CN106206898A - 一种发光二极管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种发光二极管的制作方法,包括:提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;将所述金属Ni层图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni层保留,N型半导体区域上的金属Ni层去除;将具图案化金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层;以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域,尤其是一种具有纳米微结构倾斜侧面的发光二极管的制作方法。
背景技术
现有的具有倾斜侧面的LED结构,制作N电极,大部分是黄光光罩后,直接利用干法蚀刻的方式,蚀刻到N型半导体层,然后制作电极,如此会出现两方面问题:(1)金属N电极对侧面光的吸收;(2)光滑的侧面使得LED芯粒内部发出的光容易出射,不能被利用,如图(1)所示。
中国专利CN105378950A公开了一种顶发射式半导体发光器件,提出先将每一个独立的发光单元以固定间距固定在载体上面,然后在两个发光单元之间通过分发或模制透明层或者颗粒,达到反射光的目的,但是该方法存在一些不足:(1)在发光部件的周围沉积一层介质,容易引入杂质,造成侧面P层、MQW层和N层连通,最后短路。在实际的LED生产中很大一部分失效如漏电或者ESD爆点出现在发光部件周围。(2)只在发光部件周围布置一层透明层或者颗粒,对于N电极的吸收部分不能避免。
发明内容
本发明的目的在于:提出一种发光二极管的制作方法,其倾斜侧面形成纳米微结构,增加了光的漫反射,使得芯片侧面发出的光改变光路,从正向发出,减少N电极对光的吸光,使得亮度增加;纳米微结构与芯片材料同质,不会由于引入其他材料造成漏电或者ESD爆点。
根据本发明的第一方面,提供一种发光二极管的制作方法,包括步骤:
(1)提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;
(2)将所述金属Ni层图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni层保留,N型半导体区域上的金属Ni层去除;
(3)将具图案化金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;
(4)在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层;
(5)以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。
根据本发明的第二方面,还提供另一种发光二极管的制作方法,包括步骤:
(1)提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;
(2)将具金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;
(3)将所述金属Ni颗粒图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni颗粒保留,N型半导体区域上的金属Ni颗粒去除;
(4)在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层;
(5)以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。
优选地,所述金属Ni层的厚度为3~200nm。
优选地,所述退火处理条件:温度为500~800℃,时间为0.5~10min。
优选地,所述步骤(4)中的掩膜层选用光阻或氧化物或金属。
优选地,所述步骤(4)之前还包括步骤:沉积一绝缘保护层用于保护位于所述N型半导体区域的磊晶层在步骤(5)蚀刻工艺中不被先蚀刻。
优选地,所述步骤(5)中第一步蚀刻用于先使得掩膜层内缩0.1~1μm。
优选地,所述步骤(5)中第一步蚀刻采用湿法蚀刻或者干法蚀刻工艺。
优选地,所述步骤(5)中第一步干法蚀刻工艺,包括:通入氧气或四氟化碳或前述组合,上电极功率:150~2000W,下电极功率:0~400W,时间:20~200s。
优选地,所述步骤(5)中第二步蚀刻采用干法蚀刻工艺。
优选地,所述步骤(5)中第二步干法蚀刻工艺,包括:通入三氯化硼或氯气或前述组合,上电极功率:150~500W,下电极功率:50~500W,时间:300~600s。
现有技术制作具有倾斜侧面的LED结构,通常是先制作P型半导体区域和N型半导体区域,此时芯粒倾斜表面为光滑结构,然后再在芯粒侧面通过沉积或者模制颗粒。与现有技术相比,本发明提供的一种发光二极管的制作方法,至少包括以下技术效果:
(1)现有技术工艺流程较为复杂,成本较高,而本发明利用金属颗粒和掩膜层作为掩膜结构,在发光二极管的制作P型半导体区域和N型半导体区域的同时,在倾斜侧面形成纳米微结构,增加了光的漫反射,使得芯片侧面发出的光改变光路,从正向朝上发出,减少N电极对光的吸光,使得亮度增加;
(2)现有技术在芯粒侧面通过沉积或者模制颗粒,即引入了异质材料,而本发明是在发光二极管的倾斜侧面形成纳米微结构,与芯片材料同质,不会由于引入其他材料造成漏电或者ESD爆点。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
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。
图1为现有的具有倾斜侧面的LED结构示意图。
图2为根据本发明实施例1的一种发光二极管的制作方法流程图。
图3~8为根据本发明实施例1的一种发光二极管的制作过程。
图9为根据本发明实施例2的一种发光二极管的制作方法流程图。
图10~15为根据本发明实施例2的一种发光二极管的制作过程。
图中各标号表示如下:
100:磊晶片;101:衬底;102:N型半导体层;103:发光层;104:P型半导体层;200:金属Ni层;201:金属Ni颗粒;205:纳米微结构;300:掩膜层;400:绝缘保护层。
