CN113140658A - 一种高可靠性发光二极管电极的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，该制备方法包括以下步骤：(1)在制备好的LED外延片的表面制作牺牲层，牺牲层的倒角为30‑60°；(2)在牺牲层的表面蒸镀第一电极层；(3)升温加热，改变牺牲层的倒角；(4)在步骤(3)处理后牺牲层的表面蒸镀第二电极层；(5)去掉牺牲层。该制备方法通过改变牺牲层的倒角来调控第一电极和第二电极的制备过程，易于操作，节约成本，可有效提供电极的可靠性；且两次电极蒸镀之间无需将晶片从蒸镀腔中取出，避免了两侧蒸镀污染导致的电极隐患。
Description
技术领域
本发明涉及一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
作为最受重视的光源技术之一，LED一方面具有体积小的特征；另一方面具备低电流、低电压驱动的省电特性；同时它还具有结构牢固、抗冲击和抗震能力强，超长寿命等众多优点。其中，作为光电子领域的主要应用之一，GaN基材料得到了越来越多人的关注，利用GaN基半导体材料可制作出超高亮度蓝、绿、白光发光二极管。如今，下游应用对LED芯片的亮度要求越来越高，因此各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等技术。
对于目前的LED电极结构而言，通常由欧姆接触层、金属隔离层以及封装焊盘层组成。早期封装焊盘层为纯Au，为了降低生产成本，己知的一种方法是使用金属Al、Ag等低价格金属替换金属Au，但是金属Al、Ag性质较为活泼，侧壁裸露部分很容易在通电时发生电化学反应，导致掉电极、死灯等异常，严重影响了芯片的可靠性。
发明专利CN102130259A提出一种复合电极及其制作方法，其结构至下而上分别为:欧姆接触金属层、第一隔离金属层、填充金属层、第二隔离金属层、表面金属层，其中，第二隔离金属层和表面金属层覆盖在欧姆接触金属层、第一隔离金属层和填充金属层的上面和侧面，完全将这三个电极层包裹在电极内部。这种复合电极使用成本廉价的Al、Ag等活泼金属替代电极中的部分Au，降低了电极的成本，且具有更强的环境适应能力。但是其制作过程需要通过两次剥离去胶、两次蒸镀，且两次蒸镀之间需先从蒸镀腔体取出，这种方法工艺复杂，成本高，且存在因两次蒸镀污染导致的掉电极隐患。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，该电极的制备方法通过改变牺牲层的倒角来调控第一电极和第二电极的制备过程，易于操作，节约成本，可有效提供电极的可靠性。
本发明的技术方案为：
一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，发光二极管电极为复合电极，所述复合电极包括第一电极层和第二电极层，所述第二电极层设置在所述第一电极层上，且所述第二电极层包围第一电极层的侧壁；所述发光二极管电极的制备方法包括以下步骤：
(1)在制备好的LED外延片的表面制作牺牲层，所述牺牲层的倒角为30-60°；
(2)在牺牲层的表面蒸镀第一电极层；
(3)升温加热，改变牺牲层的倒角；通过升温可以改变牺牲层的倒角。
(4)在步骤(3)处理后牺牲层的表面蒸镀第二电极层；
(5)去掉牺牲层。
本发明以牺牲层作为二极管电极的掩膜，在制备好的LED外延片的表面生长第一电极层和第二电极层，通过加热会导致牺牲层的倒角发生收缩，改变牺牲层的倒角，调控第二层电极的制备,使得第二电极层能够覆盖第一电极层的顶部和侧壁；在第一电极层制备完成后，无需将晶片取出，避免制备过程中的对电极的污染，且对牺牲层在加热的过程中不会对电极层造成影响，整个过程简单，提高了电极的制备效率。
根据本发明优选的，步骤(3)中，将电子束蒸镀设备升温至90-120℃，再保温10-20分钟；优选的，将电子束蒸镀设备升温至110℃，保温15分钟。
通过升高温度，达到牺牲层材质的玻璃化转换温度(Tg)，牺牲层发生收缩，达到改变牺牲层倒角的目的，使得第二电极层能够覆盖第一电极层的顶部和侧壁。温度过高则会导致牺牲层的变形严重，温度过低则起不到改变牺牲层形状的作用。
根据本发明优选的，步骤(3)中，升温的速度为15-25℃/min；优选的，升温的速度为20℃/min。合适的升温速度有利于控制牺牲层形状的变化，更好的控制第二电极层的生长。
根据本发明优选的，步骤(1)中，使用负性光刻胶制作牺牲层，所述负性光刻胶的厚度为复合电极厚度的1.5-2.0倍。
负性光刻胶为光敏型聚合物，随温度变化可以发生形变，当温度高于其玻璃化转换温度(Tg)时会发生流动产生形变。进而改变牺牲层的倒角大小，调控第二电极的生长。
