CN113990995B - 一种具有Ag反射镜的mini/micro LED及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种具有Ag反射镜的mini/micro LED及其制作方法，该mini/micro LED包括蓝宝石基板、LED外延层、P电极、N电极、第一钝化层、Ag反射镜、第二钝化层和焊盘电极；Ag反射镜通过大马士革工艺镶嵌在第一钝化层上；第二钝化层沉积在Ag反射镜和第一钝化层表面，并将Ag反射镜覆盖。本发明mini/micro LED通过大马士革工艺引入Ag反射镜，可以很精确的控制芯片表面Ag镜膜覆盖区域与厚度，反射率得到大大提高，同时将Ag反射镜制作在SiO2层之间，形成全方位反射层，对不同角度的入射光均有很好的反射效果，同时Ag反射镜被两层SiO2有效保护，不会被氧化或腐蚀，质量稳定。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种具有Ag反射镜的mini/micro LED及其制作方法。
背景技术
现有的mini/micro LED芯片，表面反射一般会采用蒸镀DBR（分布布拉格反射镜）反射层技术来提高反射率，通常是采用TiO2与SiO2叠层循环结构。这种结构虽然可以取得比较好的反射率，但是还是无法满足现今要求，为了达到更加优良的反射效果，需要设置40对以上的膜层，这就使得整体厚度需要达到4微米以上，且整体制作过程也非常耗时。同时，由于需要在表面制作电极，这就需要对叠层循环结构厚膜进行刻蚀，难度较大，而且由于mini/micro LED芯片尺寸小，受整体芯片设计的限制，制作电极的孔直径也很小，这又进一步加大了制作难度。而这种叠层循环结构厚膜不仅制作过程难度高，而且复杂耗时，使得质量难以保证，成本也会很高。
鉴于上述情况，提供一种工艺简单、反射率高、成本低的mini/micro LED及其制作方法显得非常必要。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种具有Ag反射镜的mini/micro LED及其制作方法，该mini/micro LED通过大马士革工艺引入Ag反射镜，可以很精确的控制芯片表面Ag镜膜覆盖区域与厚度，反射率得到大大提高，同时将Ag反射镜制作在SiO2层之间，形成全方位反射层，对不同角度的入射光均有很好的反射效果，同时Ag反射镜被两层SiO2有效保护，不会被氧化或腐蚀，质量稳定。
本发明提供的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED，所述mini/micro LED包括蓝宝石基板、LED外延层、P电极、N电极、第一钝化层、Ag反射镜、第二钝化层和焊盘电极；
所述LED外延层键合在所述蓝宝石基板上；
所述LED外延层上两端分别蚀刻有P电极和N电极；
所述第一钝化层沉积在所述LED外延层表面；
所述Ag反射镜通过大马士革工艺镶嵌在所述第一钝化层上；
所述第二钝化层沉积在所述Ag反射镜和所述第一钝化层表面，并将所述Ag反射镜覆盖；
所述焊盘电极贯穿所述第一钝化层和所述第二钝化层分别与P电极和N电极接触。
本技术方案中在采用大马士革工艺在mini/micro LED中引入Ag反射镜，反射率大大提高，可提高LED的亮度，同时将Ag反射镜制作在SiO2钝化层上，低折射率的SiO2与高反射率的Ag膜形成全方位发射层，对不同角度的入射光线均有很好的反射效果；Ag反射镜设置在第一钝化层和第二钝化层之间，被SiO2有效的保护，可以使得Ag在复杂的使用环境中，不会被氧化或腐蚀，质量稳定。
进一步的，上述技术方案中，所述LED外延层通过在GaAs基板上，自下而上依次外延生长GaAs 缓冲层、GaInP 腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层、GaInP电极保护层、AlGaInP电流扩展层、第一AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构、第二AlGaInP波导层、第二AlInP限制层、过渡层、GaP窗口层获得。
进一步的，上述技术方案中，所述Ag反射镜的Ag镜膜层采用电子束蒸发或磁控溅射技术制作，所述Ag镜膜层厚度为1-2μm，优选为1μm。
本发明还提供一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，包括以下步骤：
S1.使用MOCVD技术在GaAs基板上生长mini/micro LED的外延层；
