CN116544329B - 带微透镜阵列结构ito薄膜的led芯片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体器件加工领域，尤其涉及一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片及其制备方法。该带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，包括GaAs衬底，在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、布拉格反射层、n‑AlGaInP限制层、多量子阱有源层、p‑AlGaInP限制层和GaP窗口层，在GaAs衬底的下面制作N‑电极；所述GaP窗口层上设置有ITO薄膜层，ITO薄膜层上设置有P‑电极，在ITO薄膜层P‑电极覆盖区域外通过蚀刻形成若干个均匀分布、向下凹、具有非常规曲面的微透镜，光在ITO薄膜层的非常规曲面表面发生折射现象，实现对不同方向的光源进行光路调节，提升LED芯片产品的亮度和出光光效。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件加工领域，尤其涉及一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片及其制备方法。
背景技术
LED作为21世纪的照明新光源，同样亮度下，半导体灯耗电仅为普通白炽灯的l/10，寿命却可以延长100倍。LED器件为冷光源，其具有光效高，工作电压低，耗电量小，体积小，可平面封装，易于开发轻薄型产品，且光源本身不含汞、铅等有害物质，无红外和紫外污染，绿色环保等优点。因此，LED作为新型照明光源具有替代传统照明光源的极大潜力，并广泛应用于各种数码指示、户内外显示、装饰、背光源、普通照明和城市景观等领域。
二十世纪八十年代中期，日本研究人员提出将AlGaInP材料体系用来制造可见光的激光二极管，研究人员发现在GaInP中引入Al组分可以进一步缩短发光波长，但是如果Al含量过高将会导致器件的发光效率急剧下降，因为当GaInP中的Al含量超过0.53时，AlGaInP将变为间接带隙半导体，所以AlGaInP材料一般只用来制备发光波长570nm以上的LED器件。1997年，世界上第一支多量子阱(MQW)复合布拉格反射镜(DBR)结构的AlGaInP基LED诞生，基于此种结构设计的LED器件至今仍占据了LED市场的很大份额。
铝镓铟磷(AlGaInP)系材料发展迅速被用来制作高功率高亮度红光及黄光LED。现阶段AlGaInP系材料制造的红光LED已经商业化生产，以四元合金材料作为多量子阱有源区的LED具有极高的内量子效率。然而，由于受材料本身和衬底的局限，LED产品存在亮度不足、光型效果差的问题，因此需对AlGaInP材料体系的LED产品进行进一步改进，提高其出光亮度。
发明内容
基于此，本发明的目的之一在于提供一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，该LED芯片可实现光型调节，提升出光光效。
本发明的目的之二在于提供带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，该制备方法操作简单、生产成本低。
为了解决本发明的上述技术问题，本发明提供采用以下技术方案：
本发明的第一目的是提供一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，包括GaAs衬底，在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、布拉格反射层、n-AlGaInP限制层、多量子阱有源层、p-AlGaInP限制层和GaP窗口层，在GaAs衬底的下面制作N-电极；
所述GaP窗口层上设置有ITO薄膜层，所述ITO薄膜层上设置有P-电极，在所述ITO薄膜层P-电极覆盖区域外通过蚀刻形成若干个向下凹的微透镜；
所述微透镜呈开口向上的碗状结构，所述碗状结构具有非常规曲面；
所述非常规曲面的竖直剖面为依次相连的若干个斜坡面和一个平底面组成，所述斜坡面与中轴线的夹角从上至下依次增大。
ITO薄膜具有良好的横向电流扩展性，同时具有透过率高、导电性好、耐磨损、耐腐蚀的优点，并与GaP窗口层的粘附性好，常用于提高AlGaInP基芯片亮度的透明电极材料，现有技术中ITO薄膜通常为一个平面薄层结构，本发明对AlGaInP基芯片的ITO薄膜层结构进行改进，ITO薄膜通过多次蚀刻形成多个均匀分布、向下凹、具有非常规曲面的微透镜结构，光在通过ITO薄膜层时，在其非常规曲面表面发生折射现象，实现对不同方向的光源进行光路调节，通过呈矩形阵列排布的微透镜结构的共同作用，整体优化出光光型，提升LED芯片产品亮度。
