CN103824914B - 一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，包括以下步骤：提供一个外延片，所述外延片上形成一种可以被粗化的阻挡层，湿法刻蚀所述的可被粗化的阻挡层，在所述阻挡层表面形成粗糙面，通过干法刻蚀所述外延片，从而使得外延表面形成粗糙面，在所述的粗化外延片表面形成图形化光阻，形成N型氮化镓平台，在具有粗化的外延片表面形成导电层，并制造金属电极。本发明在ITO蚀刻液或BOE从而使得阻挡层表面形成粗糙面，再通过ICP刻蚀的方法，将阻挡层表面粗糙的图形转移到外延片表面，从而制作出表面粗化的GaN基外延片，本发明制作外延表面粗化的LED芯片，不仅成本低、效率高，而且工艺可控性强，亮度可以有效提高。
Description
技术领域
本发明涉及LED生产制造技术领域，具体为一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法。
背景技术
随着人们对能源、环保意识的增强，LED以其低能耗、高亮度、长使用寿命、无汞、环保的优点，在显示和照明领域得到了广泛的应用，但由于LED半导体材料折射系数大，从而造成了光的取出角度小，大大降低了LED芯片的光取出效率，亮度提升困难。如对LED外延层表面进行粗化处理，可提高LED芯片的光取出效率，从而提高LED的发光亮度。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，以解决上述背景技术中的问题。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，包括以下步骤：
（1）采用金属有机化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上依次生长2um-3umN型GaN层、0.5um多量子阱有源层、0.8umP型GaN层，形成GaN基外延片；
（2）将氮化镓外延片放入E-Gun溅射台中，ITO靶材放入坩埚内，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛树脂或聚四氟乙烯放在距加热灯20cm-40cm处。制程中，被电子枪激发出的氧化铟锡微粒碰撞有机分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡薄膜，即可被粗化的阻挡层；
（3）将阻挡层进行Plasma氧气后，放入45℃-75℃的ITO蚀刻液中反应30s-120s，使得阻挡层表面形成粗糙面；并用去离子水清洗后，甩干机甩干；
（4）将表面粗化的阻挡层，通过ICP刻蚀将阻挡层的粗糙面图形转移至P型GaN层上，形成粗化的外延表面，刻蚀中，使用Cl2、BCl3混合作为刻蚀气体，刻蚀气体总流量为50sccm-120sccm，Cl2与BCl3流量比为12:1—6:1，上电极功率200W-500W，下电极功率50W-200W，压力2mTorr-8mTorr，刻蚀时间3min-8min；
（5）将上述外延片放入ITO蚀刻液、去胶剂中，去除外延片表面残留的ITO和光刻胶；
（6）在P型GaN表面生长一层220nm-240nm厚度ITO导电性薄膜，涂覆正胶，曝光出N电极图形。通过ITO蚀刻、ICP刻蚀，在形成了P型GaN表面形成了ITO透明电极，在N型GaN上形成台面；
（7）在P型GaN和N型GaN台面上蒸镀20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作为所述GaN基外延层表面粗化的LED芯片电极。
所述阻挡层的制作是采用E-Gun溅射、Sputter溅射的方法，形成有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡或SiO2薄膜。
所述溅射温度为150-300℃，溅射厚度为50nm-300nm，通氧量为0.8sccm-5.0sccm，真空度2.0*E-6Torr。
所述阻挡层的溅射方法，采用的是分步溅射方式，前1nm-5nm厚度使用0.05nm/s；其后使用的是0.2nm/s；0.05nm/s到0.2nm/s的溅射速率提升时间为120s-200s。
所述阻挡层的溅射方法，使用的蒸镀源包括主要原材料氧化铟锡、SiO2；辅助材料为有机物，聚丙烯酸酯、聚乙烯醇月桂酸酯、酚醛树脂、聚四氟乙烯，所述辅助材料是通过设备内部的加热装置进行热蒸发。
所述的蒸镀源氧化铟锡、SiO2规格为5*5mm以下颗粒状况、20*20mm锭状或不规则块状；主要原材料与辅助材料质量比为1:10—1:20。
所述的湿法刻蚀，使用的化学药液为ITO蚀刻液或10%浓度的BOE；ITO蚀刻液温度为45℃-75℃；阻挡层在ITO蚀刻液或BOE中的反应时间为30s-120s。
与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明通过Plasma氧气清洗机，去除阻挡层表面有机物，在ITO蚀刻液或BOE从而使得阻挡层表面形成粗糙面，再通过ICP刻蚀的方法，将阻挡层表面粗糙的图形转移到外延片表面，从而制作出表面粗化的GaN基外延片，将表面粗化的GaN基外延片，制作出N型氮化镓平台和金属电极，如此便得到了外延层表面粗化的LED芯片，使用本发明制作外延表面粗化的LED芯片，不仅成本低、效率高，而且工艺可控性强，亮度可以有效提高。
