CN116995175B - 一种Ag微棱镜反光结构同侧电极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Ag微棱镜反光结构同侧电极LED及其制作方法，所述LED自下而上依次是蓝宝石衬底、反光膜层、Ag金属反光层、第一介质膜层、第二介质膜层、P型半导体层、P电极、MQW发光层、N型半导体层、N电极和钝化膜；所述Ag金属反光层呈微棱镜阵列方式排布。本发明通过在蓝宝石衬底表面加工具有Ag微棱镜反光结构，可提升芯片正面出光亮度，同时通过设置特殊形状和大小的微棱镜，有效提升出光角度及光型。

Description

一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED及其制作方法
技术领域
本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED及其制作方法。
背景技术
LED（发光二极管）是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，可高效地将电能转化为光能。随着LED高亮度化和多色化的进展,应用领域也不断扩展，从指示灯到显示屏，再从室外显示屏到中等光通量功率信号灯和特殊照明的白光光源，最后发展到高光通量通用照明光源。对于LED亮度要求，出光角度及光型的不断提升，除对配合LED芯片下游封装企业进行要求外，芯片企业也得从自身芯片工艺进行优化。
微棱镜结构是一种具有微米级别尺寸的光学元件，通常由透明材料制成，其表面具有微小的棱镜形状。微棱镜结构在光学系统中起到重要的角色，可以实现光束分束、聚焦、反射等作用。根据不同的应用需求，微棱镜结构可以设计成不同的形状和大小，从而满足各种光学要求。微棱镜结构的表面形状为反射面，具有较高的反射性能，可以有效反射光束，实现光束分束和聚焦等功能。微棱镜结构的定向性好，可以将入射光线按照预定方向进行反射或透射，有利于光束的定向控制。而如何将微棱镜结构与LED芯片结构相结合来提升芯片出光亮度是项重要的课题。
发明内容
本发明的目的是提供一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED及其制作方法，该LED芯片通过在蓝宝石衬底表面加工具有Ag微棱镜反光结构，提升芯片正面出光亮度，同时通过设置特殊形状和大小的微棱镜，提升出光角度及光型。
本发明的技术方案为：一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，所述LED自下而上依次是蓝宝石衬底、反光膜层、Ag金属反光层、第一介质膜层、第二介质膜层、P型半导体层、P电极、MQW发光层、N型半导体层、N电极和钝化膜；
所述Ag金属反光层呈微棱镜阵列方式排布。
本发明通过在蓝宝石衬底表面加工具有Ag微棱镜反光结构，然后将其与LED外延片键合，将微棱镜以阵列方式平布在芯片内部，有源区发出的光经过微棱镜反光结构界面处发生折射、反射，改变出光角度，从而把光线更好地集中到正面出射，有效提升了芯片正面出光亮度，实现了微棱镜与LED的有机结合。
进一步的，上述技术方案中，所述微棱镜以共底边的方式平面分布延展，其中底边为等边三角形，边长为5μm，三条棱长均为5μm。本技术方案中通过将微棱镜设置成特殊形状和大小，提升了出光角度及光型，可满足各种光学需求。
进一步的，上述技术方案中，所述反光膜层的材料为聚酯，厚度≥2μm。本技术方案中以聚酯材料为反光膜层，其强度高、性质稳定、操作简单、反射效果好。
进一步的，上述技术方案中，所述Ag金属反光层在所述反光膜层上，厚度为0.2μm-0.4μm。
进一步的，上述技术方案中，所述第一介质膜层和所述第二介质膜层的材料均为SiO2，厚度为3μm-4μm。
进一步的，上述技术方案中，所述P型半导体层表面为GaP结构。