根据本发明优选的，步骤(2)中，利用电子束蒸镀的方法，在20-60℃条件下，在牺牲层的表面蒸镀第一电极层。
根据本发明优选的，步骤(1)中，所述制备好的LED外延片的顶层为欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的材质为ITO、ZnO和石墨烯中任一种。
根据本发明优选的，所述制备好的LED外延片的种类为GaN、AlGaAs、AlGaInP和SiC中任一种。
根据本发明优选的，所述第二电极层的材质为Au、Pt、TiAu合金、PtAu合金、PdAu合金中任一种。
本发明的有益效果为：
1.本发明通过在制备好的LED外延片表面制作一次牺牲层，可制备两层电极，两次电极蒸镀之间无需将晶片从蒸镀腔中取出，避免了两侧蒸镀污染导致的电极隐患。
2.本发明通过改变牺牲层的倒角和厚度调控第一电极和第二电极的形状，易于操作。
3.本发明所得发光二极管电极，不仅提高了芯片可靠性，而且工艺流程简单，可以有效降低成本。
附图说明
图1是LED芯片的常规电极结构示意图。
图2是本发明提供的具有高可靠性电极的结构示意图。
图3是经过步骤(1)处理后LED外延片的结构示意图。
图4是经过步骤(2)处理后LED外延片的结构示意图。
图5是经过步骤(4)处理后LED外延片的结构示意图。
图6是步骤(3)加热前、后的牺牲层倒角的形貌图。
100、制备好的LED外延片，200、牺牲层，300、复合电极，301、第一电极层，302、第二电极层。
具体实施方式
下面结合实施例和说明书附图对本发明做进一步说明，但不限于此。
实施例1
一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，发光二极管电极为复合电极300包括第一电极层301和第二电极层302，第一电极层301设置在制备好的LED外延片100的表面，第二电极层302设置在第一电极层301上，且第二电极层302包围第一电极层301的侧壁；发光二极管电极的制备方法包括以下步骤：
(1)提供LED外延片，并通过光刻、蒸镀、腐蚀等工艺完成电极制备前各工步，得到制备好的LED外延片100，制备好的LED外延片100的顶层为欧姆接触金属层，欧姆接触金属层的材质为ITO、ZnO和石墨烯中任一种。
本实施例中，制备好的LED外延片100的种类为AlGaInP红光外延片。
在制备好的LED外延片100的表面制作牺牲层200，结构如图3所示，使用负性光刻胶制作牺牲层200，负性光刻胶的厚度为
负性光刻胶的厚度为复合电极300厚度的2.0倍，负性光刻胶的倒角α为30°，倒角α的位置如图4中所示。
负性光刻胶为光敏型聚合物，随温度变化可以发生形变，当温度高于其玻璃化转换温度(Tg)时会发生流动产生形变。进而改变牺牲层200的倒角大小，调控第二电极的生长。
(2)利用电子束蒸镀的方法，在牺牲层200的表面蒸镀第一电极层301，结构如图4所示。
步骤(2)中，利用电子束蒸镀的方法，在20℃-60℃条件下在牺牲层200的表面蒸镀第一电极层301。
(3)电子束蒸镀设备开启加热，升温改变牺牲层200的倒角；通过升温可以改变牺牲层200的倒角。
步骤(3)中，电子束蒸镀设备的温度升高至100℃，再保温10分钟。升温前后负性光刻胶的形貌如图6所示，由图6可知，图中左侧图片为电子束蒸镀设备升温前负性光刻胶的形貌，负性光刻胶的形貌比较规整，电子束蒸镀设备升温后的形貌如图6中右侧的图片所示，由于负性光刻胶的发生收缩，负性光刻胶的倒角变大，倒角之间的间距变大从而导致在蒸镀第二电极层302的过程中第二电极层302能够覆盖第一电极层301的侧壁。
通过升高温度，达到牺牲层200材质的玻璃化转换温度(Tg)，牺牲层200发生收缩，达到改变牺牲层200倒角的目的，使得第二电极层302能够覆盖第一电极层301的顶部和侧壁。温度过高则会导致牺牲层200的变形严重，温度过低则起不到改变牺牲层200形状的作用。
其中，电子束蒸镀设备的升温的速度为15℃/min。合适的升温速度有利于控制牺牲层200形状的变化，更好的控制第二电极层302的生长。经过保温后，负性光刻胶的倒角α变为50°。
(4)待电子束蒸镀设备的温度降至60℃以下后蒸镀第二电极层302；如图5所示，在步骤(3)处理后牺牲层200的表面蒸镀第二电极层302；第二电极层302的材质为Au、Pt、TiAu合金、PtAu合金、PdAu合金中任一种。
(5)利用lift-off工艺去掉牺牲层200，完成LED电极的制备，结构如图2所示。
本实施例中，制备的第二电极层302侧壁的厚度为
而常规制备的电极结构如图1所示，存在第一电极层301侧壁裸露部分很容易在通电时发生电化学反应，导致掉电极、死灯等异常，严重影响了芯片的可靠性。
