一种LED芯片及其制备方法与流程

一种led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(lightemitting diode，led)，是一种半导体组件。led被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。根据使用功能的不同，可以将其划分为信息显示、信号灯、车用灯具、液晶屏背光源、通用照明五大类。
3.目前比较常见的led芯片制作为，通过在大晶圆的衬底上整面生长外延层，然后通过光刻工艺在外延层上刻蚀出隔离槽以分割每个led芯片，随着科技的不断发展，为了达到更好的光源显示效果，led芯片逐渐趋向于微型化，但是在光刻工艺中常常因为工艺的限制而伴有侧壁损伤问题，侧壁损伤本身会导致led芯片中出现非辐射复合，极大影响在有源层内电子空穴的辐射复合效率，导致发光亮度降低。


技术实现要素：

4.针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种led芯片及其制备方法，旨在解决现有技术中通过刻蚀分割外延层制作微型led芯片，易造成外延层的侧壁损伤，导致发光亮度降低的技术问题。
5.本发明一方面在于提供一种led芯片的制备方法，所述led芯片的制备方法包括：
6.提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、隔离层；
7.按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽；
8.在所述凹槽中沉积过渡层，并在所述过渡层上生长外延层；
9.待所述外延层生长完成后，通过刻蚀液将所述隔离层全部刻蚀掉。
10.与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过本发明提供的一种led芯片的制备方法，能有效避免刻蚀外延层侧壁损伤问题，提高led芯片的发光亮度，具体为，led芯片的制备方法包括：提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、隔离层；按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽；通过凹槽结构的隔离层的设置，以利于隔离各个led芯片的生长，避免各个led芯片的外延层粘合在一起合并生长；在所述凹槽中沉积过渡层，以利于提高凹槽结构的隔离层底面和侧壁的平整性，减少晶体位错生长的，以提高后续生长的外延层的晶体质量；在所述过渡层上生长外延层；待所述外延层生长完成后，待所述外延层生长完成后，通过刻蚀液将所述隔离层全部刻蚀掉，以形成一个个隔离槽，从而形成一个个分割完好的led芯片，从而解决了刻蚀分割外延层制作微型led芯片，易造成外延层的侧壁损伤，导致发光亮度降低的技术问题。
11.根据上述技术方案的一方面，所述隔离层为二氧化硅层，所述隔离层的厚度大于所述
外延层的厚度，或所述隔离层的厚度小于所述外延层的厚度，其厚度差低于
12.根据上述技术方案的一方面，所述隔离层的生长步骤，具体包括：
13.将温度调节为230℃-350℃，压力调节为60pa-180pa，通入流量为200sccm-1000sccm的n2、50sccm-350sccm的sih4、400sccm-1500sccm的n2o，在所述缓冲层上生长隔离层。
14.根据上述技术方案的一方面，按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽的步骤，具体包括：
15.将压力调节至5mtorr-10mtorr，通入流量为120sccm-280sccm的cf4、10sccm-50sccm的ar、10sccm-50sccm的o2，将上电极射频功率设置为900w-1100w，下电极射频功率设置为400w-600w，通过预设刻蚀图案的硬掩模板，对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽。
16.根据上述技术方案的一方面，所述刻蚀液包括氢氟酸溶液、氟化铵溶液，所述氢氟酸溶液与所述氟化铵溶液的体积比为(5.5-6.5)：1。
17.根据上述技术方案的一方面，所述过渡层为n型algan层，所述过渡层的厚度为9nm-15nm。
18.根据上述技术方案的一方面，所述过渡层的al占比为0.11-0.18，所述过渡层的掺杂剂为硅烷。