具体实施方式
下面将结合实施例和附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
实施例1
如图2所示,公开了一种制作发光二极管的流程图,包括步骤S101~S105,包括:提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;将所述金属Ni层图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni层保留,N型半导体区域上的金属Ni层去除;将具图案化金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;在金属Ni颗粒上形成掩膜层;以金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。下面对各步骤进行进展开说明。
步骤S101:如图3所示,提供一磊晶片100,该磊晶片包括衬底101和磊晶层,该磊晶层包括N型半导体层101、发光层102和P型半导体层103;在该磊晶片100上沉积金属Ni层200,厚度介于3~200nm之间,沉积方法可以采用蒸镀或者溅镀或者原子层沉积或者其他镀膜方法,本实施例优选蒸镀方法。
步骤S102:如图4所示,将金属Ni层200图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni层保留,N型半导体区域上的金属Ni层去除,该P型半导体区域用于后续制作P电极,N型半导体区域用于后续制作N电极。
步骤S103:如图5所示,将具图案化金属Ni层201的磊晶片100进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布,退火处理的条件包括:温度为500~800℃,时间为0.5~10min,气氛为N2:25~95L。
步骤S104:如图6所示,在金属Ni颗粒201上形成掩膜层300,掩膜层的面积与金属Ni颗粒相当,掩膜层的材料可以选用光阻或氧化物或金属,本实施例优选光阻作为掩膜层,光阻厚度可为0.5~3μm,运用黄光制程制作出由柱状光阻构成的图形,此过程可采用步进式曝光机、接触式曝光机、投影式曝光机或压印方式。
步骤S105:如图7所示,以金属Ni颗粒201及掩膜层300作为掩膜结构,进行感应耦合等离子体蚀刻工艺,先进行第一步干法蚀刻,使得掩膜层内缩0.1~1μm,第一步干法蚀刻工艺,参数包括:通入氧气100~200sccm,上电极功率:1000~2000W,下电极功率:0~50W,时间:20~200s;然后如图8所示,再进行第二步干法蚀刻,使得磊晶层形成具有纳米微结构205的倾斜面且裸露出部分N型半导体层102,蚀刻工艺参数包括:通入三氯化硼5~50sccm,通入氯气60~180sccm,上电极功率:150~500W,下电极功率:50~500W,时间:300~600s,最后分别在P型半导体层104和裸露的N型半导体层102上制作P电极600和N电极500,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构205。
实施例2
如图9所示,公开了另一种制作发光二极管的流程图,包括步骤S201~S205,包括:提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;将具金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;将所述金属Ni颗粒图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni颗粒保留,N型半导体区域上的金属Ni颗粒去除;在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层;以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。下面对各步骤进行进展开说明。
步骤S201:如图10所示,提供一磊晶片100,该磊晶片包括衬底101和磊晶层,该磊晶层包括N型半导体层101、发光层102和P型半导体层103;在该磊晶片100上沉积金属Ni层200,厚度介于3~200nm之间,沉积方法可以采用蒸镀或者溅镀或者原子层沉积或者其他镀膜方法,本实施例优选溅镀方法。
步骤S202:如图11所示,将具金属Ni层的磊晶片201的磊晶片100进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布,退火处理的条件包括:温度为500~800℃,时间为0.5~10min,气氛为N2:25~95L。
步骤S203:如图12所示,将金属Ni颗粒201图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni颗粒保留,N型半导体区域上的金属Ni颗粒去除,该P型半导体区域用于后续制作P电极,N型半导体区域用于后续制作N电极。
步骤S204:如图13所示,在金属Ni颗粒201上先沉积一绝缘保护层400,再形成掩膜层300。该绝缘保护层400可以选用SiO2或SiN或Al2O3,本实施例优选化学气相沉积(CVD)10~30nm厚度的SiO2形成,绝缘保护层的面积与磊晶层相当(面积大于金属Ni颗粒),用于保护位于N型半导体区域的磊晶层在步骤S205蚀刻工艺中不被先蚀刻,作为缓冲作用;该掩膜层300的面积与金属Ni颗粒相当,掩膜层的材料可以选用光阻或氧化物或金属,本实施例优选光阻作为掩膜层,光阻厚度可为0.5μm~3μm,运用黄光制程制作出由柱状光阻构成的图形,此过程可采用步进式曝光机、接触式曝光机、投影式曝光机或压印方式。