本发明还提供一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED的制作方法，包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上，利用MOCVD（金属有机化合物化学气相沉淀）生长出LED外延片；
S2.在外延片上，利用碘酸粗化溶液进行P型半导体层的表面粗化；
S3.在一蓝宝石衬底上，利用光刻-蚀刻结合技术，先涂上一层光刻胶，然后通过掩模板进行光刻，显影后得到孔阵列，然后通过湿法刻蚀技术在蓝宝石衬底上得到微棱镜阵列，用有机溶液去除残留的光刻胶；
S4.在得到图案化的微棱镜阵列表面利用旋涂方式，旋涂一层反光膜层，并固化；
S5.在固化后的反光膜层上通过蒸镀方式形成一层Ag金属反光层；
S6.在粗化完的外延片及蓝宝石衬底的Ag金属反光层表面，通过PECVD(等离子体增强化学的气相沉积法)分别沉积第二介质膜层和第一介质膜层；
S7.将第二介质膜层和第一介质膜层进行CMP（化学机械抛光）抛光、湿法表面活化，然后将两种衬底的介质膜层的晶圆相对贴合在一起，进行键合；
S8.通过使用冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，将GaAs衬底去除，完全露出N面外延层；
S9.进行台面制作，P电极和N电极制作，切割道制作，钝化膜制作；
S10.最后进行蓝宝石衬底减薄，隐切，劈裂，测试，形成LED芯片。
进一步的，上述技术方案步骤S3中，所述微棱镜阵列以共底边的方式平面分布延展，底边为等边三角形，边长与棱长相等，均为5μm；所述有机溶液为丙酮或异丙醇。
进一步的，上述技术方案步骤S7中，表面活化所使用的溶液为加热至60℃的强酸混合液或强碱混合液；键合条件为：压力12000kg-15000kg，温度420℃-450℃，压合时间30min-60min。
进一步的，上述技术方案步骤S8中，所述冷却循环溶液为NH4OH、H2O体积比为1:10的混合溶液。
本发明与现有技术相比，其有益效果有：
本发明通过在蓝宝石衬底表面加工具有Ag微棱镜阵列反光结构，然后将其与LED外延片键合，将微棱镜以阵列方式平布在芯片内部，可有效提升芯片正面出光亮度，实现了微棱镜与LED的有机结合；同时通过将微棱镜设置成特殊形状和大小，可提升出光角度及光型，满足各种光学需求。
本发明只需在键合前，将微棱镜阵列分布在蓝宝石衬底上，然后用介质膜层填充，并不会影响后加工，制作方法操作方便。
附图说明
图1为本发明LED外延结构示意图；
图2为本发明蓝宝石微棱镜截面结构示意图；
图3为本发明微棱镜阵列部分俯视图；
图4为本发明LED芯片结构截面示意图。
示意图中标号说明：
1、GaAs衬底；2、N型半导体层；3、MQW发光层；4、P型半导体层；5、蓝宝石衬底；6、反光膜层；7、Ag金属反光层；8、第一介质膜层；9、第二介质膜层；10、P电极；11、N电极；12、钝化膜。
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4，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。
本发明的一实施例是提供一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，其结构截面示意图如图4所示，该LED自下而上依次是蓝宝石衬底5、反光膜层6、Ag金属反光层7、第一介质膜层8、第二介质膜层9、P型半导体层4、P电极10、MQW发光层3、N型半导体层2、N电极11和钝化膜12；
所述Ag金属反光层呈微棱镜阵列方式排布，其俯视图如图3所示；所述Ag金属反光层在所述反光膜层上，厚度为0.2μm-0.4μm；
具体地，微棱镜以共底边的方式平面分布延展，其中底边为等边三角形，边长为5μm，三条棱长均为5μm，通过将微棱镜设置成特殊形状和大小，提升了出光角度及光型，可满足各种光学需求。
具体地，所述反光膜层的材料为聚酯，厚度≥2μm，以强度高、性质稳定、操作简单、反射效果好的聚酯材料作为反光膜层，使用方便、反光效果好。
