，鉻粘附性好，可將鎳層202與GaN外延片粘附牢固，且后續(xù)只要將鉻層201蝕刻去除將金屬保護層去除干凈。

S3-3，去除光阻掩膜層及在該光阻掩膜層表面的金屬保護層，即得到裸露的讓位區(qū)域(1041、1021)，如圖3(a)、圖3(b)所示。

步驟S2、S3中，光阻掩膜層不做烘烤硬化處理，在粗化P型層104、N型層102及光阻掩膜層的表面制備金屬保護層，且該金屬保護層的厚度小于光阻掩膜層厚度的三分之一。金屬保護層不致于將光阻掩膜層的側(cè)面完全包覆，有機清洗液可從側(cè)面對光阻掩膜層進行蝕刻去除，光阻掩膜層不做烘烤硬化處理，可提高蝕刻速率。另一方面，若光阻掩膜層進行烘烤硬化處理，其整體厚度會下塌，厚度減薄，硬度增強，均會影響效果。

本步驟中，讓位區(qū)域(1041、1021)的直徑比所對應(yīng)電極的直徑大1-5μm。防止電極對偏造成單個電極形成色差。

S4，置于堿性蝕刻液中進行蝕刻，將S3中裸露在金屬保護層外的讓位區(qū)域(1041、1021)的GaN外延片表面蝕刻至平整，如圖4(a)所示；需要說明的是，蝕刻至平整的平整度并非是直線型，而是具有輕微凹凸的表面，此為GaN晶格所致，詳細如圖4(b)所示。

本步驟中，堿性蝕刻液為10mol/L的KOH溶液，其蝕刻溫度為100℃，蝕刻時間80分鐘，其蝕刻深度為0.3μm，其蝕刻后平整度好，電極無色差。在高溫狀態(tài)下，KOH溶液可緩慢蝕刻GaN，因表面具有粗糙度，其橫向蝕刻更為明顯(KOH與GaN在高溫下反應(yīng)方程式是化學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員所熟知的，只要能將GaN蝕刻即可，其產(chǎn)物不是本發(fā)明的技術(shù)點，所以在此不再詳細描述)。

因電極的高度一般為1-2μm，所以，蝕刻深度小于1μm，保證電極具有突出于GaN外延片表面的區(qū)域。在不斷試驗中，對于KOH溶液的濃度，在5mol/L以下時，無論溫度級時間如何控制，均無法將GaN外延片表面蝕刻平整；濃度在5-20mol/L時較為平穩(wěn)，在KOH溶液的濃度在20mol/L以上時，蝕刻速率大，難以管控。對于溫度，KOH溶液至少在90℃才會與GaN有較好的反應(yīng)，但處于安全考慮，溫度又不可過高，所以蝕刻溫度保持在90-120℃的安全溫度即可。在蝕刻時間上，因蝕刻較緩慢，為保證蝕刻平整，以濃度5mol/L，溫度90℃的條件下，至少需要蝕刻50分鐘，又為效率及蝕刻深度考量，蝕刻時間最好控制在50-100分鐘。

S5，去除金屬保護層(201、202)，如圖5所示；具體方式為將其置于鉻蝕刻液中進行蝕刻，只要將鉻層201蝕刻完，鎳層202自然清除干凈。其鉻蝕刻液為現(xiàn)有產(chǎn)品，是市場上早就存在的，在此就不詳細描述其成分。

S6，制備透明導(dǎo)電層30及P電極401與N電極402，且P電極401與N電極402分別對應(yīng)設(shè)置在讓位區(qū)域(1041、1021)的位置上。其具體步驟為：

S6-1，在S5得到的產(chǎn)品的粗化P型層104表面(包括粗化P型層104上的讓位區(qū)域1041)制備一ITO透明導(dǎo)電層30，如圖6所示；

S6-2，制備P電極401與N電極402，P電極401對應(yīng)P型層104上的讓位區(qū)域1041，N電極402對應(yīng)N型層102上的讓位區(qū)域1021，如圖7所示。

本步驟中，還包括步驟S6-3，在最表面制備一二氧化硅保護層50，并裸露出P電極401與N電極402，如圖8所示。

本實施例中，P型層104中，只在對應(yīng)P電極401位置的表面做平整化處理，面積小，不會影響到P型層104與ITO透明導(dǎo)電層30或二氧化硅保護層50的結(jié)合。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案，將供后續(xù)制備電極的讓位區(qū)域的GaN外延片表面蝕刻至平整，使其表面粗糙度相同，在制備電極后無色差，完全消除色差異常，節(jié)省了由該色差異常產(chǎn)生的成本；且后續(xù)制備透明導(dǎo)電層與電極，該區(qū)域平整連接，電流阻力小、擴散快，光反射概率大，LED芯片的光電性也得到一定程度上的改善。如圖9、10所示，對照組與改善組的區(qū)別在于：改善組采取本發(fā)明的方案進行改善的方案，在20mA的工作電流下，較之對照組，其電壓減小0.05V，出光亮整體增大3％。對于粗片系列的產(chǎn)品，其光電性改善相當(dāng)明顯了。

盡管結(jié)合優(yōu)選實施方案具體展示和介紹了本發(fā)明，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該明白，在不脫離所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，在形式上和細節(jié)上可以對本發(fā)明做出各種變化，均為本發(fā)明的保護范圍。