一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法

2023-09-23 07:44:20 7

一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法
【專利摘要】本發明提供一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，包括以下步驟：提供一個外延片，所述外延片上形成一種可以被粗化的阻擋層，溼法刻蝕所述的可被粗化的阻擋層，在所述阻擋層表面形成粗糙面，通過幹法刻蝕所述外延片，從而使得外延表面形成粗糙面，在所述的粗化外延片表面形成圖形化光阻，形成N型氮化鎵平臺，在具有粗化的外延片表面形成導電層，並製造金屬電極。本發明在ITO蝕刻液或BOE從而使得阻擋層表面形成粗糙面，再通過ICP刻蝕的方法，將阻擋層表面粗糙的圖形轉移到外延片表面，從而製作出表面粗化的GaN基外延片，本發明製作外延表面粗化的LED晶片，不僅成本低、效率高，而且工藝可控性強，亮度可以有效提高。
【專利說明】一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及LED生產製造【技術領域】，具體為一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法。
【背景技術】
[0002]隨著人們對能源、環保意識的增強，LED以其低能耗、高亮度、長使用壽命、無汞、環保的優點，在顯示和照明領域得到了廣泛的應用，但由於LED半導體材料折射係數大，從而造成了光的取出角度小，大大降低了 LED晶片的光取出效率，亮度提升困難。如對LED外延層表面進行粗化處理，可提高LED晶片的光取出效率，從而提高LED的發光亮度。

【發明內容】

[0003]本發明所解決的技術問題在於提供一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，以解決上述【背景技術】中的問題。
[0004]本發明所解決的技術問題採用以下技術方案來實現:一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，包括以下步驟:
[0005](I)採用金屬有機化學氣相沉積法，在藍寶石襯底上依次生長2um_3um N型GaN層、0.5um多量子阱有源層、0.8um P型GaN層，形成GaN基外延片；
[0006](2)將氮化鎵外延片放入E-Gun濺射臺中，ITO靶材放入坩堝內，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛樹脂或聚四氟乙烯放在距加熱燈20cm-40cm處。製程中，被電子槍激發出的氧化銦錫微粒碰撞有機分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫薄膜，即可被粗化的阻擋層；
[0007](3)將阻擋層進行Plasma氧氣後，放入45°C_75°C的ITO蝕刻液中反應30s_120s，使得阻擋層表面形成粗糙面；並用去離子水清洗後，甩幹機甩幹；
[0008](4)將表面粗化的阻擋層，通過ICP刻蝕將阻擋層的粗糙面圖形轉移至P型GaN層上，形成粗化的外延表面,刻蝕中，使用Cl2、BCl3混合作為刻蝕氣體,刻蝕氣體總流量為50sccm-120sccm, (:12與此13流量比為12:1—6: 1，上電極功率200W-500W，下電極功率50W-200W,壓力 2mTorr-8mTorr,刻蝕時間 3min_8min ；
[0009](5)將上述外延片放入ITO蝕刻液、去膠劑中，去除外延片表面殘留的ITO和光刻膠；
[0010](6)在P型GaN表面生長一層220nm-240nm厚度ITO導電性薄膜，塗覆正膠，曝光出N電極圖形。通過ITO蝕刻、ICP刻蝕，在形成了 P型GaN表面形成了 ITO透明電極，在N型GaN上形成臺面；
[0011](7)在P型GaN和N型GaN檯面上蒸鍛20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au,作為所述GaN基外延層表面粗化的LED晶片電極。
[0012]所述阻擋層的製作是採用E-Gun濺射、Sputter濺射的方法，形成有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫或SiO2薄膜。[0013]所述濺射溫度為150-300 V，濺射厚度為50nm-300nm，通氧量為
0.8sccm_5.0sccm,真空度 2.0*E-6Torr。