S2.进行mini/micro LED Ag反射镜制作前的芯片工艺制作，包括台面制作、P电极制作、N电极制作；
S3.使用PECVD技术沉积第一钝化层并进行表面化学机械抛光；
S4.利用光刻、干蚀刻技术制作Ag反射镜图形；
S5.利用电子束蒸发或磁控溅射技术制作Ag镜膜层；
S6.应用大马士革工艺制作Ag反射镜；
S7.使用PECVD技术沉积第二钝化层，并蚀刻接触孔；
S8.利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术制作焊盘电极；
S9.蓝宝石基板减薄、最后抛光、进行激光隐形切割、劈裂，完成mini/micro LED制作。
由于Ag金属在LED制作中较难蚀刻，所以一般使用光刻掩膜技术进行蚀刻，而对于厚膜的蚀刻一是蚀刻难度大，耗时耗力，二是蚀刻精确度不高，图形不规整，质量难以保证。本技术方案采用大马士革工艺制作mini/micro LED的Ag反射镜，无需腐蚀金属或剥离金属，通过化学机械抛光的方式就可以去除多余的金属，不仅规避了电极金属难以蚀刻的问题，而且尺寸精度高，可以很精准的控制芯片表面Ag反射膜覆盖区域与厚度，得到的mini/micro LED具有高反射率，亮度得到提高。
进一步的，上述技术方案S3中，所述第一钝化层为SiO2层，厚度为15-20μm，折射率控制在1.45-1.46之间；所述PECVD工艺条件为：反应气体为SiH4和N2O，流量比为1:4，载气为N2，占总体气流量的50%，射频功率为50-60W，腔体压力90-110Pa；所述表面化学机械抛光的工作条件为：工作压力为1.5-2.5psi，上盘转速为100±5rpm，下盘转速为90±5rpm，抛光时间为5-8min，抛光后，表面粗糙度控制在1-5nm。由于SiO2蚀刻比较容易控制，所以本技术方案中可以通过控制沉积第一钝化层的厚度及蚀刻深度来控制Ag反射镜的厚度。同时利用化学机械抛光方法，可避免了使用负胶剥离带来图形相貌差、光刻条件难以控制、去胶困难等问题。
进一步的，上述技术方案S4中，所述光刻、干蚀刻技术的蚀刻气体为SF6/O2，所述蚀刻深度为0.5-0.8μm。
进一步的，上述技术方案S5中，所述Ag镜膜层厚度为1-2μm，优选为1μm。
进一步的，上述技术方案S6中，利用大马士革工艺抛光至所述第一钝化层的SiO2层自然停止，除图形内的Ag反射镜外，第一钝化层SiO2上的Ag层被研磨去除，Ag反射镜镶嵌在所述第一钝化层中。
进一步的，上述技术方案S7中，所述第二钝化层为SiO2层，厚度为2-5μm，折射率控制在1.45-1.46之间；所述PECVD工艺条件为：反应气体为SiH4和N2O，流量比为1:4，载气为N2，占总体气流量的50%，射频功率为50-60W，腔体压力90-110Pa；所述接触孔制作利用光刻膜作为掩膜，ICP蚀刻出接触孔，一直蚀刻到P电极和N电极，所述蚀刻用气体为SF6/O2。
进一步的，上述技术方案S8中，所述焊盘电极结构为Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ni-Au，其中，每层Ti的厚度为100nm，每层Al的厚度为500nm，Ni的厚度为100nm，Au的厚度为400nm，总厚度为3.5μm。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
1.本发明mini/micro LED采用Ag反射镜技术，Ag厚度无需很厚，其反射效果可以达到99%以上，亮度提高30%以上。
2.本发明利用大马士革技术制作Ag反射镜，可以很精确的控制LED芯片表面Ag膜的覆盖区域与厚度，且规避了Ag金属难以蚀刻的难题。
3.本发明将Ag反射镜制作在第一钝化层的SiO2层上，低折射率的SiO2与高反射率的Ag膜形成全方位反射层，对不同角度的入射光线均有很好的反射效果，同时Ag膜在两层SiO2之间，可有效得到保护，使得Ag在复杂的使用环境中，不会被氧化或腐蚀，质量稳定。
4.本发明制作方法工艺简单、反射率高、成本低。
附图说明
图1为本发明一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法S3中沉积第一钝化层后所得结构的截面结构示意图；
图2为本发明一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法S3中CMP抛光后所得结构的截面结构示意图；
图3为本发明一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法S4中制作Ag反射镜图形后所得结构的截面结构示意图；
