CN106972088A - 一种led金属电极结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED金属电极结构及其制备方法，该制备方法包括以下步骤：S21：提供一外延片，制作电极图形；S22：蒸镀电极：在电子束蒸发真空镀膜机的腔体内依次蒸镀Cr层、Al层、第一Ti层、第一Ni层、第二Ti层、第二Ni层和Au层；S23：剥离与去胶：采用蓝膜对金属进行剥离，待金属剥离干净后再将电极放入去胶剂中进行超声浸泡。本发明中Al层紧挨Cr层设计，Cr层不但能够起到黏附作用，还能将传输到P、N电极的光反射回芯片内部，被反射回的光从芯片内部再射出来，从而提高了LED芯片的外量子效率；Ti层、Ni层交替的作用主要是为消除Ni应力，杜绝在蒸镀过程中产生翘金异常。
Description
技术领域
本发明涉及半导体材料领域，特别是涉及一种LED金属电极结构及其制备方法。
背景技术
LED因具有色纯度高、响应速度快、体积小、环保等优点，无疑成为最受重视的光源技术。近年来随着芯片性能的不断提升，超规格使用已经成为目前的一种常态，在芯片本身的性能满足超规使用的前提下，对LED芯片制程上的要求也随之提高。
目前LED芯片的电极结构一般采用Cr/Al/Ti/Au，首先第一种金属电极结构，虽制程简单，芯片内部发光区发出的光可反射出去部分，增加其出光效率，另外其热稳定性差。
申请号为200410058035.7的专利《适用于氮化镓器件的铝/钛/铝/镍/金欧姆接触系统》公开了一种Al/Ti/Al/Ni/Au电极结构，以及申请号为201410663429.9《一种LED电极结构及其制作方法》公开了一种Ni/Al/Cr/Ni/Au的电极结构。申请号为200410058035.7的专利存在两个问题：一是整个电极与GaN的粘附性会很差，在后续的焊线、打线过程中，电极容易脱落；二是电压会升高。申请号为201410663429.9专利中所述的电极结构也存在两种问题，其一，Cr与Ni需进行较厚膜层的蒸镀方可隔绝Al与Au的扩散，由于两种材质的应力较大，在镀膜过程中极易出现翘金的现象，其二，需二次金属蒸镀，二次金属蒸镀的工艺过于复杂，二次金属蒸镀影响生产蒸镀机利用率，生产良率过程难控制。因此，开发一种对光吸收较小、电极与GaN层粘附性好、制程简单、制程良率高的电极结构具有重大意义。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种LED金属电极结构及其制备方法，该LED金属电极结构的光吸收较小、与GaN层粘附性好，制备过程简单、制备良率高。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种LED金属电极结构，由外延片的表层向外依次包括Cr层、Al层、第一Ti层、第一Ni层、第二Ti层、第二Ni层和Au层。
于在本发明的一实施方式中，所述LED金属电极结构还包括以下任意一项或多项特征：
1)所述Cr层的厚度为
2)所述Al层的厚度为
3)所述第一Ti层的厚度为
4)所述第一Ni层的厚度为
5)所述第二Ti层的厚度为
6)所述第二Ni层的厚度为
7)所述Au层的厚度为
本发明公开一种制备如上述所述的LED金属电极结构的方法，包括以下步骤：
S21：提供一外延片，制作电极图形：
通过负性光刻胶做出电极图形，去胶处理，甩干；
S22：采用电子束蒸发真空镀膜机进行蒸镀电极：
在电子束蒸发真空镀膜机的腔体内依次蒸镀所述Cr层、所述Al层、所述第一Ti层、所述第一Ni层、所述第二Ti层、所述第二Ni层和所述Au层；
S23：剥离与去胶：
采用蓝膜对金属进行剥离，待金属剥离干净后再将电极放入去胶剂中进行超声浸泡。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S21中，所述负性光刻胶做出电极图形的过程依次包括匀胶、软烤、曝光、硬烤和显影的过程。