[0014]所述阻擋層的濺射方法，採用的是分步濺射方式，前lnm-5nm厚度使用0.05nm/s ；其後使用的是0.2nm/s ；0.05nm/s到0.2nm/s的濺射速率提升時間為120s_200s。
[0015]所述阻擋層的濺射方法，使用的蒸鍍源包括主要原材料氧化銦錫、SiO2 ;輔助材料為有機物，聚丙烯酸酯、聚乙烯醇月桂酸酯、酚醛樹脂、聚四氟乙烯，所述輔助材料是通過設備內部的加熱裝置進行熱蒸發。
[0016]所述的蒸鍍源氧化銦錫、SiO2規格為5*5mm以下顆粒狀況、20*20mm錠狀或不規則塊狀；主要原材料與輔助材料質量比為1:10— 1:20。
[0017]所述的溼法刻蝕，使用的化學藥液為ITO蝕刻液或10%濃度的BOE ；ITO蝕刻液溫度為45°C -75°C ;阻擋層在ITO蝕刻液或BOE中的反應時間為30s-120s。
[0018]與已公開技術相比，本發明存在以下優點:本發明通過Plasma氧氣清洗機，去除阻擋層表面有機物，在ITO蝕刻液或BOE從而使得阻擋層表面形成粗糙面，再通過ICP刻蝕的方法，將阻擋層表面粗糙的圖形轉移到外延片表面，從而製作出表面粗化的GaN基外延片，將表面粗化的GaN基外延片，製作出N型氮化鎵平臺和金屬電極，如此便得到了外延層表面粗化的LED晶片，使用本發明製作外延表面粗化的LED晶片，不僅成本低、效率高，而且工藝可控性強，亮度可以有效提高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1為本發明的具有可粗化阻擋層外延片結構圖；
[0020]圖2為本發明的溼法刻蝕後形成的表面粗化的阻擋層結構圖；
[0021]圖3為本發明的幹法刻蝕後形成粗化的GaN基外延層結構圖；
[0022]圖4為本發明的具有粗化外延層的GaN基LED晶片結構圖。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發明的技術手段、創作特徵、工作流程、使用方法達成目的與功效易於明白了解，下面將結合本發明實施例，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0024]如圖1-4所示，一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，包括以下步驟:
[0025](I)採用金屬有機化學氣相沉積法，在藍寶石襯底I上依次生長2um_3um N型GaN層2、0.5um多量子阱有源層3、0.8um P型GaN層4，形成GaN基外延片；
[0026](2)將氮化鎵外延片放入E-Gun濺射臺中，ITO靶材放入坩堝內，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛樹脂或聚四氟乙烯放在距加熱燈20cm-40cm處，製程中，被電子槍激發出的氧化銦錫微粒碰撞有機分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫薄膜，即可被粗化的阻擋層5 ；
[0027](3)將阻擋層5進行Plasma氧氣後，放入45°C -75 °C的ITO蝕刻液中反應30s-120s，使得阻擋層表面形成粗糙面5-1 ;並用去離子水清洗後，甩幹機甩幹；[0028](4)將表面粗化的阻擋層，通過ICP刻蝕將阻擋層的粗糙面5-1圖形轉移至P型GaN層4上，形成粗化的外延表面4-1，刻蝕中，使用Cl2、BCl3混合作為刻蝕氣體，刻蝕氣體總流量為50sccm-120sccm, Cl2與BCl3流量比為12:1—6:1，上電極功率200W-500W,下電極功率 5OW-2OOW,壓力 2mTorr-8mTorr，刻蝕時間 3min_8min ；
[0029](5)將上述外延片放入ITO蝕刻液、去膠劑中，去除外延片表面殘留的ITO和光刻膠；
[0030](6)在P型GaN表面生長一層220nm-240nm厚度ITO導電性薄膜6，塗覆正膠，曝光出N電極圖形。通過ITO蝕刻、ICP刻蝕，在形成了 P型GaN表面形成了 ITO透明電極，在N型GaN上形成臺面9 ;
[0031](7)在P型GaN和N型GaN檯面上蒸鍍20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作為所述GaN基外延層表面粗化的LED晶片電極。
[0032]實施例1
[0033]一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，包括以下步驟:
[0034](I)採用金屬有機化學氣相沉積法，在藍寶石襯底I上依次生長2um N型GaN層2、0.5um多量子阱有源層3、0.8um P型GaN層4，形成GaN基外延片；