19.本发明的另一方面在于提供一种led芯片，所述led芯片由上述所述的led芯片的制备方法制备，所述led芯片包括衬底，层叠于所述衬底之上的缓冲层、过渡层以及外延层。
20.根据上述技术方案的一方面，所述外延层包括n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层，所述n型半导体层为n型gan层，所述多量子阱层包括若干周期交替层叠的量子阱层和量子垒层，所述p型半导体层为p型gan层。
21.根据上述技术方案的一方面，所述n型半导体层的厚度为0.5μm-4μm，所述p型半导体的厚度为130nm-500nm。
附图说明
22.本发明的上述与/或附加的方面与优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显与容易理解，其中：
23.图1为本发明中的led芯片的制备方法的流程图；
24.图2为本发明中的led芯片的制备方法的原理图；
25.附图元器件符号说明：
26.衬底10，缓冲层20，隔离层30，凹槽31，过渡层40，外延层50。
具体实施方式
27.为使本发明的目的、特征与优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
28.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造与操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.在本发明中，除非另有明确的规定与限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的与所有的组合。
30.请参阅图1-图2，所示为本发明提供的一种led芯片的制备方法，所述led芯片的制备方法包括步骤s10-s13：
31.步骤s10，提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、隔离层；
32.其中，衬底10的材料包括蓝宝石、sic、si及zno的一种，衬底10可以为图形化衬底、平直面衬底。
33.在衬底10上生长缓冲层20，缓冲层20用于缓解衬底10与外延层50的晶格失配和热失配，减少位错的产生，其中，该缓冲层20采用溅射法制备得到，溅射法制备缓冲层20具有厚度可控性强、晶向取向度较高的优点，并且利于发光外延结构的成核生长，缓冲层20包括aln层、bn层、algan层中的一种，例如，aln层的晶向或者主要晶向为(0001)取向。
34.优选地，缓冲层20的厚度为200-280a。
35.其中，隔离层30为sio2层。
36.具体为，将温度调节为230℃-350℃，压力调节为60pa-180pa，通入流量为200sccm-1000sccm的n2、50sccm-350sccm的sih4、400sccm-1500sccm的n2o，在所述缓冲层20上生长隔离层30。
37.其中，气体流量配比决定隔离层30的硅氧含量的比重。
38.需要说明的是，由于隔离层30与外延层50的晶格结构不一致，外延层50不易在隔离层30上生长，因此可以形成间隔设置的凹槽31，以利于各个led芯片的隔离，但是，如果先生长隔离层30，再生长缓冲层20和外延层50，外延层50会在缓冲层20的作用下，沉积于隔离层30的凹槽31台面上，造成每个凹槽31内生长的外延层50合并生长，形成一面完整的外延层50，无法隔离分割。
39.因此，在缓冲层20上生长隔离层30，有利于led芯片的隔离分割，不会损伤侧壁。从而提高发光亮度。避免通过刻蚀分割制作微型led芯片，易造成侧壁损伤，导致led芯片中出现非辐射复合，发光亮度降低。
40.其次，隔离层30的厚度大于外延层50的厚度，或隔离层30的厚度小于外延层50的厚度，其厚度差低于
41.其中，隔离层30的厚度大于外延层50，能有效地避免外延层50的外延生长厚度超过隔离层30后横向生长合并在一起，造成外延层50合并成整体，无法隔离切割，为了节省材料和成本，隔离层30也可厚度小于外延层50的厚度，但是其厚度差低于以
达到较优的提升亮度的效果。当厚度差太大时，会造成外延层50超过隔离层30后横向生长合并在一起，造成外延层50合并成整体，无法隔离切割。
42.步骤s11，按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽；