于在本发明的一实施方式中，所述匀胶过程具体为：采用SVS MSX～1000匀胶机进行匀胶；采用DNK～4200光刻机，控制光刻胶的厚度为2.4～2.9mm。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S21中，所述软烤过程具体为：采用热板进行软烤，软烤的温度为100～105℃，软烤的时间90～120s。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S21中，所述曝光过程中曝光能量80～100mj/cm2。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S21中，所述硬烤过程具体为：采用热板进行硬烤，硬烤的温度108～112℃，硬烤的时间为60～90s。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S21中，所述显影过程具体为：使用自动显影机进行显影，显影的时间为30～90s。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S21中，所述去胶处理的过程采用等离子去胶机对芯片进行去胶处理，所述去胶处理的过程中氧气的流量为15-30mL/min，射频的时间为120～150s。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S22中，电子束蒸发真空镀膜机的腔体压力保持为6.0×10-7Torr，温度保持为20-30℃。
于在本发明的一实施方式中，在步骤S22中，所述Cr层的蒸镀速率为所述Al层的镀膜速率为所述Au层的镀膜速率为
于在本发明的一实施方式中，在步骤S22中，所述第一Ti层、所述第二Ti层、所述第一Ni层和所述第二Ni层的镀膜速率为
于在本发明的一实施方式中，在步骤S23中，所述去胶液为中性去胶液。
如上所述，本发明提供一种LED金属电极结构及其制备方法，具有以下有益效果：
本发明LED电极结构由GaN层的表层向外依次包括Cr层、Al层、第一Ti层、第一Ni层、第二Ti层、第二Ni层、Au层，Al层紧挨Cr层设计，Cr层不但能够起到黏附作用，还能将传输到P、N电极的光反射回芯片内部，被反射回的光从芯片内部再射出来，从而提高了LED芯片的外量子效率；第一Ti层、第一Ni层、第二Ti层和第二Ni层的作用主要是防止Al向Au扩散，从而提升电极稳定性以及热稳定性；Ti、Ni交替的作用主要是为消除Ni应力，杜绝在蒸镀过程中产生翘金异常。
进一步，本发明镀膜方法镀膜速率快、效率高，适合大批量生产，且镀出来的膜层表面较为粗糙，膜层与膜层之间的粘附性很好，整个电极稳定性很好。本发明从制程上考虑，工艺简单，常规的黄光工艺即可满足镀金前的黄光准备，另金属蒸镀工艺简单，一次蒸镀，可形成良好的粘附性以及光的反射效果，有效避免了现有技术中两次镀金工艺，并且制备过程管控更加自动化，便于操作。
附图说明
图1显示为本发明的LED金属电极结构的结构示意图。
图2显示为本发明的LED金属电极结构的制备方法的流程示意图。
元件标号说明
11 外延片
12 Cr层
13 Al层
14 第一Ti层
15 第一Ni层
16 第二Ti层
17 第二Ni层
18 Au层
S21-S23 步骤
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1至图2，需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1所示，本发明提供一种LED金属电极结构，由外延片11的表层向外依次包括Cr层12、Al层13、第一Ti层14、第一Ni层15、第二Ti层16、第二Ni层17和Au层18。
Cr层12的厚度为如果Cr层太薄，电极与外延片11的黏附力不行，同时电压会升高，的厚度几乎不会对芯片内部发出的光产生吸收，从而降低整体电极对光的吸收率，因此，Cr层的厚度的设计能保证高亮度又能保证电极与外延片11有好的粘附力和低电压。
在本实施例中，Cr层12的厚度为当然，此处所列举的厚度范围为最优选的范围，在其它的实施例中，Cr层12的厚度可以根据实际需求进行选择，并不限定于此。
Al层13的厚度为Al是用来反射光的，要有稳定的反射作用必须要有至少的厚度，铝层太薄反射率不稳定，亮度会降低，铝层太厚会导致后续的打线过程中电极从铝层处断裂，的厚度即能保证高的发光效率又能保证电极在打线时的稳定性。