本发明的另一实施例还提供一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED的制作方法，包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上，利用MOCVD生长出LED外延片；
具体地，在GaAs衬底1上，采用MOCVD制作LED外延片，依次生长N型半导体层2、MQW发光层3、P型半导体层4，其外延结构示意图如图1所示。
S2.在外延片上，利用碘酸粗化溶液进行P型半导体层的表面粗化；
具体地，在LED外延片上，利用碘酸系粗化溶液对P型半导体层表面GaP结构进行粗化，其中，粗化溶液包含一定比例的碘酸、硫酸和水，粗化深度为0.5μm。
S3.在一蓝宝石衬底5上，利用光刻-蚀刻结合技术，先涂上一层光刻胶，然后通过掩模板进行光刻，显影后得到孔阵列，然后通过湿法刻蚀技术在蓝宝石衬底上得到微棱镜阵列，用有机溶液去除残留的光刻胶；
具体地，将蓝宝石衬底进行有机清洗，然后先涂上一层光刻胶，通过掩模板进行光刻，显影后得到多孔阵列分布图形，再接着通过湿法刻蚀技术在蓝宝石衬底上得到微棱镜阵列，其结构俯视图如图3所示，微棱镜阵列以共底边的方式平面分布延展，底边为等边三角形，边长与棱长相等，均为5μm，湿法刻蚀所使用的溶液为磷酸和硫酸、冰乙酸、水混合溶液，最后用丙酮/异丙醇有机溶液去除残留的光刻胶。
S4.在得到图案化的微棱镜阵列表面利用旋涂方式，旋涂一层反光膜层，并固化；
具体地，旋涂一层厚度≥2μm的聚酯材料，并通过烘烤固化，形成反光膜层；
S5.在固化后的反光膜层上通过蒸镀方式形成一层致密的Ag金属反光层；
具体地，在固化后的反光膜层上，通过Sputter溅射方式，形成一层致密的Ag金属反光层，其中，Ag金属反光层的厚度为0.2μm-0.4μm。
S6.在粗化完的外延片及蓝宝石衬底的Ag金属反光层表面，通过PECVD分别沉积第二介质膜层9和第一介质膜层8；其中，蓝宝石微棱镜截面结构示意图如图2所示；
具体地，将粗化完的外延片及蓝宝石衬底的Ag金属反光层表面，先用有机溶液清洗，溶液可选择丙酮/异丙醇等有机溶液，然后分别通过PECVD沉积3μm-4μm的SiO2介质膜层，即为第二介质膜层和第一介质膜层，沉积的温度为200℃。
S7.将第二介质膜层和第一介质膜层进行CMP抛光、湿法表面活化，然后将两种衬底的介质膜层的晶圆相对贴合在一起，进行键合；
具体地，将带有SiO2介质膜层的外延片及蓝宝石衬底的Ag金属反光层表面，通过CMP进行抛光，抛光后的表面粗糙度小于0.5nm，湿法表面活化后，将两个带有第二介质膜层和第一介质膜层的晶圆相对贴合在一起，在高温高压的条件下进行键合，键合条件为:压力12000kg-15000kg，温度为420℃-450℃，压合时间为30min-60min；另外，表面活化液选择为加热至60℃的强酸或强碱混合液。
S8.通过使用冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，将GaAs衬底去除，完全露出N面外延层；
具体地，通过使用NH4OH:H2O体积比为1:10的冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，期间可根据腐蚀效果，决定腐蚀时间，一般10min-15min，直至将GaAs衬底完全去除，完全露出N面外延层。
S9.通过光刻、蚀刻、蒸镀、沉积的方式进行台面制作，P电极和N电极制作，切割道，钝化膜制作；
具体地，采用正胶套刻制作出台面图形，利用ICP刻蚀出台面，利用负胶剥离技术，制作台面下方P电极；利用同样方式制作台面上方N电极；其中P电极和N电极均带Finger（手指），主要用于电流扩展，P电极和N电极焊盘位置用于焊线，电极厚度均在2μm-3μm之间；
采用正胶套刻制作出切割道图形，利用ICP（感应耦合等离子体刻蚀）刻蚀出切割道，切割道尺寸为30μm-40μm，刻蚀气体主要为Cl2、BCl3、HBr等；
