倒装LED芯片的制作方法转让专利
申请号 : CN201610328141.5
文献号 : CN105810791A
文献日 : 2016-07-27
发明人 : 臧雅姝 , 林素慧 , 何安和 , 刘小亮
申请人 : 厦门市三安光电科技有限公司
摘要 :
本发明公开了倒装LED芯片的制作方法，LED芯片包括：基板；发光外延层，位于基板之上；ITO层，位于发光外延层之上；通过对ITO进行蚀刻处理后，实现对ITO表面粗化和氟化的改善处理，在ITO层上沉积金属反射层；短时间的蚀刻起到增强金属反射层在ITO表面的附着性的效果，同时，由于ITO表面的氟化处理，有效提升由外延层表面膜层、透明导电膜层、金属反射层组成的全方位反射镜（ODR）结构的反射率，实现LED光萃取效率的提升。
权利要求 :
1.倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：
S1、提供在基板上形成外延层的发光外延片；
S2、在所述外延层表面沉积ITO膜层；
S3、通过蚀刻流体对所述ITO膜层进行干法蚀刻处理，蚀刻时间为10~30s形成波动的粗化面，实现ITO膜层的表面清洁与氟化改善；
S4、在ITO膜层粗化面上沉积金属反射层薄膜，金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层形成全角度反射镜。
2.根据权利要求1所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述干法蚀刻采用的蚀刻流体为CF4、 SF6或二者组合。
3.根据权利要求1所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：ICP功率为100~200W，气体流量为100~500 mL/min。
4.倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：
S1、提供在基板上形成外延层的发光外延片；
S2、在所述外延层表面沉积ITO膜层；
S3、通过蚀刻流体对所述ITO膜层进行湿法蚀刻处理，蚀刻时间为15~90s形成波动的粗化面，实现ITO膜层的表面清洁与氟化改善；
S4、在ITO膜层粗化面上沉积金属反射层薄膜，金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层形成全角度反射镜。
5.根据权利要求4所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述蚀刻时间为30~
75s。
6.根据权利要求4所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述湿法蚀刻采用的蚀刻流体包括NH4F、HF 蚀刻液。
7.根据权利要求6所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述N4HF、HF 蚀刻液中NH4F为24~32份、HF为6~8份。
8.根据权利要求1或4所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述金属反射层材料为Ag、Al、Rh或任意组合。
9.根据权利要求1或4所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述ITO膜层的厚度为20~60nm。
10.根据权利要求1或4所述的倒装LED芯片的制作方法，其特征在于：所述金属反射层的厚度为100~800nm。
说明书 :
倒装LED芯片的制作方法
技术领域
[0001] 本发明属于光电技术领域，具体涉及倒装LED芯片的制作方法。
背景技术
[0002] 发光二极管（LED）具有寿命长、节能环保等显著优点，被认为是继白炽灯、荧光灯之后又一次照明技术的革命，是目前国际上半导体和照明领域研发和产业关注的焦点，拥有巨大的应用前景。以蓝宝石、AlN等作为绝缘衬底的LED芯片，由于衬底导热率比较低，因此横向结构LED的PN结温度比较高。为了解决散热的问题，芯片的倒装焊结构（FC-LED）被提出，发光效率和散热效果都有了改进。
[0003] 倒装式芯片通过将二极管外延结构倒置，利用金属材料封装在导热性能较好的基板上，可有效率的将发光二极管内的热量排除，所以更适用于交通信号灯、照明等大电流、大功率型元件。ITO、GTO、ZTO等透明导电层易与P-GaN形成良好的欧姆接触，且具有较高透射率，而被广泛用于发光二极管中。且可通过GaN（折射率n=2.5）层、ITO层（n=2）与金属反射层形成全角反射镜（ODR）的复合叠层，对光具有较佳的反射效果，从而增强LED芯片的发光强度。然而常用的反射层金属Ag，Al等金属材料在ITO表面的浸润性很差，导致Ag在ITO表面的接触性差，很难形成稳定的接触膜层，导致器件稳定性能差。
