CN116936711B - 一种垂直发光二极管及其制备方法、led灯板 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种垂直发光二极管及其制备方法、LED灯板,该垂直发光二极管包括导电层以及依次沉积于导电层上的Ag金属反射镜、光角转换层、外延层、导电金属层;导电层包括芯片焊盘以及依次沉积于芯片焊盘上的导电基板、Au金属膜层、Au金属薄膜以及Ni金属薄膜,光角转换层的截面呈倒梯形结构,光角转换层为本征GaN层,本发明通过设置Ag金属反射镜以及光角转换层,使得垂直发光二极管内部大角度的光线通过Ag金属反射镜的反射转换为小角度的光线,防止大角度光线在垂直发光二极管内发生全反射无法释放,从而提升垂直发光二极管的发光效率。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管的技术领域,具体地涉及一种垂直发光二极管及其制备方法、LED灯板。
背景技术
垂直发光二极管芯片高效节能、可靠性高、光效高被广泛的应用于照明和显示领域,垂直发光二极管芯片由于正电极和负电极分布于外延层两侧使得电流可以垂直传输,更是大幅的提升了垂直发光二极管的耐高温性能以及垂直发光二极管使用的极限电流。
但现有的垂直发光二极管由于其内部大角度的光线在垂直发光二极管内全反射无法释放,进而会导致垂直发光二极管的发光效率降低。
发明内容
为了解决上述技术问题,本发明提供了一种垂直发光二极管及其制备方法、LED,用于解决现有技术中的技术问题。
第一方面,本发明实施例提供以下技术方案,一种垂直发光二极管,包括导电层以及依次沉积于所述导电层上的Ag金属反射镜、光角转换层、外延层、导电金属层;
所述导电层包括芯片焊盘以及依次沉积于所述芯片焊盘上的导电基板、Au金属膜层、Au金属薄膜以及Ni金属薄膜,所述光角转换层的截面呈倒梯形结构,所述光角转换层为本征GaN层。
相比现有技术,本申请的有益效果为:在本发明中,通过设置Ag金属反射镜以及倒梯形设置的光角转换层,使得垂直发光二极管内部大角度的光线通过Ag金属反射镜的反射转换为小角度的光线,以此防止大角度光线在垂直发光二极管内发生全反射无法释放,从而提升垂直发光二极管的发光效率。
较佳的,所述Ag金属反射镜的厚度范围为1200Å-1500Å,所述Au金属薄膜的厚度范围为10000Å-20000Å,所述Ni金属薄膜的厚度范围为5000Å-8000Å。
较佳的,所述外延层包括依次沉积在所述光角转换层上的P型GaN层、有源发光层、N型GaN层、AlN缓冲层。
第二方面,本发明实施例还提供以下技术方案,一种垂直发光二极管的制备方法,包括以下步骤:
S1、提供一Si衬底,在所述Si衬底上沉积外延层,在所述外延层上制备SiO2薄膜,以得到牺牲层;
S2、在所述牺牲层表面涂布光刻胶,然后对光刻胶进行曝光、显影,以暴露出部分牺牲层,利用腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以在所述牺牲层上形成梯形的牺牲层开口;
S3、在所述牺牲层开口内的所述外延层上制备本征GaN层,并腐蚀去除剩余的牺牲层,以得到截面呈梯形的光角转换层;
S4、在所述光角转换层及未被所述光角转换层覆盖的外延层上涂布第一正性光刻胶然后曝光,在所述第一正性光刻胶上涂布第一负性光刻胶然后曝光,在所述第一负性光刻胶上涂布第二正性光刻胶然后曝光,然后进行统一显影,以在第一正性光刻胶上形成第一光刻胶开口、在第一负性光刻胶上形成第二光刻胶开口、在第二正性光刻胶上形成第三光刻胶开口;
其中,所述第一光刻胶开口的尺寸大于所述第二光刻胶开口的尺寸,所述第二光刻胶开口的尺寸等于所述第三光刻胶开口的尺寸;
S5、利用电子束蒸镀技术在所述第一光刻胶开口内的外延层与光角转换层上蒸镀一Ag金属薄膜,之后去除第一正性光刻胶、第一负性光刻胶与第二正性光刻胶,以得到Ag金属反射镜;
S6、在所述Ag金属反射镜上依次沉积Ni金属薄膜、Au金属薄膜;
S7、提供一导电基板并在所述导电基板上蒸镀Au金属膜层,将所述Si衬底翻转并将所述Au金属膜层与Au金属薄膜进行热压键合;