图4为本发明一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法S5中制作Ag镜膜层后所得结构的截面结构示意图；
图5为本发明一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法S6中制作Ag反射镜后所得结构的截面结构示意图；
图6为本发明一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法S8中制作焊盘电极后所得结构的截面结构示意图。
示意图中标号说明：
1.LED外延层；2.蓝宝石基板；3.N电极；4.P电极；5.第一钝化层；6.Ag镜膜层；7.Ag反射镜；8.第二钝化层；9.焊盘电极。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
在本申请的描述中，需要理解的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
请参阅图1至图6，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，遂图示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形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局形态也可能更为复杂。
本发明提供的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED，所述mini/micro LED的截面结构示意图如图6所示，包括蓝宝石基板2、LED外延层1、P电极4、N电极3、第一钝化层5、Ag反射镜7、第二钝化层8和焊盘电极9；
所述LED外延层1键合在所述蓝宝石基板2上；
所述LED外延层1上两端分别蚀刻有P电极4和N电极3；
所述第一钝化层5沉积在所述LED外延层1表面；
所述Ag反射镜7通过大马士革工艺镶嵌在所述第一钝化层5上；
所述第二钝化层8沉积在所述Ag反射镜7和所述第一钝化层5表面，并将所述Ag反射镜7覆盖；
所述焊盘电极9贯穿所述第一钝化层5和所述第二钝化层8分别与P电极4和N电极3接触。
本发明还提供的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，包括以下步骤：
S1.使用MOCVD技术在GaAs基板上生长mini/micro LED的LED外延层1；
具体地，使用MOCVD技术，在GaAs基板上依次外延生长GaAs缓冲层、GaInP腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层、GaInP电极保护层、AlGaInP电流扩展层、第一AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构（MQW）、第二AlGaInP波导层、第二AlInP限制层、过渡层、GaP窗口层。其中，AlGaInP电流扩展层厚度控制在3-3.5μm之间，第一AlGaInP波导层厚度为100±5nm，第二AlGaInP波导层厚度为90±5nm，GaP窗口层厚度为9μm。
S2.进行mini/micro LED Ag反射镜制作前的芯片工艺制作，包括台面制作、P电极4制作、N电极3制作；
具体地，在台面制作前，先在LED外延层与蓝宝石基板上，分别沉积3μm的SiO2，在将SiO2进行表面抛光后，将外延层与蓝宝石基板键合在一起。其中，LED外延层表面在沉积SiO2前，先进行粗化处理，粗化溶液使用碘酸溶液，所述典酸溶液包含碘酸、硫酸、氢氟酸和水，粗化深度0.3-0.5μm。还需要将衬底去除，其中，使用NH4OH：H2O2：H2O体积比为1:5:5的溶液进行反应，反应直到GaInP腐蚀截止层停止，截止层去除后，露出GaAs欧姆接触层，然后使用盐酸漂洗。
具体地，台面制作、P电极制作、N电极制作具体包括：首先利用光刻掩膜技术制作出台面图形，利用光刻胶作为掩膜，ICP蚀刻出台面，台面的深度控制在5.5-6.5μm，其中，蚀刻气体为Cl2/BCl3/HBr。然后利用负胶剥离技术，制作P电极，先用光刻胶作出P电极图形，然后使用电子束蒸发技术，将金属蒸发至wafer（晶圆）表面，再去除光刻胶，光刻胶上的金属随着光刻胶被移除，从而留下特定图形的金属作为电极，负胶剥离的好处是电极图形均匀一致。P电极材料包括Au、AuZn或AuBe，厚度为700-1000nm。N电极制作，首先使用光刻掩膜蚀刻技术，将表面的GaAs腐蚀出特定的形状，用H3PO4：H2O2：H2O体积比为1:1:3的溶液进行腐蚀，然后再使用负胶剥离，结合电子束蒸发技术，制作N电极，其后续流程与P电极过程一致，N电极包括Au/AuGeNi或AuGe，厚度为500-1000nm。