发明内容
[0004] 本发明的目的在于：提供一种倒装LED芯片的制作方法，解决习知倒装LED芯片结构反射层金属与ITO层接触性差的问题，同时提高LED芯片的出光效率。
[0005] 倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：S1、提供在基板上形成外延层的发光外延片；
S2、在所述外延层表面沉积ITO膜层；
S3、通过蚀刻流体对所述ITO膜层进行干法蚀刻处理，蚀刻时间为10~30s形成波动的粗化面，实现ITO膜层的表面清洁与氟化改善；
S4、在ITO膜层粗化面上沉积金属反射层薄膜，金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层形成全角度反射镜。
S2、在所述外延层表面沉积ITO膜层；
S3、通过蚀刻流体对所述ITO膜层进行干法蚀刻处理，蚀刻时间为10~30s形成波动的粗化面，实现ITO膜层的表面清洁与氟化改善；
S4、在ITO膜层粗化面上沉积金属反射层薄膜，金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层形成全角度反射镜。
[0006] 优选的，所述干法蚀刻采用的蚀刻流体为CF4、 SF6或二者组合。
[0007] 优选的，ICP功率为100~200W，气体流量为100~500 mL/min。
[0008] 优选的，所述金属反射层材料为Ag、Al、Rh或任意组合。
[0009] 优选的，所述ITO膜层的厚度为20~60nm。
[0010] 优选的，所述金属反射层的厚度为100~800nm。
[0011] 另一方面，本发明还提供了另一种倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：S1、提供在基板上形成外延层的发光外延片；
S2、在所述外延层表面沉积ITO膜层；
S3、通过蚀刻流体对所述ITO膜层进行湿法蚀刻处理，蚀刻时间为15~90s形成波动的粗化面，实现ITO膜层的表面清洁与氟化改善；
S4、在ITO膜层粗化面上沉积金属反射层薄膜，金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层形成全角度反射镜。
S2、在所述外延层表面沉积ITO膜层；
S3、通过蚀刻流体对所述ITO膜层进行湿法蚀刻处理，蚀刻时间为15~90s形成波动的粗化面，实现ITO膜层的表面清洁与氟化改善；
S4、在ITO膜层粗化面上沉积金属反射层薄膜，金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层形成全角度反射镜。
[0012] 优选的，所述蚀刻时间为30~75s。
[0013] 优选的，所述湿法蚀刻采用的蚀刻流体包括NH4F、HF 蚀刻液。
[0014] 优选的，所述NH4F、HF 蚀刻液中NH4F为24~32份、HF为6~8份。
[0015] 优选的，所述金属反射层材料为Ag、Al、Rh或任意组合。
[0016] 优选的，所述ITO膜层的厚度为20~60nm。
[0017] 优选的，所述金属反射层的厚度为100~800nm。
[0018] 与现有技术相比，本发明的倒装LED芯片的制作方法，至少包括以下技术效果：本发明提出一种基于干法蚀刻或湿法蚀刻的方法针对ITO膜层表面做短时间的改善处理，其中干法蚀刻时间为10~30s、湿法蚀刻时间为15~90s，从而通过短时间的蚀刻，改善金属材料在ITO表面的浸润性，增强金属反射层与ITO之间的附着性，提升由金属反射层薄膜、外延层表面膜层、ITO膜层组成的ODR叠层的反射率，同时通过对ITO膜层表面态的氟化处理，有效改善以GaN/ITO/Ag形成的ODR叠层的反射率，从而提升LED芯片的光萃取特性，该方法操作简单，成本低廉，可广泛应用于生产。
附图说明
[0019] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0020] 图1：实施例1~3制作到步骤1的剖面示意图；图2：实施例1~3制作到步骤2的剖面示意图；
图3：实施例1~3制作到步骤3的剖面示意图；
图4：实施例1~3制作到步骤4的剖面示意图；
图5：实施例1~3制作到步骤5的剖面示意图。
图3：实施例1~3制作到步骤3的剖面示意图；
图4：实施例1~3制作到步骤4的剖面示意图；
图5：实施例1~3制作到步骤5的剖面示意图。
[0021] 图中各标号表示：1：基板，2：N型层，3：发光层，4：P型层，5：ITO薄膜，6：金属反射层，7a：P电极，7b：N电极。