S8、去除掉所述Si衬底并在所述导电基板远离所述Au金属膜层的一侧蒸镀形成芯片焊盘,接着在外延层表面涂布光刻胶然后曝光、显影并去除部分所述外延层,以使所述外延层部分暴露,在暴露出的外延层上蒸镀形成导电金属层,以得到垂直发光二极管。
较佳的,所述在所述外延层上制备SiO2薄膜,以得到牺牲层的步骤包括:
在PECVD设备的反应腔内通入第一N2,然后控制射频的功率为30W-60W,持续30S-60S,以产生等离子体并通过等离子体清洁反应腔,关闭射频,其中,第一N2的流量为200sccm-300sccm;
然后对反应腔抽真空处理,同时通入第二N2,将腔体压力维持在120 Pa-180Pa,其中,第二N2的流量为1500sccm-2000sccm;
然后同时通入SiH4和N2O,接着将射频的功率开到90W-120W,持续预设时间,以得到SiO2薄膜, N2O和SiH4流量比为5:1-20:1,在预设时间内, N2O和SiH4流量比逐渐增大,以使制备得到的SiO2薄膜沿着远离外延层的方向逐渐致密;
然后,将射频功率降低至30W-60W,并通入O2,通过电离的氧原子与SiO2薄膜表面的悬挂键反应,以清洁SiO2薄膜,进而得到牺牲层。
较佳的所述利用腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以在所述牺牲层上形成梯形的牺牲层开口的步骤包括:
利用第一腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以形成垂直设置的垂直开口,接着利用第二腐蚀液腐蚀垂直开口的侧壁,以形成倒梯形的牺牲层开口,其中,所述牺牲层开口与所述外延层的侧壁之间的夹角为30°-60°。
较佳的在蒸镀Ag金属薄膜时,电子束蒸镀机台的镀锅围绕机台的中心公转的同时镀锅也会沿着镀锅的中心自转,且Ag金属薄膜的蒸镀厚度每增加预设厚度,镀锅的自转与公转的方向发生一次变化,同时,Ag金属薄膜蒸镀完成之后,通过一热盘对所述Si衬底进行加热,使得第一正性光刻胶、第一负性光刻胶与第二正性光刻胶软化并包裹住Ag金属薄膜。
较佳的所述去除掉所述Si衬底的步骤包括:
利用第一溶液对所述Si衬底进行第一次腐蚀,第一次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的60%,所述第一溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为10μm/min -15μm/min,然后利用第二溶液对第一次腐蚀后的Si衬底进行第二次腐蚀,第二次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的30%,所述第二溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为10μm/min -15μm/min,然后利用第三溶液对第二次腐蚀后的Si衬底进行第三次腐蚀,第三次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的10%,所述第三溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为1μm/min -3μm/min。
较佳的,在所述步骤S1中,在所述Si衬底上依次沉积AlN缓冲层、N型GaN层、有源发光层、P型GaN层,以形成外延层。
第三方面,本发明实施例还提供以下技术方案,一种LED灯板,其特征在于,包括PCB板以及设于所述PCB板上的若干荧光粉围坝,所述荧光粉围坝内设有P型焊盘、N型焊盘以及上述的垂直发光二极管,所述垂直发光二极管通过导电胶设于所述P型焊盘上,所述垂直发光二极管中的导电金属层通过Au线与所述N型焊盘连接,所述荧光粉围坝内填充有荧光粉,所述荧光粉与所述PCB板表面设有透明胶。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的垂直发光二极管的结构图;