S3.使用PECVD技术沉积第一钝化层5并进行表面化学机械抛光；其所得结构的截面结构示意图如图1和2所示。
具体地，在沉积第一钝化层之前，先进行隔离道蚀刻，利用光刻掩膜技术制作出隔离道图形，利用光刻胶作为掩膜，ICP蚀刻出隔离道，一直蚀刻到键合层SiO2，其中，蚀刻气体为Cl2/BCl3/HBr。
然后使用PECVD技术，在所述制作好的P/N电极的外延层上沉积SiO2作为钝化层，厚度要求控制在15-20μm，折射率控制在1.45-1.46之间。其中，PECVD技术的条件为：反应气体为SiH4和N2O，流量比1:4，载气使用的是N2，占总体气流量的50%，射频功率为50-60W，腔体压力90-110Pa。
最后，对第一钝化层进行表面化学机械抛光（CMP）。其中，工作压力为1.5-2.5psi，上盘转速为100±5rpm，下盘转速为90±5rpm，抛光时间为5-8min，磨料使用直径为30-50nm的球形SiO2；通常情况下，抛光液配比可以是：磨料25g、无机碱3g、40％硅胶140mL以及添加剂10.5g，抛光后，表面粗糙度控制在1-5nm。
S4.利用光刻、干蚀刻技术制作Ag反射镜图形；其所得结构的截面结构示意图如图3所示。
具体地，利用光刻掩膜技术，在第一钝化层上制作出Ag反射镜图形，使用ICP技术蚀刻出Ag反射镜图形，蚀刻深度为0.5-0.8μm，蚀刻气体为SF6/O2。
S5.利用电子束蒸发或磁控溅射技术制作Ag镜膜层6；其所得结构的截面结构示意图如图4所示。
具体地，利用电子束蒸发或磁控溅射技术，在所述第一钝化层的表面沉积一层Ag镜膜层，厚度为1-2μm。
S6.应用大马士革工艺制作Ag反射镜7；其所得结构的截面结构示意图如图5所示。
具体地，应用大马士革工艺制作Ag反射镜，应用大马士革工艺抛光至所述第一钝化层SiO2层自然停止，此时除图形内的Ag反射镜外，SiO2上的Ag都被研磨刨除，Ag反射镜镶嵌在所述第一钝化层SiO2中。
S7.使用PECVD技术沉积第二钝化层8，并蚀刻接触孔；
具体地，使用PECVD技术在所第一钝化层及Ag反射镜表面沉积所述第二钝化层SiO2，其厚度要求控制在2-5μm，折射率控制在1.45-1.46之间。其中，PECVD技术的条件为：反应气体为SiH4和N2O，流量比1:4，载气使用的是N2，占总体气流量的50%，射频功率为50-60W，腔体压力90-110Pa。
S8.利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术制作焊盘电极9；其所得结构的截面结构示意图如图6所示。
具体地，首先利用光刻掩膜技术制作出接触孔图形，利用光刻胶作为掩膜，ICP蚀刻出接触孔，一直蚀刻到P/N电极；蚀刻气体为SF6/O2。然后，利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术，制作焊盘电极，电极结构为Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ni-Au，其中，每层Ti的厚度为100nm，每层Al的厚度为500nm，Ni的厚度为100nm，Au的厚度为400nm，总厚度为3.5μm。
S9.蓝宝石基板减薄、最后抛光、进行激光隐形切割、劈裂，完成mini/micro LED制作。
具体地，使用机械研磨减薄技术，然后进行CMP抛光减薄厚度为80-100μm。其中，抛光过程与之前SiO2抛光过程一致。
将本发明制作的mini/micro LED进行测试，结果其亮度提高了30%以上。
综上所述，本发明利用大马士革技术制作Ag反射镜，可以很精确的控制LED芯片表面Ag膜的覆盖区域与厚度，反射率得到大大提高，同时将Ag反射镜制作在SiO2层之间，形成全方位反射层，对不同角度的入射光均有很好的反射效果，同时Ag反射镜被两层SiO2有效保护，不会被氧化或腐蚀，质量稳定。
最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有Ag反射镜的mini/micro LED，其特征在于，所述mini/micro LED包括蓝宝石基板、LED外延层、P电极、N电极、第一钝化层、Ag反射镜、第二钝化层和焊盘电极；
所述LED外延层键合在所述蓝宝石基板上；