[0035](2)將氮化鎵外延片放入E-Gun濺射臺中，ITO靶材放入坩堝內，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛樹脂或聚四氟乙烯放在距加熱20cm處，製程中，被電子槍激發出的氧化銦錫微粒碰撞有機分子，在P型GaN表面形成50nm有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫薄膜，即可被粗化的阻擋層5;
[0036](3)將阻擋層5進行Plasma氧氣後，放入45°C的ITO蝕刻液中反應30s，使得阻擋層表面形成粗糙面5-1 ;並用去離子水清洗後，甩幹機甩幹；
[0037](4)將表面粗化的阻擋層，通過ICP刻蝕將阻擋層的粗糙面5-1圖形轉移至P型GaN層4上，形成粗化的外延表面4-1，刻蝕中，使用Cl2、BCl3混合作為刻蝕氣體，刻蝕氣體總流量為50sccm，Cl2與BCl3流量比為12:1，上電極功率200W，下電極功率50W，壓力2mTorr,刻蝕時間3min ；
[0038](5)將上述外延片放入ITO蝕刻液、去膠劑中，去除外延片表面殘留的ITO和光刻膠；
[0039](6)在P型GaN表面生長一層220nm厚度ITO導電性薄膜6，塗覆正膠，曝光出N電極圖形。通過ITO蝕刻、ICP刻蝕，在形成了 P型GaN表面形成了 ITO透明電極，在N型GaN上形成臺面9 ；
[0040](7)在P型GaN和N型GaN檯面上蒸鍛20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au,作為所述GaN基外延層表面粗化的LED晶片電極。
[0041]實施例2
[0042]一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，包括以下步驟:
[0043](I)採用金屬有機化學氣相沉積法，在藍寶石襯底I上依次生長3um N型GaN層2、0.5um多量子阱有源層3、0.8um P型GaN層4，形成GaN基外延片；
[0044](2)將氮化鎵外延片放入E-Gun濺射臺中，ITO靶材放入坩堝內，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛樹脂或聚四氟乙烯放在距加熱燈40cm處，製程中，被電子槍激發出的氧化銦錫微粒碰撞有機分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫薄膜，即可被粗化的阻擋層5 ；
[0045](3)將阻擋層5進行Plasma氧氣後，放入75°C的ITO蝕刻液中反應120s，使得阻擋層表面形成粗糙面5-1 ;並用去離子水清洗後，甩幹機甩幹；
[0046](4)將表面粗化的阻擋層，通過ICP刻蝕將阻擋層的粗糙面5-1圖形轉移至P型GaN層4上，形成粗化的外延表面4-1，刻蝕中，使用Cl2、BCl3混合作為刻蝕氣體，刻蝕氣體總流量為120sccm，(:12與此13流量比為6:1，上電極功率5001，下電極功率2001，壓力8mTorr,刻蝕時間8min ；
[0047](5)將上述外延片放入ITO蝕刻液、去膠劑中，去除外延片表面殘留的ITO和光刻膠；
[0048](6)在P型GaN表面生長一層240nm厚度ITO導電性薄膜6，塗覆正膠，曝光出N電極圖形。通過ITO蝕刻、ICP刻蝕，在形成了 P型GaN表面形成了 ITO透明電極，在N型GaN上形成臺面9 ；
[0049](7)在P型GaN和N型GaN檯面上蒸鍛20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au,作為所述GaN基外延層表面粗化的LED晶片電極。
[0050]本發明在可被粗化的阻擋層製作中，通過分步濺射方式，以氧化銦錫或SiO2作為成膜成分，在真空蒸發臺內輔以適當比例的有機物作為輔助材料，從而在外延片表面形成不易脫落的有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫或SiO2薄膜，即阻擋層。
[0051]通過Plasma氧氣清洗機，去除阻擋層表面有機物，在ITO蝕刻液或BOE從而使得阻擋層表面形成粗糙面。再通過ICP刻蝕的方法，將阻擋層表面粗糙的圖形轉移到外延片表面，從而製作出表面粗化的GaN基外延片。
[0052]將所述表面粗化的GaN基外延片，製作出N型氮化鎵平臺和金屬電極，如此便得到了外延層表面粗化的LED晶片。
[0053]使用本發明製作外延表面粗化的LED晶片，不僅成本低、效率高，而且工藝可控性強，売度可以有效提聞。