图2为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法的流程图;
图3为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S1产生的半成品示意图;
图4为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S2产生的半成品示意图;
图5为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S3产生的半成品示意图;
图6为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S4产生的半成品示意图;
图7为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S5产生的半成品示意图;
图8为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S6产生的半成品示意图;
图9为本发明实施例二提供的垂直发光二极管的制备方法中步骤S7产生的半成品示意图;
图10为本发明另一实施例提供的LED灯板的结构图;
图11为图10中的A—A截面图。
附图标记说明:
以下将结合说明书附图对本发明作进一步说明。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明的实施例,而不能理解为对本发明的限制。
在本发明实施例的描述中,需要理解的是,术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确具体的限定。
实施例一
如图1所示,本发明第一实施例提供了一种垂直发光二极管,包括导电层以及依次沉积于所述导电层上的Ag金属反射镜6、光角转换层4、外延层、导电金属层12;
所述导电层包括芯片焊盘11以及依次沉积于所述芯片焊盘11上的导电基板9、Au金属膜层10、Au金属薄膜8以及Ni金属薄膜7,所述光角转换层4的截面呈倒梯形结构,所述光角转换层4为本征GaN层;
其中,导电基板9具体为一P型掺杂或N型掺杂的Si片,Au金属薄膜8以便于后续的导电基板9上Au金属键合,Ni金属薄膜7为了保护Ag金属不被外界环境腐蚀氧化,导电金属层12的材料为金属Cr/Al/Ti/Au。
具体的,在本实施例中,光角转换层4其截面呈倒梯形结构,即沿着Ag金属反射镜6至外延层的方向,所述光角转换层4的宽度逐渐递增,同时光角转换层4具体为本征GaN层,由于本征GaN层的折射率接近于外延层中P型GaN层24的折射率,因此通过光角转换层可避免有源发光层23发出的部分光线在P型GaN层24和光角转换层4两者接触面发生全反射,造成光效损失;
同时,在本发明中,通过设置Ag金属反射镜6以及倒梯形设置的光角转换层4,使得垂直发光二极管内部大角度的光线通过Ag金属反射镜6的反射转换为小角度的光线,以此防止大角度光线在垂直发光二极管内发生全反射无法释放,从而提升垂直发光二极管的发光效率。
在本实施例中,所述Ag金属反射镜6的厚度范围为1200Å-1500Å,所述Au金属薄膜8的厚度范围为10000Å-20000Å,所述Ni金属薄膜7的厚度范围为5000Å-8000Å;
其中,Ag金属反射镜6的厚度不低于1200Å,为了保证Ag金属反射镜6自身的反射率大于Ag金属本身的反射率,且Ag金属反射镜6的厚度不高于1500Å,其为了进一步节省成本。
在本实施例中,所述外延层包括依次沉积在所述光角转换层4上的P型GaN层24、有源发光层23、N型GaN层22、AlN缓冲层21。
如图10、图11所示,值得说明的是,在本发明的另一些实施例中,还提供以下方案,一种LED灯板,其特征在于,包括PCB板100以及设于所述PCB板100上的若干荧光粉围坝101,所述荧光粉围坝101内设有P型焊盘102、N型焊盘103以及如上述实施例所述的垂直发光二极管,所述垂直发光二极管通过导电胶104设于所述P型焊盘102上,所述垂直发光二极管中的导电金属层12通过Au线105与所述N型焊盘103连接,所述荧光粉围坝101内填充有荧光粉106,所述荧光粉106与所述PCB板100表面设有透明胶107;
