专利名称：柔性透明导电层互联的阵列式led器件制作方法
技术领域：
本发明属于半导体技术领域，特别是指一种柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法。
背景技术：
GaN基发光二级管(Light-Emitting Diode, LED)组件在室内照明、交通信号灯、电视、手机、液晶显示背光源、路灯等方面有着非常广泛的应用，这主要是由于其具有省电、环保(不含萊)无污染、寿命长、売度闻、反应快、体积小、闻发光效率等优点，如何进一步提高发光二级管的发光效率成为关键。HV LED是一种阵列式单片集成LED芯片。目前，在制作器件的过程中，通过深刻蚀等工艺在外延层上形成独立的微晶粒，再通过金属电极将各个微晶粒互联起来，串联后提高整颗芯片的工作电压。相对于DC LED来说，HV LED不需要额外的变压器，只需简易的驱动电路，在降低驱动成本的同时，避免了电路转换过程中能量的损失。基于提高LED光效的目的，用于互联的金属材料一般采用吸光较为严重的材料，影响器件表面出光，造成一部分光损失。目前，由于在可见光波段透过率高，ΙΤ0、Ζη0、石墨烯和碳纳米管等材料作为透明电极层已经具有越来越广泛的应用，其中，石墨烯和碳纳米管等材料具有较好的机械性能而称为柔性材料，且相对于ΙΤ0、ZnO等TCO材料来说在光透过率方面更有优势，是 一类具有优异性能且更有应用前景的电极材料。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，该方法采用新型柔性透明电极材料石墨烯，该材料透过率高，导电能力强，在金属互联电极和传统透明电极的基础上，进一步减少吸光。同时，具有非常良好的柔韧性，该特点使得由这些新型材料作为透明导电层的HV LED能承受更大的机械强度，相对于传统结构HV LED应用范围更广、更为人性化，具有非常广阔的发展前景。本发明提供一种一种柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，包括:步骤1:选择一外延结构，该外延结构包括在图形衬底上依次生长的非故意掺杂氮化镓层、N型GaN层、量子阱层和P型GaN层；步骤2:在P型GaN层上形成一透明电极层；步骤3:采用光刻的方法在透明电极层上形成图形掩膜，在透明电极层上选择性向下刻蚀，刻蚀深度到达N型GaN层内，在N型GaN层上形成凹槽；步骤4:在透明电极层的表面及凹槽内制作绝缘介质层，在绝缘介质层上制作图形掩膜，在凹槽底部向下选择性刻蚀，刻蚀深度至图形衬底的表面，形成隔离的深槽，被深槽隔离后的独立单元为微晶粒；步骤5:在深槽两侧的侧壁上制作绝缘介质层，形成基片；步骤6:在基片的表面制作一层柔性透明导电层；
步骤7:采用光刻的方法，去掉绝缘介质层以外的柔性透明导电层，使其将各独立单元的微晶粒的N型GaN层和其相邻微晶粒的透明电极层连接起来；步骤8:在透明电极层上制备P电极；步骤9:在凹槽内的N型GaN层上制备N电极，完成制备。
为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中:图1为本发明的制备流程图；图2为外延结构10并形成透明导电层2的示意图；图3为刻蚀后形成凹槽后的示意图；图4为形成隔离的深槽并形成绝缘介质层4后的示意图；图5为采用柔性透明电极作为互联的阵列式高压LED器件示意图；图6为在最外侧台阶沉积金属电极后的示意图。