进一步，所述若干个向下凹的微透镜在ITO薄膜层呈矩形阵列分布，ITO薄膜层上微透镜的数量为4-96个；
所述微透镜的上沿为圆形，所述圆形直径为10-20μm；微透镜的垂直方向最大深度为2-5μm；
所述非常规曲面的竖直剖面分为左右各3个从上到下依次相连的斜坡面和底部一个平底面组成，所述斜坡面与平底面的长度一致。
进一步，所述P-电极的材料包括Cr、Ti、Au；P-电极为圆柱体，其上、下表面圆的直径为55μm，P-电极的高度为2-4μm；
所述N-电极的材料为Au或AuGe，N-电极的厚度为2000埃。
本发明的另一目的是提供上述的带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
S1、生长LED外延片：利用MOCVD在GaAs衬底上向上依次生长缓冲层、布拉格反射层、n-AlGaInP限制层、多量子阱有源层、p-AlGaInP限制层、GaP窗口层，得到LED外延片；
S2、沉积介质膜层和蚀刻GaP窗口层：用有机溶剂清洗LED外延片，利用PECVD在GaP窗口层的表面沉积一层介质膜，然后采用光刻方式在介质膜上制作出图案化的CB孔图形，接着用介质膜腐蚀液腐蚀掉CB孔中的介质膜，再用蚀刻溶液对CB孔中GaP窗口层进行蚀刻，蚀刻深度为1500-5000埃，最后用去胶溶液去除表面光刻胶，用介质膜腐蚀液腐蚀掉表面剩余介质膜；
其中介质膜腐蚀液为氟化铵腐蚀液或含氟溶液，蚀刻溶液为Gap蚀刻液，去胶溶液为光阻去除剂；
S3、蒸镀ITO薄膜层：利用电子束蒸镀方式，直接在经蚀刻处理的GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层；
S4、制作P-电极：采用负胶套刻、电子束蒸镀方式制作图案化的P-电极，P-电极下方为蚀刻一定深度的GaP窗口层，通过lift-off工艺剥离，得到P-电极；
S5、制作微透镜阵列结构ITO薄膜层：采用正胶套刻在ITO薄膜层上制作光刻图形，并进一步利用干法蚀刻方式刻蚀出具有微凹透镜结构的微透镜阵列结构ITO薄膜层，其中光刻图形为具有规则的阵列排布孔；
S6、制备N-电极和切割：利用研磨技术对GaAs衬底减薄后，蒸镀N-电极、退火、切割、测试，形成带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片。
进一步，S2中，所述有机溶剂为丙酮和/或异丙醇。
进一步，S2中，所述介质膜为SiNx或SiO2介质膜，介质膜的厚度为1000-3000埃，其中X>0；
所述CB孔的直径为60-70μm。
进一步，S3中，所述电子束蒸镀方式的蒸镀镀率为10埃/秒，氧气流量为8-13sccm，温度为280-320℃。
进一步，S3中，所述ITO薄膜层的厚度为6-8μm，ITO薄膜层的材料为铟锡氧化物。
进一步，S5中，所述干法蚀刻方式为通过调节气体种类、流量，上下电极功率，进行3次选择性刻蚀。
进一步，S6中，所述退火的温度为380-430℃。
本发明的有益效果：
1、本发明对AlGaInP基芯片的ITO薄膜层结构进行改进，ITO薄膜通过多次蚀刻形成多个均匀分布、向下凹、具有非常规曲面的微透镜结构，光在通过ITO薄膜层时，在其非常规曲面表面发生折射现象，实现对不同方向的光源进行光路调节，通过呈矩形阵列排布的微透镜结构的共同作用，整体优化出光光型，提升LED产品亮度，满足人们对LED产品亮度高、光型效果好的要求。
2、本发明通过金属有机化学相沉积（MOCVD）生长出LED外延片、沉积介质膜层和蚀刻GaP窗口层、蒸镀ITO薄膜层、制作P-电极、制作微透镜阵列结构ITO薄膜层、制备N-电极和切割，最后获得了一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，该制备方法操作方便，生产成本低，可实现工业化生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的剖面结构示意图；
图2为本发明带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的正面结构示意图；
图3为本发明微透镜光罩版图；
图4为本发明带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的微透镜的剖面结构示意图；
其中，微透镜100、N-电极101、GaAs衬底102、缓冲层103、布拉格反射层104、n-AlGaInP限制层105、多量子阱有源层106、p-AlGaInP限制层107、GaP窗口层108、ITO薄膜层109、P-电极110、CB孔111、斜坡面200、平底面201。