具体的,在荧光粉围坝101的底部设有P型焊盘102,而所述垂直发光二极管中的芯片焊盘11通过导电胶104粘连固定在P型焊盘102上,而导电金属层12通过Au线105与所述N型焊盘103连接,以形成导电连接,同时通过设置透明胶107可对所述荧光粉106与所述PCB板100上的垂直发光二极管进行保护。
值得说明的是,一种LED灯板的制备方法如下:
首先提供一PCB板100,所述PCB板100至少包括荧光粉围坝101、P型焊盘102、N型焊盘103,然后利用导电胶104将所述垂直发光二极管的芯片焊盘11与P型焊盘102粘结在一起形成电性连接,所述导电胶104可以为Ag、SnAg、SnAgCu,然后利用打线工艺用Au线105将芯片焊盘11的导电金属层12与N型焊盘103连接导通;
接着在所述垂直发光二极管表面及荧光粉围坝101内放入荧光粉106,然后利用一滚筒旋转PCB板100,使荧光粉106均匀的填充在荧光粉围坝101内,所述荧光粉106经过垂直发光二极管发出的蓝光的激发可以发出红光和绿光,且与垂直发光二极管自身发出的蓝光可以组合为白光;
接着在荧光粉106及PCB板100表面涂布透明胶107对所述垂直发光二极管及荧光粉106形成保护,以得到LED灯板。
实施例二
如图2所示,本发明第二实施例提供了一种垂直发光二极管的制备方法,包括以下步骤:
如图3所示,S1、提供一Si衬底1,在所述Si衬底1上沉积外延层,在所述外延层上制备SiO2薄膜,以得到牺牲层3;
其中,在所述Si衬底1上依次沉积AlN缓冲层21、N型GaN层22、有源发光层23、P型GaN层24,以形成外延层;
在步骤S1中,牺牲层3的厚度为后续步骤中制备得到的光角转换层4厚度的2-3倍。
在所述步骤S1中,在所述外延层上制备SiO2薄膜,以得到牺牲层的步骤包括:
在PECVD设备的反应腔内通入第一N2,然后控制射频的功率为30W-60W持续30S-60S,以产生等离子体并通过等离子体清洁反应腔,关闭射频,其中,第一N2的流量为200sccm-300sccm;
然后对反应腔抽真空处理,同时通入第二N2,将腔体压力维持在120Pa-180Pa,其中,第二N2的流量为1500sccm-2000sccm;
其中,通入第二N2,将腔体压力维持在120Pa-180Pa为了营造低真空的N2气氛,避免反应腔内杂质气体影响后续的SiO2成膜效果;
然后同时通入SiH4和N2O,接着将射频的功率开到90W-120W持续预设时间,以得到SiO2薄膜,N2O和SiH4流量比为5:1-20:1,在预设时间内,N2O和SiH4流量比逐渐增大,以使制备得到的SiO2薄膜沿着外延方向逐渐致密;
其中,将射频功率开到90W-120W持续预设时间,预设时间可根据所需制备的SiO2薄膜的厚度进行设置,此处的外延方向具体指背向所述外延层的方向;
然后,将射频功率降低至30W-60W,并通入O2,通过电离的氧原子与SiO2薄膜表面的悬挂键反应,以清洁SiO2薄膜,进而得到牺牲层;
其中,通过电离的氧原子与SiO2薄膜表面的悬挂键反应,以此可达到清洁SiO2薄膜的目的,避免后续制备本征GaN层的过程中,SiO2薄膜表面的悬挂键影响本征GaN层的晶体质量。
如图4所示,S2、在所述牺牲层3表面涂布光刻胶,然后对光刻胶进行曝光、显影,以暴露出部分牺牲层3,利用腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层3,以在所述牺牲层3上形成倒梯形的牺牲层开口;
其中,在所述步骤S2中,利用腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以在所述牺牲层上形成梯形的牺牲层开口的步骤包括:
利用第一腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以形成垂直设置的垂直开口,接着利用第二腐蚀液腐蚀垂直开口的侧壁,以形成倒梯形的牺牲层开口,其中,所述牺牲层开口与所述外延层的侧壁之间的夹角为30°-60°;