配置氨水和水的混合溶液，通过湿法活化晶圆表面，去除前工序的生成物及残留物，保证钝化膜沉膜效果；然后使用PECVD沉积SiN钝化膜，其厚度为0.5μm-0.6μm，然后采用正胶光刻掩膜技术制作出P电极和N电极焊盘表面刻蚀图形，通过ICP气体刻蚀配合BOE湿法腐蚀方式，进行P电极和N电极焊盘表面的SiN钝化膜腐蚀，裸露出电极表面金属层，主要用于后续封装焊线。
S10.最后进行蓝宝石衬底减薄，隐切，劈裂，测试，形成LED芯片。
具体地，对蓝宝石衬底进行机械研磨减薄至180μm，然后CMP抛光，再进行激光隐切，劈裂，测试，得到LED芯片。
综上所述，本发明通过在蓝宝石衬底表面加工具有Ag微棱镜反光结构，有效提升了芯片正面出光亮度，同时通过设置特殊形状和大小的微棱镜，提升了出光角度及光型，实现了微棱镜与LED的有机结合。
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 (5)

1.一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，其特征在于，所述LED自下而上依次是蓝宝石衬底、反光膜层、Ag金属反光层、第一介质膜层、第二介质膜层、P型半导体层、P电极、MQW发光层、N型半导体层、N电极和钝化膜；
所述Ag金属反光层呈微棱镜阵列方式排布；
所述微棱镜以共底边的方式平面分布延展，其中底边为等边三角形，边长为5μm，三条棱长均为5μm；
所述反光膜层的材料为聚酯，厚度≥2μm；
所述Ag金属反光层在所述反光膜层上，厚度为0.2μm-0.4μm；
所述第一介质膜层和所述第二介质膜层的材料均为SiO2，厚度为3μm-4μm；
所述Ag微棱镜反光结构同侧电极LED的制备方法具体包括以下步骤：
S1.在GaAs衬底上，利用MOCVD生长出LED外延片；
S2.在外延片上，利用碘酸粗化溶液进行P型半导体层的表面粗化；
S3.在一蓝宝石衬底上，利用光刻-蚀刻结合技术，先涂上一层光刻胶，然后通过掩模板进行光刻，显影后得到孔阵列，然后通过湿法刻蚀技术在蓝宝石衬底上得到微棱镜阵列，用有机溶液去除残留的光刻胶；
S4.在得到图案化的微棱镜阵列表面利用旋涂方式，旋涂一层反光膜层，并固化；
S5.在固化后的反光膜层上通过蒸镀方式形成一层Ag金属反光层；
S6.在粗化完的外延片及蓝宝石衬底的Ag金属反光层表面，通过PECVD分别沉积第二介质膜层和第一介质膜层；
S7.将第二介质膜层和第一介质膜层进行CMP抛光、湿法表面活化，然后将两种衬底的介质膜层的晶圆相对贴合在一起，进行键合；
S8.通过使用冷却循环溶液对键合完的晶圆进行反应，将GaAs衬底去除，完全露出N面外延层；
S9.进行台面制作，P电极和N电极制作，切割道制作，钝化膜制作；
S10.最后进行蓝宝石衬底减薄，隐切，劈裂，测试，形成LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，其特征在于，所述P型半导体层表面为GaP结构。
3.根据权利要求1所述的一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，其特征在于，步骤S3中，所述有机溶液为丙酮或异丙醇。
4.根据权利要求1所述的一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，其特征在于，步骤S7中，表面活化所使用的溶液为加热至60℃的强酸混合液或强碱混合液；键合条件为：压力12000kg-15000kg，温度420℃-450℃，压合时间30min-60min。
5.根据权利要求1所述的一种Ag微棱镜反光结构同侧电极LED，其特征在于，步骤S8中，所述冷却循环溶液为NH4OH、H2O体积比为1:10的混合溶液。
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