在实施例中，Al层13的厚度为当然，此处所列举的厚度范围为最优选的范围，在其它的实施例中，Al层的厚度可以根据实际需求进行选择，并不限定于此。
第一Ti层14的厚度为第一Ni层15的厚度为第二Ti层16的厚度为第二Ni层17的厚度为Ti、Ni层的作用主要是防止Al向Au扩散，从而提升电极稳定性以及热稳定性；Ti、Ni交替的作用主要是为消除Ni应力，杜绝在蒸镀过程中产生翘金异常。厚度的交替更好的解决此翘金异常和Al/Au扩散。
在实施例中，第一Ti层14的厚度为第一Ni层15的厚度为第二Ti层16的厚度为第二Ni层17的厚度为
Au层18的厚度为金的厚度是出于成本和焊线考虑的，太厚黄金成本高，太薄会导致后续的焊线过程中焊线焊不上，的Au层18可以保证焊线和低的成本。
在实施例中，Au层18的厚度为此处所列举的厚度范围为最优选的范围，在其它的实施例中，Au层18的厚度可以根据实际需求进行选择，并不限定于此。
另一方面，如图2所示，本发明提供一种LED金属电极结构的制备方法，包括以下步骤：
S21：提供一外延片11，制作电极图形。
S22：采用电子束蒸发真空镀膜机进行蒸镀电极。
S23：剥离与去胶。
首先，执行步骤S21，提供一外延片11，通过负性光刻胶做出电极图形，去胶处理，甩干。
在步骤S21中，外延片11的最表层为GaN外延层，通过GaN外延层与Cr层12直接粘连。
在步骤S21中，所述负性光刻胶做出电极图形的过程依次包括匀胶、软烤、曝光、硬烤和显影的过程。
所述匀胶过程具体为：采用SVS MSX～1000匀胶机进行匀胶；采用DNK～4200光刻机，控制光刻胶的厚度为2.4～2.9mm；在本实施例中，控制光刻胶的厚度为2.7mm。
所述软烤过程具体为：采用热板进行软烤，软烤的温度为100～105℃，软烤的时间90～120s；在本实施例中，软烤的温度为100℃，软烤的时间110s。
所述曝光过程中曝光能量80～100mj/cm2；在本实施例中，所述曝光过程中曝光能量85mj/cm2。
所述硬烤过程具体为：采用热板进行硬烤，硬烤的温度108～112℃，硬烤的时间为60～90s；在本实施例中，硬烤的温度110℃，硬烤的时间为80s。
所述显影过程具体为：使用自动显影机进行显影，显影的时间为30～90s，在本实施例中，显影的时间为70s。
所述去胶处理的过程采用等离子去胶机对芯片进行去胶处理，所述去胶处理的过程中氧气的流量为15-30mL/min，射频的时间为120～150s。在本实施例中，所述去胶处理的过程中氧气的流量为20mL/min，射频的时间为140s。
然后执行步骤S22，采用电子束蒸发真空镀膜机进行蒸镀电极。
具体来讲，采用电子束蒸发真空镀膜机进行蒸镀电极，工艺条件为：在电子束蒸发真空镀膜机的腔体压力为6.0×10-7Torr以及20-30℃室温条件下。先采用临20～PEB电子束蒸发真空镀膜机镀上在外延片11上首先蒸镀Cr层12，Cr层12的厚度控制在优选地，Cr层12厚度控制在然后蒸镀Al层13，Al层13厚度控制在优选地，Al层13厚度控制在再蒸镀第一Ti层14，第一Ti层14的厚度控制在优选地，第一Ti层14的厚度控制在再蒸镀第一Ni层15，第一Ni层15厚度控制在优选地，第一Ni层15厚度控制在然后蒸镀第二Ti层16，第二Ti层16厚度控制在优选地，第二Ti层16厚度控制在再蒸镀第二Ni层17，第二Ni层17的厚度控制在优选地，第二Ni层17的厚度控制在最后蒸镀Au层18，Au层18的厚度控制在优选地，Au层18的厚度控制在
在采用电子束蒸发真空镀膜机进行蒸镀电极过程中，Cr层12的蒸镀速率为Al层13的镀膜速率为Au层18的镀膜速率为第一Ti层14、第二Ti层16、第一Ni层15和第二Ni层17的镀膜速率为
在实施例中，Cr层12的蒸镀速率为Al层13的镀膜速率为Au层18的镀膜速率为第一Ti层14、第二Ti层16、第一Ni层15和第二Ni层17的镀膜速率为
最后执行步骤S23，剥离与去胶。
具体来讲，采用蓝膜对金属进行剥离，待金属剥离干净后再将电极放入去胶剂中进行超声浸泡。其中，所述去胶液选用为中性去胶液。所述超声浸泡过程中超声波发生器的振荡频率为20-30kHz。
