CN105914280B - 一种led芯片保护层的制备方法以及一种led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片保护层的制备方法以及一种LED芯片,该保护层的制备方法为将已经完成台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入PECVD沉积腔中在其表面上进行n步沉积二氧化硅薄膜,所述n步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层,各步沉积的薄膜的厚度相等,2≤n≤4。本发明在LED芯片的外表面上分多步进行沉积二氧化硅薄膜,在重复沉积二氧化硅薄膜的步骤中通过适当增大SiH4流量和射频功率来提高二氧化硅保护层的致密性,增加LED芯片抵抗外界机械划伤和酸碱的腐蚀;同时,改善LED芯片全反射现象,提高了出光量。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制造技术领域,特别地,涉及一种LED芯片保护层的制备方法以及一种LED芯片。
背景技术
随着氮化物(市场上一般为GaN)基第三代半导体材料的兴起,蓝色以及白色LED(Light Emitting Diode,发光二极管)的研制成功,LED照明以节能、环保、亮度高、寿命长等优点成为社会发展的焦点,具有广阔的市场应用前景,是近年来全球最具发展前景的高技术领域之一。
LED的核心部件为LED芯片,LED芯片的制程中为了确保LED芯片与外界隔绝,避免LED芯片直接裸露在空气中,防止芯片被酸性物质腐蚀以及被外界机械性刮伤,通常采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition,等离子体增强型化学气相沉积法)在LED芯片的透明导电层以及N型导电层的表面生长沉积保护层。专利申请CN201110294590.X中提供一种高亮度LED芯片的制造方法,该方法包括步骤:1)、提供一蓝宝石衬底,在蓝宝石衬底上依次生长N型GaN层、有源层及P型GaN层,以形成发光外延结构层;2)、刻蚀发光外延结构层,以去掉部分有源层及部分P型GaN层,并使N型GaN层形成具有上台阶部及下台阶部的台阶状结构;3)、在P型GaN层表面上对应欲制作P电极的区域制作绝缘反射层;4)、在P型GaN层与绝缘反射层表面上制作透明电极层,然后于透明电极层表面上与绝缘反射层垂向对应的区域制作P电极,及于N型GaN层的下台阶部上制作N电极;5)、在发光外延结构层上表面形成保护层,最后进行研磨、划裂以完成所述高亮度LED芯片的制备。上述专利申请步骤5)中,在发光外延结构层上表面形成保护层,现有技术一般采用PECVD在LED芯片表面一步沉积一层较厚的二氧化硅作为保护层,这种方法制备得到的保护层抗损伤性和致密性较低,1、二氧化硅容易出现空洞不能很好的起到保护作用;2、二氧化硅对光的穿透率相对较差;3、二氧化硅折射率与透明导电层氧化铟锡的折射率匹配得不好,容易导致全反射现象,降低出光效率。
因此,在上述现有技术基础上,仍然有必要寻求一种LED芯片保护层的制备方法来解决上述技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种LED芯片保护层的制备方法,以解决现有工艺中LED芯片二氧化硅保护层抗损伤性和致密性不好的问题,有效提升LED芯片的亮度。
为实现上述目的,本发明提供了一种LED芯片保护层的制备方法,将已经完成台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入抽真空的PECVD沉积腔中在其表面上进行n步沉积二氧化硅薄膜,所述n步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层,各薄膜的厚度相等,2≤n≤4,所述n步沉积包括:
a)、在温度保持200~250℃的条件下,向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q1为400~600sccm、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,腔体压力850~1000mTorr、射频功率P1为50~80w,沉积20~60秒;在芯片上初步沉积得到具有一定厚度的、且与芯片附着效果极佳的二氧化硅薄膜,不易剥落,有效确保初步沉积二氧化硅薄膜的高致密性。
b)、向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,重复沉积二氧化硅薄膜步,第n步沉积时SiH4流量Qn为aQn-1、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,腔体压力850~1000mTorr,射频功率Pn为bPn-1,每步沉积20~60秒;其中,1.1≤a≤1.3,1.05≤b≤1.25。
c)、将上述步骤制得的LED芯片放入烘箱烘烤,在所述LED芯片表面上形成二氧化硅保护层。
由于二氧化硅薄膜表面存在较多的游离Si离子,会影响二氧化硅薄膜的致密性,进而影响其相关性能,本发明提出反复沉积一定厚度的二氧化硅薄膜,前一步沉积完之后间隔10~20秒再进行下一步沉积这样可以使腔体氛围稳定,且在重复沉积二氧化硅薄膜时,适当增大SiH4的流量和射频功率。由于SiH4的流量增大,等离子体中的Si离子含量越高,Si-O键结合几率越大,二氧化硅的生长速率就越高,游离Si离子被充分氧化成二氧化硅,进一步确保二氧化硅的致密性。
优选的,在步骤a)进行前还包括:对初始LED芯片表面进行清洗、甩干的步骤,得到步骤a)中所述的LED芯片。
在本发明中,优选的,所述n=3。
