CN110098298B - 一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法 - Google Patents
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Abstract
一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，包括如下步骤：a)制备生长完成外延层的GaN基外延片；b)在P型GaN层上利用电子束蒸发台生长ITO层；c)蒸镀一层氯化铯层；d)制作电极掩膜图形；e)蒸镀金属电极；f)制作金属电极图形。使用镀膜机蒸镀的氯化铯层作为电极掩膜图形，只需要将制作完成金属膜层的氯化铯掩模图形放置到水里，氯化铯会吸水自动形成紧密的球状体，使整个氯化铯层与P型氮化镓之间以及与金属膜层之间的粘附性大大降低，通过超声处理，氯化铯会脱离ITO层表面，再使用粘性膜覆盖，很容易将整个氯化铯层除掉，间接的除掉氯化铯上的金属，从而剥离金属，得到完整的电极图形。
Description
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法。
背景技术
发光二极管，简称LED（Light Emitting Diode），是一种半导体组件。发光二极管通过电子与空穴的复合辐射发光，是一种依靠半导体P-N节进行电致发光的器件，由由氮、砷、镓、磷等的化合物制作而成，能够将电能转化为光能。发光二极管的基本结构是一块电致发光的半导体材料，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光，LED是置于一个有引线的架子上，然后在四周采用环氧树脂进行密封，有利于起到保护内部芯线的作用，因此LED的抗震性能非常好。
一般地，砷化镓发光二极管发红光，磷化镓发光二极管发绿光，碳化硅发光二极管发黄光，氮化镓二极管发蓝光。根据它们的化学性质不同，又可以分为有机发光二极管OLED和无机发光二极管LED。
同时，LED被广泛认可为第四代照明光源或者绿色光源，因为具有环保、节能、寿命长、体积小、稳定性好等各种特性，在各种背光源、普通照明、装饰、显示已经指示等领域应用尤为广泛，近年来，LED的研发及发展得到国家大力扶持，随着LED技术的发展，LED灯具在民用照明领域被普遍接受，得到空前规模的发展与进步。
LED产品主要应用于背光源、彩屏、室内照明三大领域。由于背光源是现阶段LED最大的应用市场，近几年驱动LED产业高速增长。未来在产品价格下降以及新一轮全球禁售白炽灯高潮兴起等因素的影响下，室内照明将替代背光源成为未来LED增长最快的细分领域。此外，近年来在小间距显示屏等产品升级因素驱动下，LED产品增速也不断提升，呈现稳健增长的趋势。综合来看，未来LED总需求将呈现持续增长，相关公司具备中长期投资价值。
完整的GaN基LED管芯结构从底层开始，一般包括衬底层，外延层，电流扩展层，金属电极层，保护层，其中的金属电极层分为P、N电极，P电极位于电流扩展层之上，而N电极在N型区之上，N型区是经过干法刻蚀或者湿法腐蚀出来的N-GaN部分。金属电极的制作，在传统工艺制作中，是利用光刻胶进行制作电极图形掩膜，然后蒸镀上金属膜层，再通过粘性胶进行剥离手法得到，最后去除剩余的残留光刻胶；或者直接进行金属膜层蒸镀，然后使用光刻胶制作掩模图形进行保护，使用湿法腐蚀出电极图形，最后去除剩余光刻胶。传统工艺方法整个制作过程较为繁琐，而且在制作完成电极图形后，需要将晶片表面的剩余光刻胶完全去除，而在金属覆盖后的前提下去胶，大多使用去胶液和有机溶剂进行配合，制作成本较高，且存在较大的几率去胶不彻底，较大幅度降低了芯片良率。