测试结果：将本发明获得LED金属电极结构与常规的金属反射类的电极结构进行快速热退火测试，测试结果如表1所示，从表1可以看出，新电极结构具有更好的热稳定性，随着温度的增加，亮度(Iv)升高的幅度高于常规的金属反射类的电极结构，但电压(Vf1)升高的幅度远低于常规的金属反射类的电极结构。
表1本发明获得LED金属电极结构的热稳定性测试结果
综上所述，本发明LED电极结构中Cr层不但能够起到黏附作用，还能将传输到P、N电极的光反射回芯片内部，被反射回的光从芯片内部再射出来，从而提高了LED芯片的外量子效率；第一Ti层、第一Ni层、第二Ti层和第二Ni层的作用主要是防止Al向Au扩散，从而提升电极稳定性以及热稳定性；Ti、Ni交替的作用主要是为消除Ni应力，杜绝在蒸镀过程中产生翘金异常。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种LED金属电极结构，其特征在于，由外延片的表层向外依次包括Cr层、Al层、第一Ti层、第一Ni层、第二Ti层、第二Ni层和Au层。
2.根据权利要求1所述的LED金属电极结构，其特征在于，还包括以下任意一项或多项特征：
1)所述Cr层的厚度为
2)所述Al层的厚度为
3)所述第一Ti层的厚度为
4)所述第一Ni层的厚度为
5)所述第二Ti层的厚度为
6)所述第二Ni层的厚度为
7)所述Au层的厚度为
3.一种制备如权利要求1或2所述的LED金属电极结构的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S21：提供一外延片，制作电极图形：
通过负性光刻胶做出电极图形，去胶处理，甩干；
S22：采用电子束蒸发真空镀膜机进行蒸镀电极：
在电子束蒸发真空镀膜机的腔体内依次蒸镀所述Cr层、所述Al层、所述第一Ti层、所述第一Ni层、所述第二Ti层、所述第二Ni层和所述Au层；
S23：剥离与去胶：
采用蓝膜对金属进行剥离，待金属剥离干净后再将电极放入去胶剂中进行超声浸泡。
4.根据权利要求3所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S21中，所述负性光刻胶做出电极图形的过程依次包括匀胶、软烤、曝光、硬烤和显影的过程。
5.根据权利要求4所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S21中，所述匀胶过程具体为：采用SVS MSX～1000匀胶机进行匀胶；采用DNK～4200光刻机，控制光刻胶的厚度为2.4～2.9mm；
和/或，在步骤S21中，所述软烤过程具体为：采用热板进行软烤，软烤的温度为100～105℃，软烤的时间90～120s；
和/或，在步骤S21中，所述曝光过程中曝光能量80～100mj/cm2；
和/或，在步骤S21中，所述硬烤过程具体为：采用热板进行硬烤，硬烤的温度108～112℃，硬烤的时间为60～90s；
和/或，在步骤S21中，所述显影过程具体为：使用自动显影机进行显影，显影的时间为30～90s。
6.根据权利要求3所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S21中，所述去胶处理的过程采用等离子去胶机进行去胶处理，所述去胶处理的过程中氧气的流量为15-30mL/min，射频的时间为120～150s。
7.根据权利要求3所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S22中，所述电子束蒸发真空镀膜机的腔体内压力保持为6.0×10-7Torr，温度保持为20-30℃。
8.根据权利要求3所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S22中，所述Cr层的蒸镀速率为所述Al层的镀膜速率为所述Au层的镀膜速率为
9.根据权利要求3所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S22中，所述第一Ti层、所述第二Ti层、所述第一Ni层和所述第二Ni层的镀膜速率为
10.根据权利要求3所述的LED金属电极结构的制备方法，其特征在于，在步骤S23中，所述去胶液为中性去胶液。
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