附图说明
图1为本发明的具有可粗化阻挡层外延片结构图；
图2为本发明的湿法刻蚀后形成的表面粗化的阻挡层结构图；
图3为本发明的干法刻蚀后形成粗化的GaN基外延层结构图；
图4为本发明的具有粗化外延层的GaN基LED芯片结构图。
具体实施方式
为了使本发明的技术手段、创作特征、工作流程、使用方法达成目的与功效易于明白了解，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-4所示，一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，包括以下步骤：
（1）采用金属有机化学气相沉积法，在蓝宝石衬底1上依次生长2um-3umN型GaN层2、0.5um多量子阱有源层3、0.8umP型GaN层4，形成GaN基外延片；
（2）将氮化镓外延片放入E-Gun溅射台中，ITO靶材放入坩埚内，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛树脂或聚四氟乙烯放在距加热灯20cm-40cm处，制程中，被电子枪激发出的氧化铟锡微粒碰撞有机分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡薄膜，即可被粗化的阻挡层5；
（3）将阻挡层5进行Plasma氧气后，放入45℃-75℃的ITO蚀刻液中反应30s-120s，使得阻挡层表面形成粗糙面5-1；并用去离子水清洗后，甩干机甩干；
（4）将表面粗化的阻挡层，通过ICP刻蚀将阻挡层的粗糙面5-1图形转移至P型GaN层4上，形成粗化的外延表面4-1，刻蚀中，使用Cl2、BCl3混合作为刻蚀气体，刻蚀气体总流量为50sccm-120sccm，Cl2与BCl3流量比为12:1—6:1，上电极功率200W-500W，下电极功率50W-200W，压力2mTorr-8mTorr，刻蚀时间3min-8min；
（5）将上述外延片放入ITO蚀刻液、去胶剂中，去除外延片表面残留的ITO和光刻胶；
（6）在P型GaN表面生长一层220nm-240nm厚度ITO导电性薄膜6，涂覆正胶，曝光出N电极图形。通过ITO蚀刻、ICP刻蚀，在形成了P型GaN表面形成了ITO透明电极，在N型GaN上形成台面9；
（7）在P型GaN和N型GaN台面上蒸镀20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作为所述GaN基外延层表面粗化的LED芯片电极。
实施例1
一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，包括以下步骤：
（1）采用金属有机化学气相沉积法，在蓝宝石衬底1上依次生长2umN型GaN层2、0.5um多量子阱有源层3、0.8umP型GaN层4，形成GaN基外延片；
（2）将氮化镓外延片放入E-Gun溅射台中，ITO靶材放入坩埚内，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛树脂或聚四氟乙烯放在距加热20cm处，制程中，被电子枪激发出的氧化铟锡微粒碰撞有机分子，在P型GaN表面形成50nm有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡薄膜，即可被粗化的阻挡层5；
（3）将阻挡层5进行Plasma氧气后，放入45℃的ITO蚀刻液中反应30s，使得阻挡层表面形成粗糙面5-1；并用去离子水清洗后，甩干机甩干；
（4）将表面粗化的阻挡层，通过ICP刻蚀将阻挡层的粗糙面5-1图形转移至P型GaN层4上，形成粗化的外延表面4-1，刻蚀中，使用Cl2、BCl3混合作为刻蚀气体，刻蚀气体总流量为50sccm，Cl2与BCl3流量比为12:1，上电极功率200W，下电极功率50W，压力2mTorr，刻蚀时间3min；
（5）将上述外延片放入ITO蚀刻液、去胶剂中，去除外延片表面残留的ITO和光刻胶；
（6）在P型GaN表面生长一层220nm厚度ITO导电性薄膜6，涂覆正胶，曝光出N电极图形。通过ITO蚀刻、ICP刻蚀，在形成了P型GaN表面形成了ITO透明电极，在N型GaN上形成台面9；
（7）在P型GaN和N型GaN台面上蒸镀20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作为所述GaN基外延层表面粗化的LED芯片电极。
实施例2
一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，包括以下步骤：
（1）采用金属有机化学气相沉积法，在蓝宝石衬底1上依次生长3umN型GaN层2、0.5um多量子阱有源层3、0.8umP型GaN层4，形成GaN基外延片；