中国专利文献CN104538283A(201410797643.3)提出了一种硅片表面倒金字塔结构的制备方法，该方法包括：在硅片表面制备氯化铯岛结构；在带有氯化铯纳米岛结构的硅片表面蒸镀一层钛金属薄膜,放入去离子水中超声剥离，去掉氯化铯岛结构及其上的金属包膜，在硅片表面得到多孔钛薄膜；以多空钛薄膜为掩膜对硅片表面进行各向异性腐蚀；去除硅片表面的多孔钛薄膜，在硅片表面得到倒金字塔结构。该发明采用真空氯化铯镀膜、氯化铯自组装、真空热蒸发镀金属膜、剥离和湿法各向异性腐蚀技术完成，降低了制备成本，克服了其在大规模生产化方面及在制备纳米量级小尺度金字塔阵列等方面被限制应用的缺陷。但是将该方法应用于LED金属电极的制作过程中，使用氯化铯纳米岛作为掩膜会在纳米岛周围存在较多的残留金属，不适于电极金属的规模化制作。
中国专利文献CN102956759A(201110241681.0)提出了剥离制备ITO图形的方法，该方法包括：先蒸镀一层厚度高于ITO层的SiO2层，然后利用光刻胶作掩膜腐蚀出所需的SiO2图形；去胶之后，在SiO2层上蒸镀ITO层，利用SiO2腐蚀液对ITO和SiO2腐蚀速率差距较大将晶片侧壁SiO2层腐蚀至微钻，使SiO2层粘附性变差，然后利用膜剥离SiO2层的方法得到所需要的ITO图形。 在制作金属电极图形时，如果使用SiO2层作为掩膜图形，利用腐蚀方法剥离金属电极，会对金属电极产生腐蚀破坏，SiO2层不适合金属电极制作的掩膜图形。
由此，针对现有GaN基LED晶片电极图形制作的弊端，有必要研究一种制作成本较低、效率高，且制成过程简便的金属电极图形的制作方法。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种制作成本较低、效率高并且工艺稳定的GaN基LED晶片金属电极图形制作方法。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，包括如下步骤：
a)制备生长完成外延层的GaN基外延片，该GaN基外延片自下而上分别为衬底层、N型GaN层、量子阱层以及P型GaN层,在外延片N区使用刻蚀机刻蚀到N型GaN层，形成N电极区；
b)在P型GaN层上利用电子束蒸发台生长ITO层，使用光刻胶制作掩膜图形，利用湿法腐蚀工艺腐蚀出ITO图形，腐蚀完成后对ITO层进行高温退火处理；
c)在GaN基外延片放置于电子束蒸发台中在真空环境下加热蒸镀一层氯化铯层；
d)使用负性光刻胶在GaN基外延片表面进行涂胶，将涂胶后的GaN基外延片放置到热板上进行第一次烘烤；
e)将GaN基外延片进行曝光操作，将曝光后的GaN基外延片放置到热板上进行第二次烘烤；
f)将GaN基外延片放入显影液中显影，显影时间为20-50秒，显影液温度为50-70℃，显影液保持恒温，显影的同时进行超声处理，超声完成后使用有机溶剂进行去胶操作；
g)将GaN基外延片放置到电子束蒸发台内，在常温真空环境下进行金属电极蒸镀；
h)将GaN基外延片放置到纯水中，进行超声处理；
i)使用粘性膜粘贴掉ITO层上的氯化铯层与附着在氯化铯层表面的P、N金属电极，使用粘性膜粘贴掉N型GaN层上的氯化铯层与附着在氯化铯层表面的P、N金属电极，得到金属电极图形。
优选的，上述步骤b)中利用电子束蒸发台生长ITO层时电子束蒸发台腔室温度为220-350℃，ITO层的厚度为600-3600埃。
优选的，上述步骤b)中光刻胶为正性光刻胶，光刻胶厚度为10000-30000埃。
优选的，上述步骤b)中高温退火处理时温度为500-580℃，使用接触式退火设备进行退火处理，退火时间为10-15min。
优选的，上述步骤c)中真空环境中的真空值不低于9.0E-6Torr。
优选的，上述步骤c)中加热蒸镀氯化铯层的温度为100-150℃，氯化铯层的厚度为3000-10000埃，蒸镀速率为5-10埃/秒。
优选的，上述步骤d)中涂胶厚度为5000-15000埃，第一次烘烤温度为80-110℃，时间为3-10min。
优选的，上述步骤e)中第二次烘烤温度为80-110℃，时间为3-10min。
优选的，上述步骤f)中超声处理中超声功率为20-50kHz,超声时间为3-5min，有机溶剂采用丙酮溶液，采用有机溶液去胶后进行干燥处理。
优选的，上述步骤h)中超声处理中超声功率为60-80kHz,超声时间为5-10min。