本发明以牺牲层200作为掩膜，在制备好的LED外延片100的表面生长第一电极层301和第二电极层302，通过加热会导致牺牲层200发生收缩，改变牺牲层200的倒角，调控第二层电极的制备，使得第二电极层302能够覆盖第一电极层301的顶部和侧壁；在第一电极层301制备完成后，无需将LED晶片取出，避免制备过程中的对电极的污染，且对牺牲层200在加热的过程中不会对电极层造成影响，整个过程简单，提高了电极的制备效率。
本实施例中，牺牲层200为I线负性光刻胶，其玻璃化转换温度(Tg)为90℃。
实施例2
根据实施例1提供的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，区别之处在于：
步骤(1)中，负性光刻胶的厚度为
负性光刻胶的倒角α为60°。
步骤(3)中，电子束蒸镀设备温度升高到110℃，温度升高的速度为20℃/min，保温10分钟后，负性光刻胶的倒角α变为80°。
本实施例中，制备好的LED外延片100的种类为GaN蓝光外延片；牺牲层200为I线负性光刻胶，其玻璃化转换温度(Tg)为100℃。
本实施例中，制备的第二电极层302侧壁的厚度为
实施例3
根据实施例1提供的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，区别之处在于：
步骤(1)中，负性光刻胶的厚度为
负性光刻胶的倒角α为45°。
步骤(3)中，电子束蒸镀设备温度升高到100℃，温度升高的速度为20℃/min，保温20分钟后，负性光刻胶的倒角α变为70°。
本实施例中，制备好的LED外延片100的种类为AlGaInP红光外延片；牺牲层200为G线负性光刻胶，其玻璃化转换温度(Tg)为90℃。
本实施例中，制备的第二电极层302侧壁的厚度为
实施例4
根据实施例1提供的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，区别之处在于：
步骤(1)中，负性光刻胶的厚度为
负性光刻胶的倒角α为50°。
步骤(3)中，电子束蒸镀设备温度升高到110℃，温度升高的速度为20℃/min，保温15分钟后，负性光刻胶的倒角α变为80°。
本实施例中，制备好的LED外延片100的种类为AlGaInP红光外延片；牺牲层200为G线负性光刻胶，其玻璃化转换温度(Tg)为100℃。
本实施例中，制备的第二电极层302侧壁的厚度为
Claims (8)
1.一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，发光二极管电极为复合电极，所述复合电极包括第一电极层和第二电极层，所述第二电极层设置在所述第一电极层上，且所述第二电极层包围第一电极层的侧壁；其特征在于，所述发光二极管电极的制备方法包括以下步骤：
(1)在制备好的LED外延片的表面制作牺牲层，所述牺牲层的倒角为30-60°；
(2)在牺牲层的表面蒸镀第一电极层；
(3)升温加热，改变牺牲层的倒角；
(4)在步骤(3)处理后牺牲层的表面蒸镀第二电极层；
(5)去掉牺牲层。
2.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，将电子束蒸镀设备升温至90-120℃，再保温10-20分钟；优选的，将电子束蒸镀设备升温至110℃，保温15分钟。
3.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，步骤(3)中，升温的速度为15-25℃/min；优选的，升温的速度为20℃/min。
4.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，使用负性光刻胶制作牺牲层，所述负性光刻胶的厚度为复合电极厚度的1.5-2.0倍。
5.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，利用电子束蒸镀的方法，在20-60℃条件下，在牺牲层的表面蒸镀第一电极层。
6.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所述制备好的LED外延片的顶层为欧姆接触金属层，所述欧姆接触金属层的材质为ITO、ZnO和石墨烯中任一种。
7.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，所述制备好的LED外延片的种类为GaN、AlGaAs、AlGaInP和SiC中任一种。
8.根据权利要求1所述的一种高可靠性发光二极管电极的制备方法，其特征在于，所述第二电极层的材质为Au、Pt、TiAu合金、PtAu合金、PdAu合金中任一种。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20210720 |