（2）将氮化镓外延片放入E-Gun溅射台中，ITO靶材放入坩埚内，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛树脂或聚四氟乙烯放在距加热灯40cm处，制程中，被电子枪激发出的氧化铟锡微粒碰撞有机分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡薄膜，即可被粗化的阻挡层5；
（3）将阻挡层5进行Plasma氧气后，放入75℃的ITO蚀刻液中反应120s，使得阻挡层表面形成粗糙面5-1；并用去离子水清洗后，甩干机甩干；
（4）将表面粗化的阻挡层，通过ICP刻蚀将阻挡层的粗糙面5-1图形转移至P型GaN层4上，形成粗化的外延表面4-1，刻蚀中，使用Cl2、BCl3混合作为刻蚀气体，刻蚀气体总流量为120sccm，Cl2与BCl3流量比为6:1，上电极功率500W，下电极功率200W，压力8mTorr，刻蚀时间8min；
（5）将上述外延片放入ITO蚀刻液、去胶剂中，去除外延片表面残留的ITO和光刻胶；
（6）在P型GaN表面生长一层240nm厚度ITO导电性薄膜6，涂覆正胶，曝光出N电极图形。通过ITO蚀刻、ICP刻蚀，在形成了P型GaN表面形成了ITO透明电极，在N型GaN上形成台面9；
（7）在P型GaN和N型GaN台面上蒸镀20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作为所述GaN基外延层表面粗化的LED芯片电极。
本发明在可被粗化的阻挡层制作中，通过分步溅射方式，以氧化铟锡或SiO2作为成膜成分，在真空蒸发台内辅以适当比例的有机物作为辅助材料，从而在外延片表面形成不易脱落的有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡或SiO2薄膜，即阻挡层。
通过Plasma氧气清洗机，去除阻挡层表面有机物，在ITO蚀刻液或BOE从而使得阻挡层表面形成粗糙面。再通过ICP刻蚀的方法，将阻挡层表面粗糙的图形转移到外延片表面，从而制作出表面粗化的GaN基外延片。
将所述表面粗化的GaN基外延片，制作出N型氮化镓平台和金属电极，如此便得到了外延层表面粗化的LED芯片。
使用本发明制作外延表面粗化的LED芯片，不仅成本低、效率高，而且工艺可控性强，亮度可以有效提高。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明的要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (3)
1.一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，其特征在于：包括以下步骤：
(1)采用金属有机化学气相沉积法，在蓝宝石衬底上依次生长2um-3umN型GaN层、0.5um多量子阱有源层、0.8umP型GaN层，形成GaN基外延片；
(2)将GaN基外延片放入E-Gun溅射台中，ITO靶材放入坩埚内，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛树脂或聚四氟乙烯放在距加热灯20cm-40cm处，制程中，被电子枪激发出的氧化铟锡微粒碰撞有机分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有机物包覆型纳米粒状氧化铟锡薄膜，即可被粗化的阻挡层；
(3)将阻挡层进行Plasma氧气后，放入45℃-75℃的ITO蚀刻液中反应30s-120s，使得阻挡层表面形成粗糙面；并用去离子水清洗后，甩干机甩干；
(4)将表面粗化的阻挡层，通过ICP刻蚀将阻挡层的粗糙面图形转移至P型GaN层上，形成粗化的外延表面，刻蚀中，使用Cl2、BCl3混合作为刻蚀气体，刻蚀气体总流量为50sccm-120sccm，Cl2与BCl3流量比为12:1—6:1，上电极功率200W-500W，下电极功率50W-200W，压力2mTorr-8mTorr，刻蚀时间3min-8min；
(5)将上述外延片放入ITO蚀刻液、去胶剂中，去除外延片表面残留的ITO和光刻胶；
(6)在P型GaN表面生长一层220nm-240nm厚度ITO导电性薄膜，涂覆正胶，曝光出N电极图形，通过ITO蚀刻、ICP刻蚀，在形成了P型GaN表面形成了ITO透明电极，在N型GaN上形成台面；
(7)在P型GaN和N型GaN台面上蒸镀20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作为所述GaN基外延层表面粗化的LED芯片电极。
2.根据权利要求1所述的一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，其特征在于：所述溅射温度为150-300℃，溅射厚度为50nm-300nm，通氧量为0.8sccm-5.0sccm，真空度2.0*E-6Torr。
3.根据权利要求1所述的一种GaN基外延层表面粗化的LED芯片制作方法，其特征在于：所述阻挡层的溅射方法，采用的是分步溅射方式，前1nm-5nm厚度使用0.05nm/s；其后使用的是0.2nm/s；0.05nm/s到0.2nm/s的溅射速率提升时间为120s-200s。
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