具体的,在所述牺牲层3表面涂布光刻胶,然后曝光、显影去除掉部分光刻胶,暴露出部分牺牲层3,然后利用第一BOE溶液腐蚀暴露出的SiO2薄膜形成垂直的垂直开口,接着利用第二BOE溶液腐蚀SiO2薄膜的垂直开口的侧壁,使开口成梯形状,形成牺牲层开口,然后剩余去除光刻胶,可以通孔控制第二BOE溶液中氟化氢溶液和氟化铵溶液的体积比来控制牺牲层开口与外延层侧壁之间所夹锐角的角度大小,所述第二BOE溶液中氟化氢溶液和氟化铵溶液的体积比越大,牺牲层开口与外延层侧壁之间所夹锐角的角度越小,因为制备牺牲层3的SiO2薄膜过程中N2O和SiH4流量比逐渐增大,使得SiO2薄膜沿着背离外延层方向逐渐致密,所以第二BOE溶液腐蚀SiO2薄膜的垂直开口的侧壁时,沿着背离外延层方向SiO2薄膜垂直开口的侧壁的腐蚀速率逐渐减小,使得牺牲层开口可以呈梯形状,这样一来,后续制备在牺牲层开口内制备的本征GaN层便可以呈梯形状。
如图5所示,S3、在所述牺牲层开口内的所述外延层上制备本征GaN层,并腐蚀去除剩余的牺牲层3,以得到截面呈梯形的光角转换层4;
具体的,步骤S3具体为:利用MOCVD工艺在所述牺牲层开口内的P型GaN层24之上制备本征GaN层做为光角转换层4,因为本征GaN层不能在SiO2薄膜上形成,故在所述牺牲层开口内的P型GaN层24之上制备本征GaN层的过程中,并没有在剩余的牺牲层3上形成本征GaN层,本征GaN层与P型GaN层24折射率相近,可以避免有源发光层23发出的部分光线在P型GaN层24和光角转换层4两者接触面发生全反射,造成光效损失;
需要说明的是,在实施例一中,光角转换层4的截面为倒梯形,但该步骤中光角转换层4截面呈梯形,由于在后续的键合过程中需要将Si衬底1进行翻转,因此梯形的光角转换层4便可成为实施例一中提到的倒梯形的光角转换层4。
如图6所示,S4、在所述光角转换层4及未被所述光角转换层4覆盖的外延层上涂布第一正性光刻胶51然后曝光,在所述第一正性光刻胶51上涂布第一负性光刻胶52然后曝光,在所述第一负性光刻胶52上涂布第二正性光刻胶53然后曝光,然后进行统一显影,以在第一正性光刻胶51上形成第一光刻胶开口、在第一负性光刻胶52上形成第二光刻胶开口、在第二正性光刻胶53上形成第三光刻胶开口;
其中,所述第一光刻胶开口的尺寸大于所述第二光刻胶开口的尺寸,所述第二光刻胶开口的尺寸等于所述第三光刻胶开口的尺寸;
第一正性光刻胶51粘度介于30CPS -50CPS,厚度为后续制备的Ag金属反射镜6厚度的2-10倍,便于后续将Ag金属反射镜6制备至第一负性光刻胶52下面的第一正性光刻胶51的镂空区域内,第一次曝光能量介于200mj/cm²-230mj/cm²,第一次曝光时间介于0.4S-0.6S;
所述第一负性光刻胶52厚度为第一正性光刻胶51厚度的5-10倍,所述第一负性光刻胶52粘度介于200CPS-240CPS,第二次曝光能量介于300mj/cm²-350mj/cm²,第二次曝光时间介于0.6S-0.8S;
第二正性光刻胶53厚度为第一负性光刻胶52的1.5-3倍,所述第二正性光刻胶53粘度介于150CPS-200CPS,第三次曝光能量介于250mj/cm²-300mj/cm²,第三次曝光时间介于0.8S-1.0S,且第三次曝光使用的光线波长大于第二次曝光所使用的光线的波长,避免在进行第三曝光时对第一负性光刻胶52造成损伤,导致第一负性光刻胶52显影不净。
如图7所示,S5、利用电子束蒸镀技术在所述第一光刻胶开口内的外延层与光角转换层4上蒸镀一Ag金属薄膜,之后去除第一正性光刻胶51、第一负性光刻胶52与第二正性光刻胶53,以得到Ag金属反射镜6;
其中,在所述步骤S5中,在蒸镀Ag金属薄膜时,电子束蒸镀机台的镀锅围绕机台的中心公转的同时镀锅也会沿着镀锅的中心自转,且Ag金属薄膜的蒸镀厚度每增加预设厚度,镀锅的自转与公转方向发生一次变化,同时,Ag金属薄膜蒸镀完成之后,通过一热盘对所述Si衬底1进行加热,使得第一正性光刻胶51、第一负性光刻胶52与第二正性光刻胶53软化并包裹住Ag金属薄膜;