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，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。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，包括GaAs衬底102，在GaAs衬底102的上面依次设有缓冲层103、布拉格反射层104、n-AlGaInP限制层105、多量子阱有源层106、p-AlGaInP限制层107和GaP窗口层108，在GaAs衬底102的下面制作N-电极101；
所述GaP窗口层108上设置有ITO薄膜层109，所述ITO薄膜层109上设置有P-电极110，在所述ITO薄膜层109P-电极110覆盖区域外通过蚀刻形成若干个向下凹的微透镜100；
所述微透镜100呈开口向上的碗状结构，所述碗状结构具有非常规曲面；
如图4所示，所述非常规曲面的竖直剖面为依次相连的若干个斜坡面200和一个平底面201组成，所述斜坡面与中轴线的夹角从上至下依次增大。
ITO薄膜通过多次蚀刻形成多个均匀分布、向下凹、具有非常规曲面的微透镜结构，光在通过ITO薄膜层时，在其非常规曲面表面发生折射现象，实现对不同方向的光源进行光路调节，通过呈矩形阵列排布的微透镜结构的共同作用，整体优化出光光型，提升LED芯片产品亮度。
如图2所示，所述若干个向下凹的微透镜100在ITO薄膜层109呈矩形阵列分布，ITO薄膜层109上微透镜100的数量为4-96个；微透镜100的上沿为圆形，所述圆形直径为10-20μm；微透镜100的垂直方向最大深度为2-5μm；
如图4所示，所述非常规曲面的竖直剖面分为左右各3个从上到下依次相连的斜坡面200和底部一个平底面201组成，所述斜坡面200与平底面201的长度一致。
在本申请的技术方案中，限定所述P-电极110的材料包括Cr、Ti、Au；P-电极110为圆柱体，其上、下表面圆的直径为55μm，P-电极110的高度为2-4μm；
所述N-电极101的材料为Au或AuGe，N-电极101的厚度为2000埃。
本发明还提供了上述的带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
S1、生长LED外延片：利用MOCVD在GaAs衬底102上向上依次生长缓冲层103、布拉格反射层104、n-AlGaInP限制层105、多量子阱有源层106、p-AlGaInP限制层107和GaP窗口层108，得到LED外延片；
S2、沉积介质膜层和蚀刻GaP窗口层：用有机溶剂清洗LED外延片，利用PECVD在GaP窗口层108的表面沉积一层介质膜，然后采用光刻方式在介质膜上制作出图案化的CB孔图形，接着用介质膜腐蚀液腐蚀掉CB孔111中的介质膜，再用蚀刻溶液对CB孔111中GaP窗口层108进行蚀刻，蚀刻深度为1500-5000埃，最后用去胶溶液去除表面光刻胶，用介质膜腐蚀液腐蚀掉表面剩余介质膜；
其中介质膜腐蚀液为氟化铵腐蚀液或含氟溶液，蚀刻溶液为Gap蚀刻液，去胶溶液为光阻去除剂；
S3、蒸镀ITO薄膜层：利用电子束蒸镀方式，直接在经蚀刻处理的GaP窗口层108上蒸镀ITO薄膜层109；
S4、制作P-电极：采用负胶套刻、电子束蒸镀方式制作图案化的P-电极110，P-电极110下方为蚀刻一定深度的GaP窗口层108，通过lift-off工艺剥离，得到P-电极110；
S5、制作微透镜阵列结构ITO薄膜层：采用正胶套刻在ITO薄膜层109上制作光刻图形，并进一步利用干法蚀刻方式刻蚀出具有微凹透镜结构的微透镜阵列结构ITO薄膜层109，其中光刻图形为具有规则的阵列排布孔；
S6、制备N-电极和切割：利用研磨技术对GaAs衬底102减薄后，蒸镀N-电极101、退火、切割、测试，形成带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片。
在一些优选的实施方式中，该带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，步骤S2中，所述有机溶剂为丙酮和/或异丙醇，所述介质膜为SiNx或SiO2介质膜，介质膜的厚度为1000-3000埃，其中X>0；所述CB孔111的直径为60-70μm。
在一些优选的实施方式中，该带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，步骤S3中，所述电子束蒸镀方式的蒸镀镀率为10埃/秒，氧气流量为8-13sccm，温度为280-320℃；所述ITO薄膜层109的厚度为6-8μm，ITO薄膜层109的材料为铟锡氧化物。