所述LED外延层上两端分别蚀刻有P电极和N电极；
所述第一钝化层沉积在所述LED外延层表面；
所述Ag反射镜通过大马士革工艺镶嵌在所述第一钝化层中；
所述第二钝化层沉积在所述Ag反射镜和所述第一钝化层表面，并将所述Ag反射镜覆盖；
所述焊盘电极贯穿所述第一钝化层和所述第二钝化层分别与P电极和N电极接触。
2.根据权利要求1所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED，其特征在于，所述LED外延层通过在GaAs基板上，自下而上依次外延生长GaAs 缓冲层、GaInP 腐蚀截止层、GaAs欧姆接触层、GaInP电极保护层、AlGaInP电流扩展层、第一AlInP限制层、第一AlGaInP波导层、多量子阱结构、第二AlGaInP波导层、第二AlInP限制层、过渡层、GaP窗口层获得。
3.根据权利要求1所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED，其特征在于，所述Ag反射镜的Ag镜膜层采用电子束蒸发或磁控溅射技术制作，所述Ag镜膜层厚度为1-2μm。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1.使用MOCVD技术在GaAs基板上生长mini/micro LED的外延层；
S2.进行mini/micro LED Ag反射镜制作前的芯片工艺制作，包括台面制作、P电极制作、N电极制作；
S3.使用PECVD技术沉积第一钝化层并进行表面化学机械抛光；
S4.利用光刻、干蚀刻技术制作Ag反射镜图形；
S5.利用电子束蒸发或磁控溅射技术制作Ag镜膜层；
S6.应用大马士革工艺将Ag反射镜镶嵌在所述第一钝化层中；
S7.使用PECVD技术沉积第二钝化层，并蚀刻接触孔；
S8.利用负胶剥离技术与电子束蒸镀技术制作焊盘电极；
S9.蓝宝石基板减薄、最后抛光、进行激光隐形切割、劈裂，完成mini/micro LED制作。
5.根据权利要求4所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，S3中，所述第一钝化层为SiO2层，厚度为15-20μm，折射率控制在1.45-1.46之间；所述PECVD工艺条件为：反应气体为SiH4和N2O，流量比为1:4，载气为N2，占总体气流量的50%，射频功率为50-60W，腔体压力90-110Pa；所述表面化学机械抛光的工作条件为：工作压力为1.5-2.5psi，上盘转速为100±5rpm，下盘转速为90±5rpm，抛光时间为5-8min，抛光后，表面粗糙度控制在1-5nm。
6.根据权利要求4所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，S4中，所述光刻、干蚀刻技术的蚀刻气体为SF6/O2，所述蚀刻深度为0.5-0.8μm。
7.根据权利要求4所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，S5中，所述Ag镜膜层厚度为1-2μm。
8.根据权利要求5所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，S6中，利用大马士革工艺抛光至所述第一钝化层的SiO2层自然停止，除图形内的Ag反射镜外，第一钝化层SiO2上的Ag层被研磨去除，Ag反射镜镶嵌在所述第一钝化层中。
9.根据权利要求4所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，S7中，所述第二钝化层为SiO2层，厚度为2-5μm，折射率控制在1.45-1.46之间；所述PECVD工艺条件为：反应气体为SiH4和N2O，流量比为1:4，载气为N2，占总体气流量的50%，射频功率为50-60W，腔体压力90-110Pa；所述接触孔制作利用光刻膜作为掩膜，ICP蚀刻出接触孔，一直蚀刻到P电极和N电极，所述蚀刻用气体为SF6/O2。
10.根据权利要求4所述的一种具有Ag反射镜的mini/micro LED的制作方法，其特征在于，S8中，所述焊盘电极结构为Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ti-Al-Ni-Au，其中，每层Ti的厚度为100nm，每层Al的厚度为500nm，Ni的厚度为100nm，Au的厚度为400nm，总厚度为3.5μm。
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