43.具体为，将压力调节至5mtorr-10mtorr，通入流量为120sccm-280sccm的cf4、10sccm-50sccm的ar、10sccm-50sccm的o2，将上电极射频功率设置为900w-1100w，下电极射频功率设置为400w-600w，通过预设刻蚀图案的硬掩模板，对隔离层30进行刻蚀，直至隔离层30的刻蚀部位露出缓冲层20，以在隔离层30上刻蚀出若干间隔设置的凹槽。
44.其中，刻蚀时间为350s-1200s，隔离层30的厚度会影响刻蚀的效果，当隔离层30的厚度太厚时，从表面开始刻蚀，刻蚀到底面时，刻蚀的角度会存在偏移，所形成的侧壁存在一定的角度，影响外延层50的生长，从而影响led芯片的性能。
45.另外，凹槽31的长度和宽度与led芯片的尺寸相适应，可以根据具体的需求设计。
46.步骤s12，在所述凹槽中沉积过渡层，并在所述过渡层上生长外延层；
47.其中，过渡层40为n型algan层，过渡层40的al占比为0.11-0.18，过渡层40的掺杂剂为硅烷，以匹配缓冲层20和外延层50的晶格常数。一方面，过渡层40作为缓冲层20和外延层50中间的过渡层，缓解外延层50与缓冲层20的晶格失配；另一方面，刻蚀会造成隔离层30的底部侧壁不平整，不均匀，过渡层40用于提高隔离层30的底面和侧壁的平整性，减少晶体位错生长的，以提高外延层50的晶体质量。
48.另外，过渡层40的厚度为9nm-15nm，当厚度过薄时，过渡层40提高的平整性有限，晶体位错产生，将会降低外延层50的晶体质量；当厚度过厚时，影响载流子的迁移速率。
49.其中，外延层50包括n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层。
50.n型半导体层为n型gan层，n型半导体层的厚度为0.5μm-4μm，用于提供电子至多量子阱层与空穴辐射复合，达到led芯片的发光效应。
51.多量子阱层包括若干周期交替层叠的量子阱层和量子垒层，量子阱层为ingan层，量子垒层为gan层，周期为5。
52.p型半导体层为p型gan层，p型半导体的厚度为130nm-500nm，用于提供空穴至多量子阱层与电子辐射复合，达到led芯片的发光效应。
53.当隔离层30的高度低于外延层50的高度时，由于外延层50的特性，外延层50高于隔离层30的那部分会横向生长，因此，高度差低于时，各个led芯片的横向生长不会粘结在一块，不会影响外延层50的晶体质量。
54.步骤s13，待所述外延层生长完成后，通过刻蚀液将所述隔离层全部刻蚀掉。
55.其中，刻蚀液包括氢氟酸溶液、氟化铵溶液，氢氟酸溶液与氟化铵溶液的体积比为(5.5-6.5)：1，氢氟酸溶液中氢氟酸的浓度为49％，氟化铵溶液中氟化铵的浓度为40％，溶剂为水。
56.将led芯片置入刻蚀液中，刻蚀5min-10min，去除凹槽31结构的隔离层30，得到一个个分割完好的led芯片。
57.另外，本发明还提供的一种led芯片，该led芯片由上述的led芯片的制备方法制备。
58.其中，led芯片包括衬底，以及依次层叠于衬底上的缓冲层、过渡层以及外延层，外
延层包括n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层。
59.隔离层设于缓冲层上，刻蚀形成间隔设置的凹槽，在凹槽中，过渡层、n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层依次层叠于缓冲层上，以达到隔离分割led芯片的作用，层叠完成后，将凹槽结构的隔离层刻蚀掉，形成一个个分割完好的led芯片，避免刻蚀分割外延层制作微型led芯片，易造成外延层的侧壁损伤，导致发光亮度降低。
60.其中，n型半导体层为n型gan层，多量子阱层包括若干周期交替层叠的量子阱层和量子垒层，p型半导体层为p型gan层。n型半导体层的厚度为0.5μm-4μm，p型半导体的厚度为130nm-500nm。
61.下面以具体实施例进一步说明本发明：
62.实施例一
63.本发明的第一实施例提供了一种led芯片的制备方法，所述led芯片的制备方法包括步骤s10-s13：
64.步骤s10，提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、隔离层；
65.其中，衬底的材料包括蓝宝石、sic、si及zno的一种，衬底可以为图形化衬底、平直面衬底。
66.缓冲层包括aln层、bn层、algan层中的一种，例如，aln层的晶向或者主要晶向为(0001)取向。
67.优选地，缓冲层的厚度为200-280a。