优选的,所述二氧化硅保护层的总厚度为
本发明还提供一种LED芯片,包括上述方法制备的LED芯片保护层。
相比于现有技术,本发明具有以下有益效果:
采用本发明方法制备得到的LED芯片保护层具有致密性好、抵抗外界机械划伤和酸碱的腐蚀能力强的特点;同时改善全反射现象,有效提升LED芯片的亮度。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外,本发明还有其它的目的、特征和优点。下面对本发明作进一步详细的说明。
具体实施方式
以下对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
本发明的一种LED芯片保护层的制备方法,将已经完成台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入抽真空的PECVD沉积腔中在其表面上进行n步沉积二氧化硅薄膜,n步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层,各薄膜的厚度相等,2≤n≤4。在本发明中,所述n步沉积包括:
a)、在温度保持200~250℃的条件下,向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q1为400~600sccm、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,在腔体压力850~1000mTorr和射频功率P1为50~80w的等离子体气体作用下沉积20~60秒;在芯片上初步沉积得到具有一定厚度的、且与芯片附着效果极佳的二氧化硅薄膜,不易剥落,有效确保初步沉积二氧化硅薄膜的高致密性。
b)、向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,重复沉积二氧化硅薄膜,第n步沉积时SiH4流量Qn为aQn-1、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,在腔体压力850~1000mTorr和射频功率Pn为bPn-1的等离子体气体作用下每步沉积20~60秒;其中,1.1≤a≤1.3,1.05≤b≤1.25。
c)、将上述步骤制得的LED芯片放入烘箱烘烤,在所述LED芯片表面上形成二氧化硅保护层。
上述LED芯片保护层的制备方法采用等离子体增强化学气相沉积法在LED芯片的表面上分多步沉积二氧化硅薄膜,二氧化硅保护层由多层薄膜构建而成,在重复沉积二氧化 硅薄膜的步骤中通过适当增大SiH4流量和射频功率来提高二氧化硅保护层的致密性,增加LED芯片抵抗外界机械划伤和酸碱的腐蚀;同时,提升了LED芯片出光量。
实施例1
一种LED芯片保护层的制备方法,将已经完成台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入抽真空的PECVD沉积腔中在其表面上进行2步沉积二氧化硅薄膜,2步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层。
a0)、对进行过台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片表面进行清洗、甩干,得到步骤a)中的LED芯片;
a)、在温度保持200~250℃的条件下,向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q1为400~600sccm、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P1为50~80w,沉积20~60s,形成第一层二氧化硅薄膜;沉积完之后间隔10~20秒,以使腔体氛围稳定。
b)、向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q2为1.1Q1~1.3Q1、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P2为1.05P1~1.25P1,沉积20~60s,形成第二层二氧化硅薄膜;
c)、将上述步骤制得的LED芯片放入烘箱烘烤,在LED芯片上形成总厚度为的二氧化硅保护层,每一层的二氧化硅薄厚度为
实施例2
一种LED芯片保护层的制备方法,将已经完成台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入抽真空的PECVD沉积腔中在其表面上进行3步沉积二氧化硅薄膜,3步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层。
a0)、对进行过台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片表面进行清洗、甩干的步骤,得到步骤a)中的LED芯片;
a)、在温度保持200~250℃的条件下,向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q1为400~600sccm、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P1为50~80w,沉积20~60s,形成第一层二氧化硅薄膜;沉积完之后间隔10~20秒,以使腔体氛围稳定。
b-1)、向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q2为1.1Q1~1.3Q1、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频 功率P2为1.05P1~1.25P1,沉积20~60s,形成第二层二氧化硅薄膜;沉积完之后间隔10~20秒。