本发明的有益效果是：使用镀膜机蒸镀的氯化铯层作为电极掩膜图形，因为氯化铯具有良好的吸水性，在形成电极图形时，只需要将制作完成金属膜层的氯化铯掩模图形放置到水里，氯化铯会吸水自动形成紧密的球状体，使整个氯化铯层与P型氮化镓之间以及与金属膜层之间的粘附性大大降低，通过超声处理，氯化铯会脱离ITO层表面，再使用粘性膜覆盖，很容易将整个氯化铯层除掉，间接的除掉氯化铯上的金属，从而剥离金属，得到完整的电极图形。因为直接使用纯水超声进行电极剥离，避免了光刻胶的使用，整个制程中不需要进行特殊的去胶制程，减少了去胶液和有机溶剂的使用量，大大降低了生产成本，更加缩短了制程工艺，提高了制作效率。 不需要使用光刻胶、腐蚀液，全部使用常规设备制作，整个过程制作易操作、实现简便、制程时间较短，大大提升了管芯制作效率，大大降低了生产成本，制作过程安全，适用于大规模量化生产，通用于所有GaN基LED晶片金属电极的制备工艺。
附图说明
图1为本发明腐蚀完成ITO图形后的LED管芯剖面结构示意图；
图2为本发明生长氯化铯层后的LED管芯剖面结构示意图；
图3为本发明制作电极掩膜图形后的LED管芯剖面结构示意图；
图4为本发明蒸镀金属电极后的LED管芯剖面结构示意图；
图5为本发明金属电极图形完成后的LED管芯剖面结构示意图；
图中，1.衬底层 2.N型GaN层 3.量子阱层 4.P型GaN层 5.ITO层 6.氯化铯层7.P、N金属电极。
具体实施方式
下面结合附图1至附图5对本发明做进一步说明。
一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，包括如下步骤：
a)制备生长完成外延层的GaN基外延片，该GaN基外延片自下而上分别为衬底层1、N型GaN层2、量子阱层3以及P型GaN层4,在外延片N区使用刻蚀机刻蚀到N型GaN层2，形成N电极区；
b)在P型GaN层4上利用电子束蒸发台生长ITO层5，使用光刻胶制作掩膜图形，利用湿法腐蚀工艺腐蚀出ITO图形，腐蚀完成后对ITO层5进行高温退火处理；
c)在GaN基外延片放置于电子束蒸发台中在真空环境下加热蒸镀一层氯化铯层6；
d)使用负性光刻胶在GaN基外延片表面进行涂胶，将涂胶后的GaN基外延片放置到热板上进行第一次烘烤；
e)将GaN基外延片进行曝光操作，将曝光后的GaN基外延片放置到热板上进行第二次烘烤；
f)将GaN基外延片放入显影液中显影，显影时间为20-50秒，显影液温度为50-70℃，显影液保持恒温，显影的同时进行超声处理，超声完成后使用有机溶剂进行去胶操作；
g)将GaN基外延片放置到电子束蒸发台内，在常温真空环境下进行金属电极蒸镀；
h)将GaN基外延片放置到纯水中，进行超声处理；
i)使用粘性膜粘贴掉ITO层5上的氯化铯层6与附着在氯化铯层6表面的P、N金属电极7，使用粘性膜粘贴掉N型GaN层2上的氯化铯层6与附着在氯化铯层6表面的P、N金属电极7，得到金属电极图形。
本GaN基LED晶片金属电极图形制作方法使用镀膜机蒸镀的氯化铯层6作为电极掩膜图形，因为氯化铯具有良好的吸水性，在形成电极图形时，只需要将制作完成金属膜层的氯化铯掩模图形放置到水里，氯化铯会吸水自动形成紧密的球状体，使整个氯化铯层6与P型氮化镓之间以及与金属膜层之间的粘附性大大降低，通过超声处理，氯化铯会脱离ITO层5表面，再使用粘性膜覆盖，很容易将整个氯化铯层6除掉，间接的除掉氯化铯上的金属，从而剥离金属，得到完整的电极图形。因为直接使用纯水超声进行电极剥离，避免了光刻胶的使用，整个制程中不需要进行特殊的去胶制程，减少了去胶液和有机溶剂的使用量，大大降低了生产成本，更加缩短了制程工艺，提高了制作效率。 不需要使用光刻胶、腐蚀液，全部使用常规设备制作，整个过程制作易操作、实现简便、制程时间较短，大大提升了管芯制作效率，大大降低了生产成本，制作过程安全，适用于大规模量化生产，通用于所有GaN基LED晶片金属电极的制备工艺。
实施例1：
上述步骤b)中利用电子束蒸发台生长ITO层5时电子束蒸发台腔室温度为220-350℃，ITO层5的厚度为600-3600埃。
实施例2：
上述步骤b)中光刻胶为正性光刻胶，光刻胶厚度为10000-30000埃。
实施例3：
上述步骤b)中高温退火处理时温度为500-580℃，使用接触式退火设备进行退火处理，退火时间为10-15min。
实施例4：
