CN104851946A - 一种高提取外量子效率的led芯片制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，包括以下步骤：步骤(1)：在图形化衬底上一次生长GaN层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、沉积ITO层；步骤(2)：在P-GaN或ITO表面悬图一层光阻液；步骤(3)：对光阻液进行图形曝光、显影、烘烤等黄光工艺或采用纳米压印的方式制备图形；步骤(4)：选用ICP或湿法蚀刻方法对其进行图形转移至外延片或ITO层。本发明将通过在P-GaN层或在ITO层进行开微孔，一方面破坏光在经过P-GaN层、ITO、SiO2与空气界面时发生反射现象；另一方面降低P-GaN层、ITO的光吸收，有效增加了光出射的机率，提高发光效率。本发明方法通过现有的技术易实现、过程受控、便于产业化生产。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管的制造方法技术领域，具体为一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法。
背景技术
LED因具有色纯度高、响应速度快、体积小、可靠性好、寿命长、环保等优点，无疑成为最受重视的光源技术。一般采用蓝宝石衬底的外延片来制备高亮GaN基LED，如何提高及发光效率是一直以来的研究重点。
LED的发光效率主要有三方面因素：器件的内量子效率、载流子注入效率和光出射效率。目前，对GaN基LED的器件而言，通过改善量子阱、异质结构载流子限制效应以及量子限制斯塔克效应和提高空穴的注入和降低电子的泄漏已将内量子效率、载流子注入效率已达较高水平，而相对前两者其光出射效率受制于全反射，仅有极少部分光可逃逸。所以如何提高LED光出射效率，成为LED芯片制备亟需解决的突出问题。
针对光出射效率低的解决途径，目前国内外采取的主要技术途径有一下几点：1、生长分布布拉格反射层(DBR/ODR)结构，；2、芯片倒装技术；3、光子晶体技术；4、设计合理的电极结构；5、表面粗化技术。其中表面粗化技术是目前被普遍看好的技术。在目前已提出的表面粗化方法中，虽有不同程度的提高了LED亮度，然而这些方法存在对设备要求高、过程不受控以及芯片其他电性异常等缺点。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，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：一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，包括以下步骤：
步骤(1)：在图形化衬底上一次生长GaN层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、沉积ITO层；
步骤(2)：在P-GaN或ITO表面悬图一层光阻液；
步骤(3)：对光阻液进行图形曝光、显影、烘烤等黄光工艺或采用纳米压印的方式制备图形；
步骤(4)：选用ICP或湿法蚀刻方法对其进行图形转移至外延片或ITO层。
所述步骤(1)中图形化衬底材质包括蓝宝石、硅、碳化硅。
所述步骤(2)中所述光阻液为正光阻，如AZ-510、AZ-601或适合于纳米压印光阻。
所述步骤(3)中所述图形其尺寸为纳微米级，其图形可为圆形、矩形或菱形，其图形周期为500nm-10um,其图形尺寸为100nm-2um。
所述步骤(4)中所述ICP图形转移对P-GaN时，在ICP过程中选用Cl2、BCl3、Ar作为刻蚀气体，其流量分别为：Cl2为30-100sccm、BCl3为10-30sccm、Ar为10-20sccm；其上下电极功率分别为50-300W、10-100W；刻蚀时间为10s-5min。
所述步骤(4)中所述ICP图形转移对ITO时，在ICP过程中选用Cl2、BCl3、Ar作为刻蚀气体，其流量分别为：Cl2为50-150sccm、BCl3为10-30sccm、Ar为0-20sccm；其上下电极功率分别为100-450W、20-100W；刻蚀时间为5-10min。
所述步骤(4)中所述湿法转移对ITO层时，其湿法药液为ITO蚀刻液，温度为30℃-60℃，蚀刻时间为10s-5min。
所述步骤4中ICP图形转移至ITO/P-GaN,其刻蚀深度别为：0≤ITO＜ITO设定厚度；0≤P-GaN≤P-GaN生长厚度。
与已公开技术相比，本发明存在以下优点：本发明将通过在P-GaN层或在ITO层进行开微孔，一方面破坏光在经过P-GaN层、ITO、SiO2与空气界面时发生反射现象；另一方面降低P-GaN层、ITO的光吸收，有效增加了光出射的机率，提高发光效率。本发明方法通过现有的技术易实现、过程受控、便于产业化生产。
附图说明
图1为常规芯片结构。
图2为P-GaN开微孔结构。
图3为ITO开微孔结构。
图4为P-GaN及ITO开微孔结构。
图中：1、P金属电极，2、钝化层，3、ITO层，4、P-GaN层，5、量子阱层，6、N-GaN层，7、衬底，8、GaN缓冲层，9、N金属电极。
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。
实施例1
