[发明专利]一种孔内无氧干法刻蚀降低3D通孔超结构LED芯片电压的方法

说明书

本发明公开一种孔内无氧干法刻蚀降低3D通孔超结构LED芯片电压的方法，包括在外延衬底上制备n型掺杂GaN层，InGaN/GaN多量子阱层，p型掺杂GaN层。在LED外延片表面制备纳米Ag基反射镜、反射镜保护层、N MESA开孔、绝缘层，再开出n‑pad圆孔图形；利用无氧干法刻蚀n‑pad圆孔内的SiO₂，填充孔内N金属电极，制备键合层金属；剥离旧的生长衬底，制备MESA切割道、钝化层PA、P电极图案、P电极金属，形成LED芯片。本发明通过控制SiO₂与光刻胶的刻蚀比，解决了3D通孔超结构LED芯片的电压过高问题。将整片LED wafer的驱动电压良率大幅提升，片内电压均值可降至3.0V以下。

技术领域

本发明涉及LED制造领域，特别涉及一种孔内无氧干法刻蚀降低3D通孔超结构LED芯片电压的方法。

背景技术

随着LED在照明领域的逐步应用，市场对白光LED光效的要求越来越高，3D 通孔超结构LED芯片走进人们的视野当中来，3D 通孔超结构LED芯片是采用光刻配合干法刻蚀的方法在外延片p-GaN表面进行打孔，孔一直延伸至n-GaN，在孔内沉积金属电极。因此，孔周围是一个3D层面的电流扩展，远优于垂直线形结构的2D电流扩展；分布均匀的孔能够提升n-GaN表面的2D电流扩展能力；所以，3D 通孔超结构除了完美继承垂直线形结构的优点之外，还将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，使其电流分布均匀性，光效大幅提升。其二，优异的电流扩展能力能够给通孔结构芯片带来优秀的超电流驱动能力，超电流驱动LED照明已成为发展趋势，未来将有更多领域将要应用大功率LED照明，如车用照明，商用照明，路灯照明，智能家居照明等等。因此，超驱动照明具有强大的市场发展前景和潜力。

虽然3D通孔超结构LED芯片在拥有如此多的优点，但其也存在不小的难度，通孔内部SiO2去除不干净就是其中存在的重要问题, 我们需要将贯穿p型GaN，多量子阱，延伸到n型GaN内的N型孔的孔壁采用SiO2钝化层包裹起来，同时需要将孔底部与n-GaN接触的区域采用标准光刻及蚀刻工艺暴露出来，进而在n-GaN处沉积金属电极形成欧姆接触，而内部通孔内部SiO2通常存在去除不干净的问题，去除不干净会导致电压良率不达标, 进而导致LED芯片电性能不达标。

目前去除通孔内部SiO2的蚀刻方式主要有两种，一种是采用BOE溶液进行湿法腐蚀，另外一种是通过电感耦合等离子体刻蚀工艺进行干法刻蚀。湿法腐蚀存在严重的侧向腐蚀, 光刻胶无法阻挡超声震荡的BOE溶液通过光刻胶的undercut边,侧向钻进覆盖N孔侧壁的SiO2钝化层,导致钝化层被腐蚀失效, 若不加超声又会因为BOE溶液在微米级的通孔内产生毛细现象而无法腐蚀掉底部与n-GaN接触的SiO2钝化层。而干法刻蚀虽然没有湿法所面临的侧向腐蚀问题，但常用的刻蚀SiO2的干法刻蚀气体一般为O₂/SF₆混合气体，氧等离子体可以加速刻蚀速率，但也存在以下两大明显缺陷，一是氧等离子体在刻蚀SiO2的同时也会刻掉光刻胶，而且SiO2/光刻胶的刻蚀比比较小，会造成光刻胶过薄低于lift-off剥离要求的最低临界厚度，而无法进行lift-off工艺；二是氧等离子体在刻蚀的过程中会造成孔底部暴露的n-GaN氧化形成Ga₂O₃，这是一种弱n型的高阻氧化物，在表面形成较高的势垒，从而造成金属和n-GaN的欧姆接触不良，进而造成芯片电压升高。无论是目前的干法刻蚀或者湿法腐蚀工艺，均会造成孔内SiO2刻蚀不干净或形成高阻氧化物进而造成相应LED芯片的电压升高，电性良率下降，因此解决上述难题是实现高性能、高良率3D通孔超结构LED芯片制备的必由之路，也是实现大功率，超驱动LED照明技术的必由之路。

发明内容