上述步骤c)中真空环境中的真空值不低于9.0E-6Torr。
实施例5：
上述步骤c)中加热蒸镀氯化铯层6的温度为100-150℃，氯化铯层6的厚度为3000-10000埃，蒸镀速率为5-10埃/秒。
实施例6：
上述步骤d)中涂胶厚度为5000-15000埃，第一次烘烤温度为80-110℃，时间为3-10min。
实施例7：
上述步骤e)中第二次烘烤温度为80-110℃，时间为3-10min。
实施例8：
上述步骤f)中超声处理中超声功率为20-50kHz,超声时间为3-5min，有机溶剂采用丙酮溶液，采用有机溶液去胶后进行干燥处理。
实施例9：
上述步骤h)中超声处理中超声功率为60-80kHz,超声时间为5-10min。
Claims (6)
1.一种GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)制备生长完成外延层的GaN基外延片，该GaN基外延片自下而上分别为衬底层（1）、N型GaN层（2）、量子阱层（3）以及P型GaN层（4）,在外延片N区使用刻蚀机刻蚀到N型GaN层（2），形成N电极区；
b)在P型GaN层（4）上利用电子束蒸发台生长ITO层（5），使用光刻胶制作掩膜图形，利用湿法腐蚀工艺腐蚀出ITO图形，腐蚀完成后对ITO层（5）进行高温退火处理，高温退火处理时温度为500-580℃，使用接触式退火设备进行退火处理，退火时间为10-15min；
c)在GaN基外延片放置于电子束蒸发台中在真空环境下加热蒸镀一层氯化铯层（6），加热蒸镀氯化铯层（6）的温度为100-150℃，氯化铯层（6）的厚度为3000-10000埃，蒸镀速率为5-10埃/秒；
d)使用负性光刻胶在GaN基外延片表面进行涂胶，将涂胶后的GaN基外延片放置到热板上进行第一次烘烤，涂胶厚度为5000-15000埃，第一次烘烤温度为80-110℃，时间为3-10min；
e)将GaN基外延片进行曝光操作，将曝光后的GaN基外延片放置到热板上进行第二次烘烤，第二次烘烤温度为80-110℃，时间为3-10min；
f)将GaN基外延片放入显影液中显影，显影时间为20-50秒，显影液温度为50-70℃，显影液保持恒温，显影的同时进行超声处理，超声完成后使用有机溶剂进行去胶操作；
g)将GaN基外延片放置到电子束蒸发台内，在常温真空环境下进行金属电极蒸镀；
h)将GaN基外延片放置到纯水中，进行超声处理；
i)使用粘性膜粘贴掉ITO层（5）上的氯化铯层（6）与附着在氯化铯层（6）表面的P、N金属电极（7），使用粘性膜粘贴掉N型GaN层（2）上的氯化铯层（6）与附着在氯化铯层（6）表面的P、N金属电极（7），得到金属电极图形。
2.根据权利要求1所述的GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，其特征在于：所述步骤b)中利用电子束蒸发台生长ITO层（5）时电子束蒸发台腔室温度为220-350℃，ITO层（5）的厚度为600-3600埃。
3.根据权利要求1所述的GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，其特征在于：所述步骤b)中光刻胶为正性光刻胶，光刻胶厚度为10000-30000埃。
4.根据权利要求1所述的GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，其特征在于：所述步骤c)中真空环境中的真空值不低于9.0E-6Torr。
5.根据权利要求1所述的GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，其特征在于：所述步骤f)中超声处理中超声功率为20-50kHz,超声时间为3-5min，有机溶剂采用丙酮溶液，采用有机溶液去胶后进行干燥处理。
6.根据权利要求1所述的GaN基LED晶片金属电极图形制作方法，其特征在于：所述步骤h)中超声处理中超声功率为60-80kHz,超声时间为5-10min。
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