CN102931300A - GaN基LED制造工艺中的一种背面金属反射层阵列的制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法，所述GaN基LED包括衬底、外延层、透明电极层、金属电极层和氧化物保护层，其中所述金属反射层阵列的制作方法包括步骤：用光刻胶在衬底的、与所述外延层相对的另一面上制备阵列图形掩模；通过刻蚀工艺，借助于所述阵列图形掩模，在衬底上刻蚀出阵列图形结构；在所述阵列图形结构上形成金属反射层；去除光刻胶以便对光刻胶表面的金属反射层进行剥离，从而得到最终的金属反射层。

Description

GaN基LED制造工艺中的一种背面金属反射层阵列的制作方法

技术领域

本发明涉及LED（发光二极管）上的金属反射层的制造方法，尤其是涉及一种GaN（氮化镓）基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法。

背景技术

近来LED已大规模地用在移动手机、数字照相机、个人数字助理、交通指挥灯、汽车等等中。由于发出的光的亮度对于用于这种应用中的LED不够充足，所以在LED可以用于其它应用例如普通照明之前需要较高的亮度。

目前蓝光LED使用的都是基于GaN的III-V族化合物半导体材料；由于GaN外延片的P型GaN层空穴浓度小，且P型GaN层厚度要小于0.3μm，绝大部分发光从P型GaN层透出，而P型GaN层不可避免地对光有吸收作用，导致LED芯片外量子效率不髙，大大降低了LED的发光效率。采用ITO层作为电流扩展层的透射率较高,但导致LED电压要高一些,寿命也受到影响。另外，在外加电压下、由于存在电流扩散不均匀，一些区域电流密度很大，影响LED寿命。总之，在外部量子效率方面，现有的GaN基LED还是显得不足，一方面与电流非均匀分布有关，另一方面则是与当光发射至电极会被电极本身所吸收有关。

为了提高发光二极管的亮度和输出功率，可以在GaN基LED的衬底背面制作背面反射层，例如通过如下方法：（1）减薄后的背面直接蒸镀金属反射层；（2）减薄后的背面蒸镀布拉格反射层（Bragg Reflector）；（3）减薄后的背面蒸镀布拉格反射层和金属层组合。

上述方法中，金属反射层是相对于布拉格反射层较容易实现、成本更低的一种反光材料，因此，本发明主要针对方法（1）进行改进。已知的背面直接蒸镀金属反射层的方法为在减薄后的晶圆上直接蒸镀金属银或者铝等材料，但是，因为金属与蓝宝石衬底的粘附效果不好，也有的工艺是在蒸镀银和铝之前先蒸镀薄薄的一层镍、铬或者透明氧化物层等，以提高粘附性。已知的这种背面直接蒸镀金属反射层的方法存在以下问题：（1）金属与蓝宝石衬底粘附不好，在LED芯片倒膜到蓝膜上时，经常会出现分选过后金属反射层被粘在蓝膜上的现象，即出现脱落现象；（2）加入镍、铬或者透明氧化物层后，金属反射层的效果会明显降低，达不到较好的增亮效果了。

发明内容

本发明的目的在于提出一种GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法，能够即达到反射光的目的，又保证LED芯片在与蓝膜粘附的时候不会出现金属反射层脱落的现象。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法，所述GaN基LED包括衬底、外延层、透明电极层、金属电极层和氧化物保护层，其中所述金属反射层阵列的制作方法包括步骤：

用光刻胶在衬底的、与所述外延层相对的另一面上制备阵列图形掩模；

通过刻蚀工艺，借助于所述阵列图形掩模，在衬底上刻蚀出阵列图形结构；

在所述阵列图形结构上形成金属反射层；

去除光刻胶以便对光刻胶表面的金属反射层进行剥离，从而得到最终的金属反射层。

进一步的，所述刻蚀工艺采用的是干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺采用的是ICP刻蚀设备。

进一步的，所述“用光刻胶在衬底的、与所述外延层相对的另一面上制备阵列图形掩模”包括步骤：在衬底的、与所述外延层相对的另一面上形成光刻胶层，其中所述形成光刻胶层进一步包括涂胶和前烘；利用光刻掩模，通过对光刻胶层进行曝光操作、显影操作而制备阵列图形掩模。

进一步的，所述衬底是蓝宝石衬底，所述外延层包括N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层，所述金属反射层是具有低吸收率和高反射率的金属层，所述透明电极层是ITO电极层。

进一步的，所述金属反射层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt；所述金属电极层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Ni、Au、Ti、Al。

进一步的，所述“在所述阵列图形结构上形成金属反射层”的操作包括以下步骤：通过蒸镀工艺而在所述阵列图形结构上沉积金属反射层，通过真空溅射工艺而在所述阵列图形结构上形成金属反射层。