在一些优选的实施方式中，该带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，步骤S5中，所述干法蚀刻方式为通过调节气体种类、流量，上下电极功率，进行3次选择性刻蚀。
在一些优选的实施方式中，该带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，步骤S6中，所述退火的温度为380-430℃。
在另一些优选的实施方式中，本发明还提供上述一种带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，包括如下步骤：
S1、生长LED外延片：利用金属有机化学相沉积（MOCVD）在GaAs衬底102上向上依次生长缓冲层103、布拉格反射层104、n-AlGaInP限制层105、多量子阱有源层106、p-AlGaInP限制层107和GaP窗口层108，得到LED外延片；
S2、沉积介质膜层和蚀刻GaP窗口层：用丙酮溶剂清洗LED外延片，利用PECVD在GaP窗口层108的表面沉积一层厚度为2000埃的SiO2介质膜，然后采用光刻方式在SiO2介质膜上制作出图案化的CB孔图形，CB孔111直径大小为65μm，接着用氟化铵腐蚀液腐蚀掉CB孔111中的SiO2介质膜，再用GaP蚀刻液对CB孔111中GaP窗口层108进行蚀刻，蚀刻深度为4000埃，最后用光阻去除剂去除表面光刻胶，用介质膜腐蚀液腐蚀掉表面剩余SiO2介质膜；
S3、蒸镀ITO薄膜层：用丙酮溶剂清洗晶片，采用电子束蒸镀方式，直接在经蚀刻处理的GaP窗口层108上蒸镀7μm的ITO薄膜层109，ITO薄膜层109的材料为铟锡氧化物，蒸镀镀率为10埃/秒，氧气流量为12sccm，温度为300℃；
S4、制作P-电极：采用负胶套刻、电子束蒸镀方式制作图案化的P-电极110，P-电极110下方为蚀刻一定深度的GaP窗口层108，P-电极110的直径大小为55μm，P-电极110的厚度为3μm，P-电极110的材料为CrTiAu金属，通过lift-off工艺剥离，得到P-电极110；
S5、制作微透镜阵列结构ITO薄膜层：采用正胶套刻在ITO薄膜层109上制作光刻图形，光刻图形为具有规则的阵列排布孔，通过光刻工艺的调整，使光刻胶具有一定的斜度，利用干法蚀刻方式，通过调节气体种类及流量、上下电极功率，分三次选择性刻蚀，刻蚀出具有微透镜结构ITO薄膜层109，微透镜100的上沿圆形的直径为16μm，微透镜100的垂直方向最大深度为5μm；
S6、制备N-电极和切割：GaAs衬底102研磨至200μm，然后蒸镀背金属AuGe/Au，厚度为2000埃，并进行380-430℃高温快速退火；以获得背金属和与GaAs衬底102形成良好的欧姆接触，同时增强主电极与ITO薄膜层109粘附性，利用刀片切割的方式，以固定的间距，将芯片切穿，形成LED芯片。
所制得的带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的正面结构示意图见图2，其中100为微透镜，微透镜的上沿为圆形，所述圆形直径为16μm，从图2可以看出，96个微透镜在LED芯片上呈矩形阵列排布。在LED芯片的中心位置有两个大圆，其中外圆为CB孔111，内圆为P-电极110。P-电极110为圆柱体，其上、下表面圆的直径为55μm，P-电极110的高度为3μm。
用于制作图形化的模板为微透镜光罩版图，其版图见图3，通过微透镜光罩版图结合黄光工艺将不需要刻蚀的区域保护起来，需要刻蚀的区域通过干法蚀刻工艺刻蚀向下形成开口向上的碗状结构即微透镜。
微透镜的剖面结构示意图见图4，从图4可以看出，微透镜的剖面结构包括左右各3个从上到下依次相连的斜坡面200和底部一个平底面201组成，微透镜的竖直剖面沿着底部中心点的中轴线两侧呈对称分布，斜坡面200与平底面201的长度一致。
ITO薄膜通过多次蚀刻形成多个均匀分布、向下凹、具有非常规曲面的微透镜结构，光在通过ITO薄膜层时，在其非常规曲面表面发生折射现象，实现对不同方向的光源进行光路调节，通过呈矩形阵列排布的微透镜结构的共同作用，整体优化出光光型，提升LED芯片产品亮度。
将具有普通ITO 结构LED芯片和本发明所制备带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片分别放入LED晶圆片点测机内进行波长和亮度的测试，其中，普通ITO 结构LED芯片未做微透镜结构，ITO薄膜的厚度为1μm，芯片尺寸均为300μm×300μm，测试电流均为20mA，测试设备均为LED芯片点测机台。