具体的,电子束蒸镀过程中镀锅围绕机台中心进行公转,镀锅自身绕镀锅中心自传,公转方向与自转方向一致,预设厚度为300Å ,因此Ag金属薄膜的蒸镀厚度每增加300Å,镀锅公转和自转的方向发生一次改变,起始旋转方向不做限定,可以理解为,刚开始镀锅顺时针自转和公转,当Ag金属薄膜厚度镀到300Å时,镀锅转换为逆时针自转和公转,当Ag金属薄膜厚度镀到600Å时,镀锅转换为顺时针自转和公转,如此反复,直至结束,这样反复转换镀锅方向进行蒸镀可以减小Ag金属薄膜在晶圆上厚度的均匀性,保证Ag金属薄膜在晶圆上厚度的均匀性小于5%,蒸镀过程中镀锅与Ag金属靶材所在水平面夹角介于30°-60°,这个角度可以保证将Ag金属蒸镀至第一负性光刻胶52下面的第一正性光刻胶51的镂空区域内;
蒸镀Ag金属结束后,将晶圆从镀锅上取下,通过一热盘对所述Si衬底1进行加热,使得第一正性光刻胶51、第一负性光刻胶52与第二正性光刻胶53软化并包裹住Ag金属薄膜,第一正性光刻胶51、第一负性光刻胶52与第二正性光刻胶53的开口处坍塌完全包裹住Ag金属薄膜边缘,保护Ag金属薄膜在后续进行蓝膜剥离时不发生脱落;
然后利用蓝膜剥离工艺去除掉第二正性光刻胶53表面残留的Ag金属,然后利用去胶液去除掉剩余的第一正性光刻胶51、第一负性光刻胶52与第二正性光刻胶53,如此便完成了Ag金属反射镜6的制备。
如图8所示,S6、在所述Ag金属反射镜6上依次沉积Ni金属薄膜7、Au金属薄膜8;
具体的,步骤S6具体为:在Ag金属反射镜6及未被Ag金属反射镜6覆盖的P型GaN层24表面利用电子束蒸镀工艺依次蒸镀Ni金属薄膜7、Au金属薄膜8,Ni金属薄膜7厚度介于5000Å-8000Å,其作用为保护Ag金属不被外界环境腐蚀氧化,Au金属薄膜8介于10000Å-20000Å,其作用为于后续的导电基板9上Au金属膜层10的键合。
如图9所示,S7、提供一导电基板9并在所述导电基板9上蒸镀Au金属膜层10,将所述Si衬底1翻转并将所述Au金属膜层10与Au金属薄膜8进行热压键合。
S8、去除掉所述Si衬底1并在所述导电基板9远离所述Au金属膜层10的一侧蒸镀形成芯片焊盘11,接着在外延层表面涂布光刻胶然后曝光、显影并去除部分所述外延层,以使所述外延层部分暴露,在暴露出的外延层上蒸镀形成导电金属层12,以得到垂直发光二极管;
其中,在所述步骤S8中,去除掉所述Si衬底的步骤包括:
利用第一溶液对所述Si衬底进行第一次腐蚀,第一次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的60%,所述第一溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为10μm/min -15μm/min,然后利用第二溶液对第一次腐蚀后的Si衬底进行第二次腐蚀,第二次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的30%,所述第二溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为10μm/min -15μm/min,然后利用第三溶液对第二次腐蚀后的Si衬底进行第三次腐蚀,第三次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的10%,所述第三溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为1μm/min -3μm/min;
其中,所述第一溶液、第二溶液、第三溶液均为硝酸和氢氟酸和水的混合液,只是三者硝酸和氢氟酸的浓度及体积比不同,其中氢氟酸浓度越大,体积占比越大,对Si衬底1腐蚀速率越快,如上可以看出,在腐蚀Si衬底1的过程中腐蚀速率在逐渐减小,且腐蚀掉Si衬底1的厚度也在逐渐减少,这是因为如果一味的用大腐蚀速率的溶液腐蚀去除掉Si衬底1,会导致Si衬底1去除太迅速,外延层内应力无法缓慢释放,容易造成外延层暗裂,最终造成芯片良品率降低,而如果一味的用小腐蚀速率的溶液去除掉Si衬底1,则作业时间太久,机台产能下降;