具体实施方式
[0022] 为了能彻底地了解本发明，将在下列的描述中提出详尽的步骤及其组成，另外，众所皆知的组成或步骤并未描述于细节中，以避免造成本发明不必要之限制。本发明的较佳实施例会详细描述如下，然而除了这些详细描述之外，本发明还可以广泛地施行在其它的实施例中，且本发明的范围不受限定，以专利权利范围为准。
[0023] 本发明提出一适用于倒装LED芯片的制作方法，增加倒装LED芯片金属反射层与ITO之间的附着性、提升LED芯片的光萃取特性。
[0024] 实施例1本实施例所提出的倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：
S1、参看图1，提供一在基板1上形成外延层的发光外延片，外延层包含N型层2、发光层3和P型层4，并对外延层表面做清洁处理；
S2、参看图2，用磁控溅射的方法在清洁后的P型层4表面沉积一ITO膜层5，其中ITO膜层
5的厚度为20~60nm；
S3、参看图3，通过对ITO膜层5进行蚀刻处理，形成波动的粗化面，并且实现ITO膜层5表面的清洁与氟化改善；
S4、参看图4，在ITO膜层5粗化面上沉积100~800nm厚度的金属反射层6薄膜，金属反射层6材料采用Ag或Al或Rh或任意组合，本实施例采用Ag，金属反射层6、外延层表面膜层、ITO膜层5形成全角度反射镜；
S5、参看图5，在金属反射层6薄膜上制作以Ni、Au为金属组合的P电极7a，同时在N型层2制作Cr、Al、Au等金属组合的N电极7b，形成P、N接触。
S1、参看图1，提供一在基板1上形成外延层的发光外延片，外延层包含N型层2、发光层3和P型层4，并对外延层表面做清洁处理；
S2、参看图2，用磁控溅射的方法在清洁后的P型层4表面沉积一ITO膜层5，其中ITO膜层
5的厚度为20~60nm；
S3、参看图3，通过对ITO膜层5进行蚀刻处理，形成波动的粗化面，并且实现ITO膜层5表面的清洁与氟化改善；
S4、参看图4，在ITO膜层5粗化面上沉积100~800nm厚度的金属反射层6薄膜，金属反射层6材料采用Ag或Al或Rh或任意组合，本实施例采用Ag，金属反射层6、外延层表面膜层、ITO膜层5形成全角度反射镜；
S5、参看图5，在金属反射层6薄膜上制作以Ni、Au为金属组合的P电极7a，同时在N型层2制作Cr、Al、Au等金属组合的N电极7b，形成P、N接触。
[0025] 步骤3的蚀刻处理为干法蚀刻，优选采用CF4或SF6或二者组合的蚀刻气体，干蚀刻ICP的功率为100~200W， 气体流量为100~500 mL/min,，干法蚀刻的时间为10~30s，相比常规干法蚀刻，蚀刻时间短、改善金属材料在ITO表面的浸润性，增强金属反射层与ITO之间的附着性。
[0026] 实施例2本实施例所提出的倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：
S1、参看图1，提供一在基板1上形成外延层的发光外延片，外延层包含N型层2、发光层3和P型层4，并对外延层表面做清洁处理；
S2、参看图2，用磁控溅射的方法在清洁后的P型层表面沉积一ITO膜层5，其中ITO膜层5的厚度为20~60nm；
S3、参看图3，通过对ITO膜层5进行蚀刻处理，形成波动的粗化面，并且实现ITO膜层5表面的清洁与氟化改善；
S4、参看图4，在ITO膜层5粗化面上沉积100~800nm厚度的金属反射层6薄膜，金属反射层6材料采用Ag或Al或Rh或任意组合，本实施例采用Ag，金属反射层6、外延层表面膜层、ITO膜层5形成全角度反射镜；
S5、参看图5，在金属反射层6薄膜上制作以Ni、Au为金属组合的P电极7a，同时在N型层2制作Cr、Al、Au等金属组合的N电极7b，形成P、N接触。
S1、参看图1，提供一在基板1上形成外延层的发光外延片，外延层包含N型层2、发光层3和P型层4，并对外延层表面做清洁处理；
S2、参看图2，用磁控溅射的方法在清洁后的P型层表面沉积一ITO膜层5，其中ITO膜层5的厚度为20~60nm；
S3、参看图3，通过对ITO膜层5进行蚀刻处理，形成波动的粗化面，并且实现ITO膜层5表面的清洁与氟化改善；
S4、参看图4，在ITO膜层5粗化面上沉积100~800nm厚度的金属反射层6薄膜，金属反射层6材料采用Ag或Al或Rh或任意组合，本实施例采用Ag，金属反射层6、外延层表面膜层、ITO膜层5形成全角度反射镜；
S5、参看图5，在金属反射层6薄膜上制作以Ni、Au为金属组合的P电极7a，同时在N型层2制作Cr、Al、Au等金属组合的N电极7b，形成P、N接触。