具有普通ITO 结构LED芯片的发光波长为620-625nm，发光相对亮度为150mcd，本发明所制备带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的发光波长为620-625nm，相对亮度为172mcd，其相对于普通ITO 结构LED芯片提升15%。
上面对本专利的较佳实施方式作了详细说明，但是本专利并不限于上述实施方式，在本领域的普通技术人员所具备的知识范围内，还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (9)
1.带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，其特征在于：包括GaAs衬底，在GaAs衬底的上面依次设有缓冲层、布拉格反射层、n-AlGaInP限制层、多量子阱有源层、p-AlGaInP限制层和GaP窗口层，在GaAs衬底的下面制作N-电极；
所述GaP窗口层上设置有ITO薄膜层，所述ITO薄膜层上设置有P-电极，在所述ITO薄膜层P-电极覆盖区域外通过蚀刻形成若干个向下凹的微透镜；
所述微透镜呈开口向上的碗状结构，所述碗状结构具有非常规曲面；
所述非常规曲面的竖直剖面为依次相连的若干个斜坡面和一个平底面组成，所述斜坡面与中轴线的夹角从上至下依次增大；
所述微透镜的上沿为圆形，所述圆形直径为10-20μm；微透镜的垂直方向最大深度为2-5μm；
ITO薄膜层的厚度为6-8μm；
所述ITO薄膜层的制备方法为，利用电子束蒸镀方式，直接在经蚀刻处理的GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层；采用正胶套刻在ITO薄膜层上制作光刻图形，并进一步利用干法蚀刻方式刻蚀出具有微凹透镜结构的微透镜阵列结构ITO薄膜层，其中光刻图形为具有规则的阵列排布孔；
所述若干个向下凹的微透镜在ITO薄膜层呈矩形阵列分布，ITO薄膜层上微透镜的数量为4-96个；
所述非常规曲面的竖直剖面分为左右各3个从上到下依次相连的斜坡面和底部一个平底面组成，所述斜坡面与平底面的长度一致；
光在通过ITO薄膜层时，在其非常规曲面表面发生折射现象，实现对不同方向的光源进行光路调节，通过呈矩形阵列排布的微透镜结构的共同作用，整体优化出光光型。
2.根据权利要求1所述的带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片，其特征在于：所述P-电极的材料包括Cr、Ti、Au；P-电极为圆柱体，其上、下表面圆的直径为55μm，P-电极的高度为2-4μm；
所述N-电极的材料为Au或AuGe，N-电极的厚度为2000埃。
3.根据权利要求1-2任一项所述的带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、生长LED外延片：利用MOCVD在GaAs衬底上向上依次生长缓冲层、布拉格反射层、n-AlGaInP限制层、多量子阱有源层、p-AlGaInP限制层、GaP窗口层，得到LED外延片；
S2、沉积介质膜层和蚀刻GaP窗口层：用有机溶剂清洗LED外延片，利用PECVD在GaP窗口层的表面沉积一层介质膜，然后采用光刻方式在介质膜上制作出图案化的CB孔图形，接着用介质膜腐蚀液腐蚀掉CB孔中的介质膜，再用蚀刻溶液对CB孔中GaP窗口层进行蚀刻，蚀刻深度为1500-5000埃，最后用去胶溶液去除表面光刻胶，用介质膜腐蚀液腐蚀掉表面剩余介质膜；
S3、蒸镀ITO薄膜层：利用电子束蒸镀方式，直接在经蚀刻处理的GaP窗口层上蒸镀ITO薄膜层；
S4、制作P-电极：采用负胶套刻、电子束蒸镀方式制作图案化的P-电极，P-电极下方为蚀刻一定深度的GaP窗口层，通过lift-off工艺剥离，得到P-电极；
S5、制作微透镜阵列结构ITO薄膜层：采用正胶套刻在ITO薄膜层上制作光刻图形，并进一步利用干法蚀刻方式刻蚀出具有微凹透镜结构的微透镜阵列结构ITO薄膜层，其中光刻图形为具有规则的阵列排布孔；
S6、制备N-电极和切割：利用研磨技术对GaAs衬底减薄后，蒸镀N-电极、退火、切割、测试，形成带微透镜阵列结构ITO薄膜的LED芯片。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S2中，所述有机溶剂为丙酮和/或异丙醇。
5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S2中，所述介质膜为SiNx或SiO2介质膜，介质膜的厚度为1000-3000埃，其中X>0；
所述CB孔的直径为60-70μm。