在去除完Si衬底1之后,去掉导电基板9远离所述Au金属膜层10的一侧的蓝膜,然后在导电基板9远离所述Au金属膜层10的一侧利用电子束蒸镀工艺蒸镀一Au金属层作为连接导电基板9和后续封装支架的芯片焊盘11;
接着,利用在AlN缓冲层21表面涂布光刻胶,然后曝光、显影去除掉部分光刻胶,暴露出下面的AlN缓冲层21,然后利用电感耦合等离子体刻蚀工艺去掉暴露出的AlN缓冲层21及其下面的N型GaN层22的部分,形成外延层凹部,接着利用电子束蒸镀工艺在剩余光刻胶表面及外延层凹部内依次蒸镀金属Cr/Al/Ti/Au,然后利用蓝膜剥离工艺去除掉光刻胶上面的金属,然后利用去胶液去除光刻胶,这样便在外延层凹部内制备得到了金属Cr/Al/Ti/Au,其做为导电金属层12,负责后续通过打线工艺与封装支架形成电性连接,至此,所述垂直发光二极管制备完成。
综上,在本发明中,通过设置Ag金属反射镜6以及倒梯形设置的光角转换层4,使得垂直发光二极管内部大角度的光线通过Ag金属反射镜6的反射转换为小角度的光线,以此防止大角度光线在垂直发光二极管内发生全反射无法释放,从而提升垂直发光二极管的发光效率,同时本发明提供的垂直发光二极管的制备方法,通过利用腐蚀速率逐渐减少的方式去除Si衬底1,避免了外延层暗裂,良品率下降的风险。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种垂直发光二极管的制备方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、提供一Si衬底,在所述Si衬底上沉积外延层,在所述外延层上制备SiO2薄膜,以得到牺牲层;
其中,在所述Si衬底上依次沉积AlN缓冲层、N型GaN层、有源发光层、P型GaN层,以形成外延层;
S2、在所述牺牲层表面涂布光刻胶,然后对光刻胶进行曝光、显影,以暴露出部分牺牲层,利用腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以在所述牺牲层上形成梯形的牺牲层开口;
S3、在所述牺牲层开口内的所述外延层上制备本征GaN层,并腐蚀去除剩余的牺牲层,以得到截面呈梯形的光角转换层;
S4、在所述光角转换层及未被所述光角转换层覆盖的外延层上涂布第一正性光刻胶然后曝光,在所述第一正性光刻胶上涂布第一负性光刻胶然后曝光,在所述第一负性光刻胶上涂布第二正性光刻胶然后曝光,然后进行统一显影,以在第一正性光刻胶上形成第一光刻胶开口、在第一负性光刻胶上形成第二光刻胶开口、在第二正性光刻胶上形成第三光刻胶开口;
其中,所述第一光刻胶开口的尺寸大于所述第二光刻胶开口的尺寸,所述第二光刻胶开口的尺寸等于所述第三光刻胶开口的尺寸;
S5、利用电子束蒸镀技术在所述第一光刻胶开口内的外延层与光角转换层上蒸镀一Ag金属薄膜,之后去除第一正性光刻胶、第一负性光刻胶与第二正性光刻胶,以得到Ag金属反射镜;
S6、在所述Ag金属反射镜上依次沉积Ni金属薄膜、Au金属薄膜;
S7、提供一导电基板并在所述导电基板上蒸镀Au金属膜层,将所述Si衬底翻转并将所述Au金属膜层与Au金属薄膜进行热压键合;
S8、去除掉所述Si衬底并在所述导电基板远离所述Au金属膜层的一侧蒸镀形成芯片焊盘,接着在AlN缓冲层表面涂布光刻胶,然后曝光、显影去除掉部分光刻胶,暴露出下面的AlN缓冲层,然后利用电感耦合等离子体刻蚀工艺去掉暴露出的AlN缓冲层及其下面的部分N型GaN层,形成外延层凹部,接着利用电子束蒸镀工艺在剩余光刻胶表面及外延层凹部内蒸镀形成导电金属层。
2.根据权利要求1所述的垂直发光二极管的制备方法,其特征在于,所述在所述外延层上制备SiO2薄膜,以得到牺牲层的步骤包括:
在PECVD设备的反应腔内通入第一N2,然后控制射频的功率为30W-60W,持续30S-60S,以产生等离子体并通过等离子体清洁反应腔,关闭射频,其中,第一N2的流量为200sccm-300sccm;
然后对反应腔抽真空处理,同时通入第二N2,将腔体压力维持在120 Pa-180Pa,其中,第二N2的流量为1500sccm-2000sccm;