对应地，本发明还提出了一种GaN基LED，其包括衬底、外延层、透明电极层、金属电极层和氧化物保护层，其中在所述GaN基LED的衬底的、与所述外延层相对的另一面上具有按照上文所述的制作方法而制作的金属反射层。

进一步的，所述衬底是蓝宝石衬底，所述外延层包括N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层，所述金属反射层是具有低吸收率和高反射率的金属层，所述透明电极层是ITO电极层。

进一步的，所述金属反射层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。

进一步的，所述金属电极层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Ni、Au、Ti、Al。

本发明提出的GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法具有如下特点：通过在衬底背面先进行图形化结构的刻蚀，之后再把金属反射层蒸镀在此图形化结构中，形成金属反射层阵列，保证了LED芯片在与蓝膜粘附的时候不会出现金属层脱落现象。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的GaN基LED的结构示意图；

图2a-2d是根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法的各个分步骤示意图；

图3是根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作流程图；

图4是根据本发明第二实施例的GaN基LED的结构示意图。

图中的附图标记所分别指代的技术特征为：

10、GaN基LED；11、衬底；12、N型GaN层；13、多量子阱层；14、P型GaN层；15、透明电极层15；16、金属电极层；17、氧化物保护层；18、外延层；

301、衬底；309、光刻掩模；310、光刻胶层；311、金属反射层；

40、GaN基LED；41、衬底；42、N型GaN层；43、多量子阱层；44、P型GaN层；45、透明电极层；46、金属电极层；47、氧化物保护层；48、外延层；49、金属反射层。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部工艺或结构。

图1-3示出了本发明的第一实施例。

图1示出了根据本发明的第一实施例的GaN基LED的结构，如图1所示，根据本发明的第一实施例所述的GaN基LED 10包括：衬底11、外延层18、透明电极层15、金属电极层16和氧化物保护层17。根据第一实施例，所述外延层18包括N型GaN层12、多量子阱层13，以及P型GaN层14。优选的，所述透明电极层15是ITO（Indium Tin Oxide）电极层。

在本实施例中，所述衬底11是蓝宝石衬底；在其它实施例中，所述衬底11还可以由其它材料制成，所述其它材料例如碳化硅或者硅片。

在本实施例中，所述金属电极层16可以由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Ni、Au、Ti、Al。

优选的，可以采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在衬底上形成所述外延层18。

图2a-2d示出了根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法的各个分步骤，而图3示出了根据本发明的第一实施例的GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作流程。

参见图2a-2d以及图3，根据本发明的第一实施例的金属反射层阵列的制作方法包括以下步骤：

第一步：制备阵列图形掩模，如图3的步骤31所示。

参见图2a，在本实施例中，用光刻胶在GaN基LED的衬底301的、与所述外延层相对的另一面上制备阵列图形掩模。

具体而言，本步骤可以如下进行：首先，在衬底301的、与所述外延层相对的另一面上形成光刻胶层310；接着，利用光刻掩模309，在光刻机上对光刻胶层310进行曝光操作；在所述曝光操作之后，利用显影液进行显影操作以便显现出曝光后在光刻胶层310中形成的潜在阵列图形从而制备阵列图形掩模。

优选的，所述“形成光刻胶层310”的操作可以如下进行：首先，采用旋涂法、利用匀胶机在衬底上均匀地旋涂光刻胶（例如聚酰亚胺），例如，所述匀胶机转速为3700转/分；接着，将涂有光刻胶的产品放入烘箱内进行前烘操作，例如，所述前烘操作的条件是：在170℃的温度下烘烤时间30分钟。

第二步：在衬底上刻蚀出阵列图形结构，如图3的步骤32所示。

参见图2b，通过刻蚀工艺，借助于所述阵列图形掩模（即显影后的光刻胶层310），在衬底301上刻蚀出阵列图形结构。在本实施例中，所述刻蚀工艺采用的是干法刻蚀工艺，例如采用ICP（inductively coupled plasma）刻蚀设备来在衬底上刻蚀出所述阵列图形结构。在其它实施例中，还可以采用其它刻蚀方法，例如湿法刻蚀方法。

优选的，还可以对ICP刻蚀程序进行调整，在保证一定速率的情况下，减少刻蚀过程中光刻胶层310受到的损伤。

第三步：形成金属反射层，如图3的步骤33所示。

参见图2c，在本实施例中，通过蒸镀工艺而在所述阵列图形结构上沉积金属反射层311。其中，所述金属反射层311是具有低吸收率和高反射率的金属层。

作为一种优选实施方式，所述金属反射层311由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。

作为另一种优选实施方式，可以通过真空溅射工艺来在所述阵列图形结构上形成金属反射层311。当然，显而易见的是，还可以通过本领域技术人员所公知的其它工艺在所述阵列图形结构上形成金属反射层311。