b-2、)向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q3为1.1Q2~1.3Q2、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P3为1.05P2~1.25P2,沉积20~60s,形成第三层二氧化硅薄膜。
c)、将上述步骤制得的LED芯片放入烘箱烘烤,在LED芯片上形成厚度为二氧化硅保护层,各层二氧化硅薄膜的厚度为
实施例3
一种LED芯片保护层的制备方法,将进行过台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入抽真空的PECVD沉积腔中在其表面上进行4步沉积二氧化硅薄膜,4步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层,各薄膜的厚度相等。
a0)、对进行过台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片表面进行清洗、甩干的步骤,得到步骤a)中的LED芯片;
a)、在温度保持200~250℃的条件下,向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q1为400~600sccm、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P1为50~80w,沉积20~60s,形成第一层二氧化硅薄膜;沉积完之后间隔10~20秒。
b-1)、向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q2为1.1Q1~1.3Q1、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P2为1.05P1~1.25P1,沉积20~60s,形成第二层二氧化硅薄膜;沉积完之后间隔10~20秒。
b-2、)向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q3为1.1Q2~1.3Q2、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P3为1.05P2~1.25P2,沉积20~60s,形成第三层二氧化硅薄膜;沉积完之后间隔10~20秒。
b-3、)向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q4为1.1Q3~1.3Q3、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,当腔体压力达到850~1000mTorr时,加射频功率P4为1.05P3~1.25P3,沉积20~60s,形成第四层二氧化硅薄膜。
c)、将上述步骤制得的LED芯片放入烘箱烘烤,在LED芯片上形成厚度为二氧化硅保护层,各层二氧化硅薄膜的厚度为
对比例:
采用传统方法一步在LED芯片表面沉积一层厚度为的二氧化硅作为保护层。
性能对比
分别采用实施例1、2、3和对比例方法制备得到的LED芯片进行对比,结果如下:
由上表可知:
1、采用缓冲氧化蚀刻剂(BOE溶液)腐蚀二氧化硅保护层,本发明方法制备得到的二氧化硅保护层的腐蚀速率比实施例中的二氧化硅保护层的腐蚀速率小,因而采用本发明方法制备得到的保护层抗损伤性和致密性比实施例要好。
2、采用本发明方法制备的保护层得到的LED与对比例方法制得的LED相比,本发明方法使LED芯片亮度提3%~5%,同时LED芯片电压下降0.03~0.07V,因而本发明LED芯片光效提升显著,从而使LED芯片更加节能环保。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种LED芯片保护层的制备方法,其特征在于,将已经完成台面刻蚀、透明导电层制备和PN电极蒸镀的LED芯片放入抽真空的PECVD沉积腔中在其表面上进行n步沉积二氧化硅薄膜,所述n步沉积得到的相应薄膜形成二氧化硅保护层,各薄膜的厚度相等,2≤n≤4,所述n步沉积包括:
a)、在温度保持200~250℃的条件下,向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,SiH4流量Q1为400~600sccm、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,腔体压力为850~1000mTorr,射频功率P1为50~80w,沉积20~60秒;
b)、向沉积腔中通入SiH4、N2和N2O,重复沉积二氧化硅薄膜,第n步沉积时SiH4流量Qn为aQn-1、N2流量为400~500sccm、N2O流量为1000~1200sccm,腔体压力850~1000mTorr,射频功率Pn为bPn-1,每步沉积20~60秒;其中,1.1≤a≤1.3,1.05≤b≤1.25;
c)、将上述步骤制得的LED芯片放入烘箱烘烤,在所述LED芯片表面上形成二氧化硅保护层;
上述步骤中,前一步沉积完之后,间隔10~20秒再进行下一步沉积。
2.根据权利要求1所述的一种LED芯片保护层的制备方法,其特征在于,在步骤a)进行前还包括对初始LED芯片表面进行清洗、甩干的步骤,得到步骤a)中所述的LED芯片。
3.根据权利要求1所述的一种LED芯片保护层的制备方法,其特征在于,所述n=3。
4.根据权利要求1所述的一种LED芯片保护层的制备方法,其特征在于,所述二氧化硅保护层的总厚度为
5.一种LED芯片,其特征在于,包括权利要求1~4中任一项得到的LED芯片保护层。
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