6.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S3中，所述电子束蒸镀方式的蒸镀镀率为10埃/秒，氧气流量为8-13sccm，温度为280-320℃。
7.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S3中，所述ITO薄膜层的厚度为6-8μm，ITO薄膜层的材料为铟锡氧化物。
8.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S5中，所述干法蚀刻方式为通过调节气体种类、流量，上下电极功率，进行3次选择性刻蚀。
9.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于：S6中，所述退火的温度为380-430℃。
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Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002016286A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JP2004055646A (ja) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光ダイオード素子のｐ側電極構造 |
| JP2004186268A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
| JP2007279088A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Seiko Epson Corp | 光学素子基板、液晶装置及びプロジェクタ並びに光学素子基板の製造方法 |
| JP2009188237A (ja) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 発光素子アレイチップの製造方法、マイクロレンズ成形型、発光素子ヘッドおよび画像形成装置 |
| KR20110115795A (ko) * | 2010-04-16 | 2011-10-24 | 삼성엘이디 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| WO2012015277A2 (ko) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 광주과학기술원 | 마이크로 나노 조합구조물, 마이크로 나노 조합구조의 제조방법 및 마이크로 나노 조합구조가 집적된 광소자의 제조방법 |
| CN102790154A (zh) * | 2012-08-09 | 2012-11-21 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法 |
| JP2014089231A (ja) * | 2012-10-29 | 2014-05-15 | Seiko Epson Corp | マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、光学ユニット及びプロジェクター |
| CN106409994A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-15 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种AlGaInP基发光二极管芯片及其制作方法 |
| CN107910412A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-13 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种发光二极管及制作方法 |
| JP2019009108A (ja) * | 2017-06-21 | 2019-01-17 | 三菱電機株式会社 | 照明装置 |
| CN113054065A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-06-29 | 普瑞(无锡)研发有限公司 | 双斜坡型倒装dbr的led芯片结构及其制作方法 |