通过开P-GaN微孔提高LED芯片外量子效率
(1)外延生长：采用MOCVD在蓝宝石衬底上进行外延层结构生长；
(2)P-GaN微孔制备:采用ICP刻蚀的方法将制备的微孔图形转移至外延P-GaN层，其微孔为直径为1微米、周期为3的圆孔，采用AZ-510光刻胶，步进式曝光机进行图形制备；其刻蚀上电极功率选用300W，下电极功率选用60W，刻蚀气体及流量分别为：Cl2为60sccm、BCl3为20sccm、Ar为5sccm，刻蚀时间为45s，将微孔刻蚀后外延片进行去光阻清洗。
(3)图形制备：将微孔制备后的外延进行光阻图形制备，并采用ICP刻蚀的方法转移至外延结构，其图形深度至N-GaN层，刻蚀深度约为1.1um,其光刻图形依据版型要求进行制备。
(4)ITO薄膜沉积：将上述处理后外延进行清洗，采用E-Gun/溅射方式沉积ITO薄膜，沉积厚度为60nm,其图形制程同正常LED结构制备方法。
(5)进行P/N电极制备，将上述制备完成的外延片，进行常规电极制备，其电极结构及厚度为：
(6)钝化层制备：采用PECVD进行SiO2沉积，将电极上SiO2通过化学腐蚀的方法去除，该工序同正常结构工艺，SiO2厚度为80nm。
实施例2
通过开ITO微孔提高LED芯片外量子效率
(1)外延生长：采用MOCVD在蓝宝石衬底上进行外延层结构生长；
(2)图形制备：将外延生长完成的外延片，进行光阻图形制备，并采用ICP刻蚀的方法转移至外延结构，其图形深度至N-GaN层，刻蚀深度约为1.1um,其光刻图形依据版型要求进行制备。
(3)ITO薄膜沉积：将上述处理后外延进行清洗，采用E-Gun/溅射方式沉积ITO薄膜，沉积厚度为60nm。
(4)ITO微孔制备:采用ICP刻蚀(蚀刻)的方法将制备的微孔图形转移至ITO层，其微孔为直径为1微米、周期为3的圆孔，采用AZ-510光刻胶，步进式曝光机进行图形制备；其ICP刻蚀:上电极功率选用400W，下电极功率选用80W，刻蚀气体及流量分别为：Cl2为30sccm、BCl3为40sccm、Ar为10sccm，刻蚀时间为2min，蚀刻：采用ITO蚀刻液，48℃，蚀刻30S，将微孔刻蚀后外延片进行去光阻清洗。
(5)ITO图形制备：其图形制程同正常LED结构制备方法。
(6)进行P/N电极制备，将上述制备完成的外延片，进行常规电极制备，其电极结构及厚度为：
(7)钝化层制备：采用PECVD进行SiO2沉积，将电极上SiO2通过化学腐蚀的方法去除，该工序同正常结构工艺，SiO2厚度为80nm。
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 (8)
1.一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤(1)：在图形化衬底上一次生长GaN层、N-GaN层、量子阱层、P-GaN层、沉积ITO层；
步骤(2)：在P-GaN或ITO表面悬图一层光阻液；
步骤(3)：对光阻液进行图形曝光、显影、烘烤等黄光工艺或采用纳米压印的方式制备图形；
步骤(4)：选用ICP或湿法蚀刻方法对其进行图形转移至外延片或ITO层。
2.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中图形化衬底材质包括蓝宝石、硅、碳化硅。
3.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中所述光阻液为正光阻，如AZ-510、AZ-601或适合于纳米压印光阻。
4.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述图形其尺寸为纳微米级，其图形可为圆形、矩形或菱形，其图形周期为500nm-10um,其图形尺寸为100nm-2um。
5.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述ICP图形转移对P-GaN时，在ICP过程中选用Cl2、BCl3、Ar作为刻蚀气体，其流量分别为：Cl2为30-100sccm、BCl3为10-30sccm、Ar为10-20sccm；其上下电极功率分别为50-300W、10-100W；刻蚀时间为10s-5min。
6.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述ICP图形转移对ITO时，在ICP过程中选用Cl2、BCl3、Ar作为刻蚀气体，其流量分别为：Cl2为50-150sccm、BCl3为10-30sccm、Ar为0-20sccm；其上下电极功率分别为100-450W、20-100W；刻蚀时间为5-10min。
7.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤(4)中所述湿法转移对ITO层时，其湿法药液为ITO蚀刻液，温度为30℃-60℃，蚀刻时间为10s-5min。
8.根据权利要求1所述的一种高提取外量子效率的LED芯片制造方法，其特征在于：所述步骤4中ICP图形转移至ITO/P-GaN,其刻蚀深度别为：0≤ITO＜ITO设定厚度；0≤P-GaN≤P-GaN生长厚度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20150819 |