[0027] 步骤3的蚀刻处理为湿法蚀刻。湿法蚀刻的蚀刻流体为可与ITO发生缓慢反应的蚀刻液，优选为HNO3、HCL和H2O的混合液，其中HNO3为15~25份、HCL为8~12份、H2O为8~12份，本实施例优选的HNO3：HCL:H2O成分含量为2:1:1。
[0028] 湿法蚀刻的蚀刻流体也可以选择NH4F和HF的混合液，其中NH4F为24~32份、HF为6~8份，本实施例优选的NH4F:HF的成分含量为4:1，该比例下蚀刻溶液得到最佳的ITO膜层氟化效果，有效改善以GaN/ITO/Ag形成的ODR叠层的反射率，从而提升LED芯片的光萃取特性。湿法蚀刻的时间为15~90s，本实施例的蚀刻时间为60s。 蚀刻0s 蚀刻10s 蚀刻30s 蚀刻60s 蚀刻120s 蚀刻180s
ITO 与Ag的附着性（Ag的Peeling程度） 大于50% 0 0 0 大于20% 大于30%
ITO/Ag的反射率（波长455 nm） 91.2% 91.5% 91.8% 92.2% 91.0% 90.5%
ITO表面粗糙度IRa 1.8Å 2.1Å 2.52Å 2.87Å 1.87Å 1.82Å
ITO 与Ag的附着性（Ag的Peeling程度） 大于50% 0 0 0 大于20% 大于30%
ITO/Ag的反射率（波长455 nm） 91.2% 91.5% 91.8% 92.2% 91.0% 90.5%
ITO表面粗糙度IRa 1.8Å 2.1Å 2.52Å 2.87Å 1.87Å 1.82Å
[0029] 参见表格，本表列举了蚀刻时间对波长455 nmLED芯片湿法蚀刻效果的影响，可知在本实施例的蚀刻时间60s条件下，金属反射层6的Ag几乎不会从ITO膜层5上脱落，同时ODR叠层的反射率最大，相比常规湿法蚀刻，本实施例的蚀刻时间短、改善金属材料在ITO表面的浸润性，增强金属反射层与ITO之间的附着性，同时避免过度蚀刻导致的Ag附着性、反射率等一系列性能下降。
[0030] 实施例3本实施例所提出的倒装LED芯片的制作方法，包括步骤：
S1、参看图1，提供一在基板1上形成外延层的发光外延片，外延层包含N型层2、发光层3和P型层4，并对外延层表面做清洁处理；
S2、参看图2，用磁控溅射的方法在清洁后的P型层4表面沉积一ITO膜层5，其中ITO膜层
5的厚度为20~60nm；
S3、参看图3，通过对ITO膜层5进行蚀刻处理，形成波动的粗化面，并且实现ITO膜层5表面的清洁与氟化改善；
S4、参看图4，在ITO膜层5粗化面上沉积100~800nm厚度的金属反射层6薄膜，金属反射层6材料采用Ag或Al或Rh或任意组合，本实施例采用Ag，金属反射层6、外延层表面膜层、ITO膜层5形成全角度反射镜；
S5、参看图5，在金属反射层6薄膜上制作以Ni、Au为金属组合的P电极7a，同时在N型层2制作Cr、Al、Au等金属组合的N电极7b，形成P、N接触。
S1、参看图1，提供一在基板1上形成外延层的发光外延片，外延层包含N型层2、发光层3和P型层4，并对外延层表面做清洁处理；
S2、参看图2，用磁控溅射的方法在清洁后的P型层4表面沉积一ITO膜层5，其中ITO膜层
5的厚度为20~60nm；
S3、参看图3，通过对ITO膜层5进行蚀刻处理，形成波动的粗化面，并且实现ITO膜层5表面的清洁与氟化改善；
S4、参看图4，在ITO膜层5粗化面上沉积100~800nm厚度的金属反射层6薄膜，金属反射层6材料采用Ag或Al或Rh或任意组合，本实施例采用Ag，金属反射层6、外延层表面膜层、ITO膜层5形成全角度反射镜；
S5、参看图5，在金属反射层6薄膜上制作以Ni、Au为金属组合的P电极7a，同时在N型层2制作Cr、Al、Au等金属组合的N电极7b，形成P、N接触。
[0031] 步骤3采用蚀刻流体对ITO膜层5进行粗化蚀刻，蚀刻依次包括前段蚀刻和后段蚀刻，其中前段蚀刻为湿法蚀刻，后段蚀刻为干法蚀刻，可实现与ITO发生缓慢的反应与氟化反应。
[0032] 湿法蚀刻的蚀刻流体，蚀刻流体为可与ITO发生缓慢反应的蚀刻液，优选为HNO3、HCL和H2O的混合液，其中HNO3为15~25份、HCL为8~12份、H2O为8~12份，本实施例优选的HNO3：HCL:H2O成分含量为2:1:1。湿法蚀刻的蚀刻流体也可以选择NH4F和HF的混合液，其中NH4F为
24~32份、HF为6~8份，本实施例优选的NH4F:HF的成分含量为4:1，湿法蚀刻的时间为15~
60s。
24~32份、HF为6~8份，本实施例优选的NH4F:HF的成分含量为4:1，湿法蚀刻的时间为15~
60s。
[0033] 干法蚀刻的蚀刻流体，优选采用CF4或SF6或二者组合的蚀刻气体，干蚀刻ICP的功率为100~200W， 气体流量为100~500 mL/min,，干法蚀刻的时间为10~30s。