| CN116072785A (zh) * | 2021-11-03 | 2023-05-05 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种表面结构化的红点瞄具光源芯片及其制备方法 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP3166152B1 (en) * | 2003-08-19 | 2020-04-15 | Nichia Corporation | Semiconductor light emitting diode and method of manufacturing its substrate |
-
2023
- 2023-07-07 CN CN202310825779.XA patent/CN116544329B/zh active Active
Patent Citations (14)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002016286A (ja) * | 2000-06-27 | 2002-01-18 | Sharp Corp | 半導体発光素子 |
| JP2004055646A (ja) * | 2002-07-17 | 2004-02-19 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 発光ダイオード素子のｐ側電極構造 |
| JP2004186268A (ja) * | 2002-11-29 | 2004-07-02 | Shin Etsu Handotai Co Ltd | 発光素子 |
| JP2007279088A (ja) * | 2006-04-03 | 2007-10-25 | Seiko Epson Corp | 光学素子基板、液晶装置及びプロジェクタ並びに光学素子基板の製造方法 |
| JP2009188237A (ja) * | 2008-02-07 | 2009-08-20 | Fuji Xerox Co Ltd | 発光素子アレイチップの製造方法、マイクロレンズ成形型、発光素子ヘッドおよび画像形成装置 |
| KR20110115795A (ko) * | 2010-04-16 | 2011-10-24 | 삼성엘이디 주식회사 | 반도체 발광소자 및 그 제조방법 |
| WO2012015277A2 (ko) * | 2010-07-30 | 2012-02-02 | 광주과학기술원 | 마이크로 나노 조합구조물, 마이크로 나노 조합구조의 제조방법 및 마이크로 나노 조합구조가 집적된 광소자의 제조방법 |
| CN102790154A (zh) * | 2012-08-09 | 2012-11-21 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 具有ITO表面粗化的GaN基LED芯片的制作方法 |
| JP2014089231A (ja) * | 2012-10-29 | 2014-05-15 | Seiko Epson Corp | マイクロレンズアレイ基板、電気光学装置、光学ユニット及びプロジェクター |
| CN106409994A (zh) * | 2016-10-28 | 2017-02-15 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种AlGaInP基发光二极管芯片及其制作方法 |
| JP2019009108A (ja) * | 2017-06-21 | 2019-01-17 | 三菱電機株式会社 | 照明装置 |
| CN107910412A (zh) * | 2017-11-17 | 2018-04-13 | 扬州乾照光电有限公司 | 一种发光二极管及制作方法 |
| CN113054065A (zh) * | 2021-04-01 | 2021-06-29 | 普瑞(无锡)研发有限公司 | 双斜坡型倒装dbr的led芯片结构及其制作方法 |
| CN116072785A (zh) * | 2021-11-03 | 2023-05-05 | 山东浪潮华光光电子股份有限公司 | 一种表面结构化的红点瞄具光源芯片及其制备方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 透明导电ITO欧姆接触的AlGaInP薄膜发光二极管;张剑铭;邹德恕;刘思南;朱彦旭;沈光地;;光电子.激光(第05期);全文 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN116544329A (zh) | 2023-08-04 |
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