68.其中，隔离层为sio2层。
69.具体为，将温度调节为230℃-350℃，压力调节为60pa-180pa，通入流量为200sccm-1000sccm的n2、50sccm-350sccm的sih4、400sccm-1500sccm的n2o，在所述缓冲层上生长隔离层。
70.其次，隔离层的厚度大于外延层的厚度，或隔离层的厚度小于外延层的厚度，其厚度差为
71.步骤s11，按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽；
72.具体为，将压力调节至5mtorr-10mtorr，通入流量为120sccm-280sccm的cf4、10sccm-50sccm的ar、10sccm-50sccm的o2，将上电极射频功率设置为900w-1100w，下电极射频功率设置为400w-600w，通过预设刻蚀图案的硬掩模板，对隔离层进行刻蚀，直至隔离层的刻蚀部位露出缓冲层，以在隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽。
73.其中，刻蚀时间为350s-1200s。
74.另外，凹槽的长度和宽度与led芯片的尺寸相适应，可以根据具体的需求设计。
75.步骤s12，在所述凹槽中沉积过渡层，并在所述过渡层上生长外延层；
76.其中，过渡层为n型algan层，过渡层的al占比为0.11-0.18，过渡层的掺杂剂为硅烷。
77.另外，过渡层的厚度为12nm。
78.其中，外延层包括n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层。
79.n型半导体层为n型gan层，n型半导体层的厚度为0.5μm-4μm，多量子阱层包括若干周期交替层叠的量子阱层和量子垒层，量子阱层为ingan层，量子垒层为gan层，周期为5，p
型半导体层为p型gan层，p型半导体的厚度为130nm-500nm。
80.步骤s13，待所述外延层生长完成后，通过刻蚀液将所述隔离层全部刻蚀掉。
81.其中，刻蚀液包括氢氟酸溶液、氟化铵溶液，氢氟酸溶液与氟化铵溶液的体积比为(5.5-6.5)：1，氢氟酸溶液中氢氟酸的浓度为49％，氟化铵溶液中氟化铵的浓度为40％，溶剂为水。
82.将led芯片置入刻蚀液中，刻蚀5min-10min，去除凹槽结构的隔离层，得到一个个分割完好的led芯片。
83.实施例二
84.本发明第二实施例提供的一种led芯片的制备方法，本实施例中的led芯片的制备方法与第一实施例中的led芯片的制备方法的不同之处在于：
85.隔离层厚度小于外延层的厚度，其厚度差为
86.实施例三
87.本发明第三实施例提供的一种led芯片的制备方法，本实施例中的led芯片的制备方法与第一实施例中的led芯片的制备方法的不同之处在于：
88.隔离层厚度小于外延层的厚度，其厚度差为
89.实施例四
90.本发明第四实施例提供的一种led芯片的制备方法，本实施例中的led芯片的制备方法与第一实施例中的led芯片的制备方法的不同之处在于：
91.过渡层的厚度为9nm。
92.实施例五
93.本发明第五实施例提供的一种led芯片的制备方法，本实施例中的led芯片的制备方法与第一实施例中的led芯片的制备方法的不同之处在于：
94.过渡层的厚度为15nm。
95.对比例一
96.本发明第一对比例提供的一种led芯片的制备方法，本对比例中的led芯片的制备方法与第一实施例中的led芯片的制备方法的不同之处在于：
97.传统的通过光刻工艺在外延上刻蚀出隔离槽以分割每个led芯片。
98.请参阅下表1，所示为本发明上述实施例一至实施例五及对比例一对应的参数。
99.表1
[0100][0101][0102]
需要说明的是，实施例一至实施例五及对比例一的外延片是在使用相同工艺条件
下制成的，在100ma电流下测试性能。
[0103]
结合实施例一至实施例五及对比例一的数据可知，通过在缓冲层上生长隔离层，刻蚀形成凹槽，在凹槽内生长外延层，能有效避免刻蚀外延层侧壁损伤问题，提高led芯片的发光亮度。
[0104]
结合实施例一至实施例三的数据可知，当厚度差太大时，会造成外延层超过隔离层后横向生长合并在一起，造成外延层合并成整体，无法隔离切割，当厚度差太小时，不会影响led芯片的性能，但是会降低工艺效率，提高成本。
[0105]
结合实施例一、实施例四、实施例五的数据可知，当过渡层的厚度过薄时，过渡层提高的平整性有限，晶体位错产生，将会降低外延层的晶体质量，导致led芯片的发光亮度下降；当厚度过厚时，影响载流子的迁移速率，导致led芯片的发光亮度下降。