步骤S205:如图14所示,以金属Ni颗粒201、绝缘保护层400及掩膜层300作为掩膜结构,进行感应耦合等离子体蚀刻工艺,先进行第一步干法蚀刻,使得绝缘保护层、掩膜层的单边尺寸相对于金属Ni颗粒均向内缩0.1~1μm,第一步干法蚀刻工艺,包括:通入四氟化碳50~300sccm,通入氧气5~200sccm,上电极功率:150~900W,下电极功率:50~400W,时间:20~200s;然后如图15所示,再进行第二步干法蚀刻,使得磊晶层形成具有纳米微结构205的倾斜面且裸露出部分N型半导体层102,蚀刻工艺参数包括:通入三氯化硼5~50sccm,通入氯气60~180sccm,上电极功率:150~500W,下电极功率:50~500W,时间:300~600s,最后分别在P型半导体层104和裸露的N型半导体层102上制作P电极600和N电极500,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构205。
实施例3
本实施例的公开了再一种制作发光二极管的制作方法,包括工艺步骤:
(1)提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;
(2)将所述金属Ni层图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni层保留,N型半导体区域上的金属Ni层去除;
(3)将具图案化金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;
(4)在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层,并采用湿法蚀刻,使得掩膜层内缩;
(5)以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行感应耦合等离子体蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。
本实施例与实施例1的区别在于:实施例1的步骤S105中的位于金属Ni颗粒之上的掩膜层内缩是通过干法蚀刻工艺完成,而本实施的掩膜层内缩是通过湿法蚀刻工艺完成。本实施例的掩膜层内缩采用湿法蚀刻工艺成本较低,工艺条件简单,便于生产操作;而实施例1中掩膜层内缩采用干法蚀刻工艺便于控制相关尺寸的均匀性。
综上所述,本发明是利用金属颗粒和掩膜层作为掩膜结构,在制作P型半导体区域和N型半导体区域的同时,在芯粒倾斜表面形成纳米微结构。与现有技术相比,具有以下技术优势:
(1)充分利用现有产线的技术条件及材料,不会引入新的工艺步骤及新材料;
(2)芯粒倾斜表面形成纳米微颗粒与外延层同质,避免造成侧面P型半导体层、发光层和P型半导体层连通,最后短路,造成漏电或者ESD爆点;
(3)不仅在LED芯粒的发光区周围设置有纳米微结构,同时由于该纳米微结构位于N电极周围,避免了N金属电极对光的吸收。
应当理解的是,上述具体实施方案仅为本发明的部分优选实施例,以上实施例还可以进行各种组合、变形。本发明的范围不限于以上实施例,凡依本发明所做的任何变更,皆属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管的制作方法,包括步骤:
(1)提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;
(2)将所述金属Ni层图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni层保留,N型半导体区域上的金属Ni层去除;
(3)将具图案化金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;
(4)在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层;
(5)以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。
2.一种发光二极管的制作方法,包括步骤:
(1)提供一磊晶片,并沉积一金属Ni层;
(2)将具金属Ni层的磊晶片进行退火处理,退火后,金属Ni层在磊晶片上呈现颗粒状分布;
(3)将所述金属Ni颗粒图案化,定义P型半导体区域上的金属Ni颗粒保留,N型半导体区域上的金属Ni颗粒去除;
(4)在所述金属Ni颗粒上形成掩膜层;
(5)以所述金属Ni颗粒及掩膜层作为掩膜结构,进行蚀刻工艺,先进行第一步蚀刻,使得掩膜层内缩,然后再进行第二步蚀刻,得到具有倾斜表面的发光二极管,且倾斜表面形成纳米微结构。
3.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述金属Ni层的厚度为3~200nm。
4.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述退火处理条件:温度为500~800℃,时间为0.5~10min。
5.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述步骤(4)之前还包括步骤:沉积一绝缘保护层用于保护位于所述N型半导体区域的磊晶层在步骤(5)蚀刻工艺中不被先蚀刻。
6.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述步骤(5)中第一步蚀刻用于先使得掩膜层内缩0.1~1μm。
7.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述步骤(5)中第一步蚀刻采用湿法蚀刻或者干法蚀刻工艺。
8.根据权利要求7所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述步骤(5)中第一步干法蚀刻工艺,包括:通入氧气或四氟化碳或前述组合,上电极功率:150~2000W,下电极功率:0~400W,时间:20~200s。
9.根据权利要求1或2所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述步骤(5)中第二步蚀刻采用干法蚀刻工艺。
10.根据权利要求9所述的一种发光二极管的制作方法,其特征在于:所述步骤(5)中第二步干法蚀刻工艺,包括:通入三氯化硼或氯气或前述组合,上电极功率:150~500W,下电极功率:50~500W,时间:300~600s。
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