第四步：去除光刻胶，形成最终的金属反射层，如图3的步骤34所示。

参见图2d，在本实施例中，采用湿法去胶工艺，即把形成金属反射层311后的所述GaN基LED产品浸泡在去胶液中，去除光刻胶层以便对光刻胶层表面的金属反射层进行剥离，从而得到最终的金属反射层。

作为另一种优选实施方式，还可以采用干法去胶工艺，去除光刻胶层以及剥离光刻胶层表面的金属反射层，从而得到最终的金属反射层。

至此，完成了根据本发明的第一实施例所述的GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作。

图4示出了本发明的第二实施例。

图4为根据本发明第二实施例的GaN基LED的结构示意图。如图4所示，本实施例所述的GaN基LED 40包括：衬底41、外延层48、透明电极层45、金属电极层46和氧化物保护层47，其中在所述GaN基LED的衬底41的、与所述外延层48相对的另一面上具有按照第一实施例所述的制作方法而制作的金属反射层49。

在第二实施例中，所述衬底41是蓝宝石衬底；在其它实施例中，所述衬底41还可以由其它材料制成，所述其它材料例如碳化硅或者硅片。

在本实施例中，所述外延层48包括N型GaN层42、多量子阱层43，以及P型GaN层44；所述透明电极层45是ITO电极层。

优选的，所述金属反射层49是具有低吸收率和高反射率的金属层。其中，所述金属反射层49可以由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。

优选的，所述金属电极层46由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Ni、Au、Ti、Al。

优选的，采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）方法在衬底上形成所述外延层48。

与现有技术的GaN基LED制造工艺中的金属反射层的制作方法相比，本发明所提出的金属反射层阵列的制作方法通过在衬底背面先进行图形化结构的刻蚀，之后再把金属反射层蒸镀在此图形化结构中，形成金属反射层阵列，即达到了金属反射层的光反射效果，又保证了LED芯片在与蓝膜粘附的时候不会出现金属层脱落现象。此外，通过控制金属反射层阵列结构的深宽比和间隔距离，可以达到正常背面全部蒸镀金属反射层所达到的反射率。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (10)

1.一种GaN基LED制造工艺中的金属反射层阵列的制作方法，所述GaN基LED包括衬底、外延层、透明电极层、金属电极层和氧化物保护层，其中所述金属反射层阵列的制作方法包括步骤：

用光刻胶在衬底的、与所述外延层相对的另一面上制备阵列图形掩模；

通过刻蚀工艺，借助于所述阵列图形掩模，在衬底上刻蚀出阵列图形结构；

在所述阵列图形结构上形成金属反射层；

去除光刻胶以便对光刻胶表面的金属反射层进行剥离，从而得到最终的金属反射层。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述刻蚀工艺采用的是干法刻蚀工艺，所述干法刻蚀工艺采用的是ICP刻蚀设备。

3.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述“用光刻胶在衬底的、与所述外延层相对的另一面上制备阵列图形掩模”包括步骤：

在衬底的、与所述外延层相对的另一面上形成光刻胶层，其中所述形成光刻胶层进一步包括涂胶和前烘；

利用光刻掩模，通过对光刻胶层进行曝光操作、显影操作而制备阵列图形掩模。

4.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述衬底是蓝宝石衬底，所述外延层包括N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层，所述金属反射层是具有低吸收率和高反射率的金属层，所述透明电极层是ITO电极层。

5.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述金属反射层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt；所述金属电极层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Ni、Au、Ti、Al。

6.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述“在所述阵列图形结构上形成金属反射层”的操作包括以下步骤：通过蒸镀工艺而在所述阵列图形结构上沉积金属反射层，通过真空溅射工艺而在所述阵列图形结构上形成金属反射层。

7.一种GaN基LED，包括衬底、外延层、透明电极层、金属电极层和氧化物保护层，其中在所述GaN基LED的衬底的、与所述外延层相对的另一面上具有按照权利要求1所述的制作方法而制作的金属反射层。

8.根据权利要求7所述的GaN基LED，其特征在于，所述衬底是蓝宝石衬底，所述外延层包括N型GaN层、多量子阱层以及P型GaN层，所述金属反射层是具有低吸收率和高反射率的金属层，所述透明电极层是ITO电极层。

9.根据权利要求8所述的GaN基LED，其特征在于，所述金属反射层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Al、Au、Ag、Ni、W、Ti和Pt。

10.根据权利要求7所述的GaN基LED，其特征在于，所述金属电极层由以下金属材料或者以下金属材料的合金而制成：Ni、Au、Ti、Al。

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