[0106]
综上，通过在缓冲层上生长隔离层，刻蚀形成凹槽，在凹槽内生长外延层，能有效避免刻蚀外延层侧壁损伤问题，提高led芯片的发光亮度。
[0107]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0108]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体与详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形与改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

技术特征：
1.一种led芯片的制备方法，其特征在于，所述led芯片的制备方法包括：提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、隔离层；按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽；在所述凹槽中沉积过渡层，并在所述过渡层上生长外延层；待所述外延层生长完成后，通过刻蚀液将所述隔离层全部刻蚀掉。2.根据权利要求1所述的led芯片的制备方法，其特征在于，所述隔离层为sio2层，所述隔离层的厚度大于所述外延层的厚度，或所述隔离层的厚度小于所述外延层的厚度，其厚度差低于3.根据权利要求2所述的led芯片的制备方法，其特征在于，所述隔离层的生长步骤，具体包括：将温度调节为230℃-350℃，压力调节为60pa-180pa，通入流量为200sccm-1000sccm的n2、50sccm-350sccm的sih4、400sccm-1500sccm的n2o，在所述缓冲层上生长隔离层。4.根据权利要求1所述的led芯片的制备方法，其特征在于，按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽的步骤，具体包括：将压力调节至5mtorr-10mtorr，通入流量为120sccm-280sccm的cf4、10sccm-50sccm的ar、10sccm-50sccm的o2，将上电极射频功率设置为900w-1100w，下电极射频功率设置为400w-600w，通过预设刻蚀图案的硬掩模板，对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽。5.根据权利要求1所述的led芯片的制备方法，其特征在于，所述刻蚀液包括氢氟酸溶液、氟化铵溶液，所述氢氟酸溶液与所述氟化铵溶液的体积比为(5.5-6.5)：1。6.根据权利要求1所述的led芯片的制备方法，其特征在于，所述过渡层为n型algan层，所述过渡层的厚度为9nm-15nm。7.根据权利要求6所述的led芯片的制备方法，其特征在于，所述过渡层的al占比为0.11-0.18，所述过渡层的掺杂剂为硅烷。8.一种led芯片，其特征在于，所述led芯片由权利要求1-7任一项所述的led芯片的制备方法制备，所述led芯片包括衬底，层叠于所述衬底之上的缓冲层、过渡层以及外延层。9.根据权利要求8所述的led芯片，其特征在于，所述外延层包括n型半导体层、多量子阱层、p型半导体层，所述n型半导体层为n型gan层，所述多量子阱层包括若干周期交替层叠的量子阱层和量子垒层，所述p型半导体层为p型gan层。10.根据权利要求9所述的led芯片，其特征在于，所述n型半导体层的厚度为0.5μm-4μm，所述p型半导体的厚度为130nm-500nm。

技术总结
本发明公开了一种LED芯片及其制备方法，涉及半导体技术领域，该LED芯片的制备方法包括提供一衬底，并在所述衬底上依次生长缓冲层、隔离层；按照预设刻蚀图案对所述隔离层进行刻蚀，直至所述隔离层的刻蚀部位露出所述缓冲层，以在所述隔离层上刻蚀出若干间隔设置的凹槽；在所述凹槽中沉积过渡层，并在所述过渡层上生长外延层；待所述外延层生长完成后，通过刻蚀液将所述隔离层全部刻蚀掉，本发明能够解决现有技术中刻蚀分割外延层制作微型LED芯片，易造成外延层的侧壁损伤，导致发光亮度降低的技术问题。低的技术问题。低的技术问题。


技术研发人员：汪恒青 张星星 林潇雄 胡加辉 金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：2023.06.26
技术公布日：2023/9/7