然后同时通入SiH4和N2O,接着将射频的功率开到90W-120W,持续预设时间,以得到SiO2薄膜, N2O和SiH4流量比为5:1-20:1,在预设时间内, N2O和SiH4流量比逐渐增大,以使制备得到的SiO2薄膜沿着远离外延层的方向逐渐致密;
然后,将射频功率降低至30W-60W,并通入O2,通过电离的氧原子与SiO2薄膜表面的悬挂键反应,以清洁SiO2薄膜,进而得到牺牲层。
3.根据权利要求1所述的垂直发光二极管的制备方法,其特征在于,所述利用腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以在所述牺牲层上形成梯形的牺牲层开口的步骤包括:
利用第一腐蚀液腐蚀暴露出的牺牲层,以形成垂直设置的垂直开口,接着利用第二腐蚀液腐蚀垂直开口的侧壁,以形成倒梯形的牺牲层开口,其中,所述牺牲层开口与所述外延层的侧壁之间的夹角为30°-60°。
4.根据权利要求1所述的垂直发光二极管的制备方法,其特征在于,在蒸镀Ag金属薄膜时,电子束蒸镀机台的镀锅围绕机台的中心公转的同时镀锅也会沿着镀锅的中心自转,且Ag金属薄膜的蒸镀厚度每增加预设厚度,镀锅的自转与公转的方向发生一次变化,同时,Ag金属薄膜蒸镀完成之后,通过一热盘对所述Si衬底进行加热,使得第一正性光刻胶、第一负性光刻胶与第二正性光刻胶软化并包裹住Ag金属薄膜,其中,第一正性光刻胶、第一负性光刻胶与第二正性光刻胶具体包裹在Ag金属薄膜的侧壁。
5.根据权利要求1所述的垂直发光二极管的制备方法,其特征在于,所述去除掉所述Si衬底的步骤包括:
利用第一溶液对所述Si衬底进行第一次腐蚀,第一次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的60%,所述第一溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为10μm/min-15μm/min,然后利用第二溶液对第一次腐蚀后的Si衬底进行第二次腐蚀,第二次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的30%,所述第二溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为10μm/min -15μm/min,然后利用第三溶液对第二次腐蚀后的Si衬底进行第三次腐蚀,第三次腐蚀的厚度占所述Si衬底厚度的10%,所述第三溶液对所述Si衬底的腐蚀速率为1μm/min -3μm/min。
6.一种垂直发光二极管,其特征在于,所述垂直发光二极管采用如权利要求1-5任一所述的垂直发光二极管的制备方法制备得到,所述垂直发光二极管包括导电层以及依次沉积于所述导电层上的Ag金属反射镜、光角转换层、外延层、导电金属层;
所述导电层包括芯片焊盘以及依次沉积于所述芯片焊盘上的导电基板、Au金属膜层、Au金属薄膜以及Ni金属薄膜,所述光角转换层的截面呈倒梯形结构,所述光角转换层为本征GaN层。
7.根据权利要求6所述的垂直发光二极管,其特征在于,所述Ag金属反射镜的厚度范围为1200Å-1500Å,所述Au金属薄膜的厚度范围为10000Å-20000Å,所述Ni金属薄膜的厚度范围为5000Å-8000Å。
8.根据权利要求6-7任一所述的垂直发光二极管,其特征在于,所述外延层包括依次沉积在所述光角转换层上的P型GaN层、有源发光层、N型GaN层、AlN缓冲层。
9.一种LED灯板,其特征在于,包括PCB板以及设于所述PCB板上的若干荧光粉围坝,所述荧光粉围坝内设有P型焊盘、N型焊盘以及如权利要求6-8任一所述的垂直发光二极管,所述垂直发光二极管通过导电胶设于所述P型焊盘上,所述垂直发光二极管中的导电金属层通过Au线与所述N型焊盘连接,所述荧光粉围坝内填充有荧光粉,所述荧光粉与所述PCB板表面设有透明胶。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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