[0054]以上顯示和描述了本發明的基本原理、主要特徵及本發明的優點。本行業的技術人員應該了解，本發明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發明的原理，在不脫離本發明精神和範圍的前提下，本發明還會有各種變化和改進，這些變化和改進都落入要求保護的本發明範圍內。本發明的要求保護範圍由所附的權利要求書及其等效物界定。
【權利要求】
1.一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:包括以下步驟: Cl)採用金屬有機化學氣相沉積法，在藍寶石襯底上依次生長2um-3um N型GaN層、0.5um多量子阱有源層、0.8um P型GaN層，形成GaN基外延片； (2)將氮化鎵外延片放入E-Gun濺射臺中，ITO靶材放入坩堝內，聚丙烯酸酯或聚乙烯醇月桂酸酯或酚醛樹脂或聚四氟乙烯放在距加熱燈20cm-40cm處，製程中，被電子槍激發出的氧化銦錫微粒碰撞有機分子，在P型GaN表面形成50nm-300nm有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫薄膜，即可被粗化的阻擋層； (3)將阻擋層進行Plasma氧氣後，放入45°C_75°C的ITO蝕刻液中反應30s_120s，使得阻擋層表面形成粗糙面；並用去離子水清洗後，甩幹機甩幹； (4)將表面粗化的阻擋層，通過ICP刻蝕將阻擋層的粗糙面圖形轉移至P型GaN層上，形成粗化的外延表面，刻蝕中，使用Cl2、BCl3混合作為刻蝕氣體,刻蝕氣體總流量為50sccm-120sccm, Cl2與BCl3流量比為12:1—6:1，上電極功率200W-500W，下電極功率50W-200W,壓力 2mTorr-8mTorr,刻蝕時間 3min_8min ； (5)將上述外延片放入ITO蝕刻液、去膠劑中，去除外延片表面殘留的ITO和光刻膠； (6)在P型GaN表面生長一層220nm-240nm厚度ITO導電性薄膜，塗覆正膠，曝光出N電極圖形。通過ITO蝕刻、ICP刻蝕，在形成了 P型GaN表面形成了 ITO透明電極，在N型GaN上形成臺面； (7)在P型GaN和N型GaN檯面上蒸鍍20nm、60nm、1200nm的Cr、Pt、Au，作為所述GaN基外延層表面粗化的LED晶片電極。
2.根據權利要求1所述的一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:所述阻擋層的製作是採用E-Gun濺射、Sputter濺射的方法，形成有機物包覆型納米粒狀氧化銦錫或SiO2薄膜。
3.根據權利要求2所述的一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:所述濺射溫度為150-300°C，濺射厚度為50nm-300nm，通氧量為0.8sccm-5.0sccm，真空度 2.0*E-6Torro
4.根據權利要求2所述的一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:所述阻擋層的濺射方法，採用的是分步濺射方式，前lnm-5nm厚度使用0.05nm/s ;其後使用的是0.2nm/s ；0.05nm/s到0.2nm/s的濺射速率提升時間為120s_200s。
5.根據權利要求4所述的一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:所述阻擋層的濺射方法，使用的蒸鍍源包括主要原材料氧化銦錫、SiO2 ;輔助材料為有機物，聚丙烯酸酯、聚乙烯醇月桂酸酯、酚醛樹脂、聚四氟乙烯，所述輔助材料是通過設備內部的加熱裝置進行熱蒸發。
6.根據權利要求5所述的一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:所述的蒸鍍源氧化銦錫、SiO2規格為5*5mm以下顆粒狀、20*20mm錠狀或不規則塊狀；主要原材料與輔助材料質量比為1:10— 1:20。
7.根據權利要求1所述的一種GaN基外延層表面粗化的LED晶片製作方法，其特徵在於:所述的溼法刻蝕，使用的化學藥液為ITO蝕刻液或10%濃度的BOE ；IT0蝕刻液溫度為450C -750C ;阻擋層在ITO蝕刻液或BOE中的反應時間為30s_120s。
【文檔編號】H01L33/22GK103824914SQ201410091099
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2014年3月12日 優先權日:2014年3月12日
【發明者】徐海龍 申請人:合肥彩虹藍光科技有限公司