具体实施例方式请参阅图1，配合参阅图2-图6所示所示，本发明提供一种柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法:步骤1:选择一外延结构1，该外延结构I包括在图形衬底10上依次生长的非故意掺杂氮化镓层11、N型GaN层12、量子阱层13和P型GaN层14 (参阅图2)，其中所述的图形衬底10为蓝宝石、碳化硅、氮化镓或硅的图形化材料；步骤2:在P型GaN层14上形成一透明电极层2 (参阅图3)，其中所述的透明导电层2为ITO或ZnO等透明导电材料，制备方法为蒸镀、溅射或化学气相沉积；步骤3:采用光刻的方法在透明电极层2上形成图形掩膜，在透明电极层2上选择性向下刻蚀，刻蚀深度到达N型GaN层12内，在N型GaN层12上形成凹槽99 (参阅图3)。其中腐蚀透明导电层采用FeCl3或H3PO4等酸溶液，刻蚀采用感应耦合等离子体刻蚀，深度要根据外延结构I的各层结构和厚度决定刻蚀速率；步骤4:在透明电极层2的表面及凹槽99内制作绝缘介质层，在绝缘介质层上制作图形掩膜，在凹槽99底部向下选择性刻蚀，刻蚀深度至图形衬底10的表面，形成隔离的深槽100，被深槽100隔离后的独立单元为微晶粒8 (参阅图4)。其中，绝缘介质层的材料是氧化硅、氧化铝或氮化硅等材料，采用等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、电子束蒸发或溅射等方法制备，采用BOE或盐酸等溶液腐蚀去掉部分绝缘介质层。绝缘层材料致密性要好，保证能够起到深刻蚀掩膜的作用，且掩膜材料边缘具有高分辨率。深刻蚀形成的深槽100，需保证外延材料被刻蚀干净，直至衬底材料10 ；步骤5:在深槽100两侧的侧壁上制作绝缘介质层4 (参阅图5)，形成基片。其中，绝缘介质层4的材料是氧化硅、氧化铝或氮化硅等材料，采用等离子体增强化学气相沉积、原子层沉积、电子束蒸发或溅射等方法制备，采用BOE或盐酸等溶液腐蚀去掉部分绝缘介质层4 ； 步骤6:在基片的表面制作一层柔性透明导电层7(参阅图6)。其中所述的柔性透明导电层7的材料为石墨烯或碳纳米管的单层或多层薄膜，其制备方法包括化学气相沉积法、外延生长法、电化学还原法或气象生长法等。制备完成后，在柔性透明导电层旋涂一层如PMMA等的光刻胶后，采用FeCL3溶液腐蚀掉生长透明导电层时的衬底，在去离子水中浸泡后转移到HV LED器件上，用丙酮去掉PMMA等光刻胶后，再用去离子水冲洗。步骤7:采用光刻的方法，去掉绝缘介质层4以外的柔性透明导电层7，使其将各独立单元的微晶粒8的N型GaN层12和其相邻微晶粒的透明电极层2连接起来；其中去掉部分柔性透明导电层7可采用等离子体法，气体为O2或队，等离子体处理时间为1-20分钟，等离子体功率范围是100-200W，功率不宜过小，否则不能去除除互联部分的透明导电层7。去掉互联部分透明导电层7上的光刻胶图形掩膜，应采用在丙酮中浸泡的方法，浸泡时间不宜过长，尽量避免超声和冲洗等工艺步骤，以保证作为电极互联的透明导电层7的完整性。步骤8:在透明电极层2上制备P电极15。其中所述的P电极15采用电子束蒸发的方法制备，金属电极15的材料为Cr、Pt、Au、Ag、Al或Ti或及其组合,选用金属材料的组合应使得与ITO及P型GaN材料的欧姆接触特性良好。步骤9:在凹槽99内的N型GaN层12上制备N电极16，完成制备。其中所述的沉积N电极16采用电子束蒸发的方法，N电极16的材料为Cr、Pt、Au、Ag、Al或Ti或及其组合，选用金属材料的组合应使得与ITO及P型GaN材料的欧姆接触特性良好。实施例请参阅图1至图6所示，本发明提供一种柔性透明导电层互联的阵列式高压LED器件制作方法，包括:步骤1:选择一外延结构1，该外延结构包括在蓝宝石图形衬底衬底10上依次生长的非故意掺杂氮化镓层11(2μπι)、Ν型GaN层12 (2 μ m)、量子阱层13 (IOOnm)和P型GaN层14 (IOOnm)； 步骤2:在P型GaN层14上采用电子束蒸镀方法法沉积一 ITO透明导电层2 ；步骤2:采用光刻的方法在ITO透明电极层2上形成图形掩膜，用FeC13溶液部分腐蚀ITO后，选择性刻蚀外延结构1，刻蚀深度为120nm，在N型GaN层12上形成凹槽99 ；步骤3:在形成凹槽99后的外延结构I和腐蚀后的透明电极层2的表面采用等离子体增强化学气相沉积方法沉积一层I μ m厚的氧化硅绝缘介质层3，采用光刻的方法在绝缘介质层3的表面形成图形掩膜，部分腐蚀掉氧化硅绝缘介质层3后，ICP方法刻蚀暴露的N型GaN层12，刻蚀深度为6 μ m，到达蓝宝石图形衬底衬底10，形成隔离的深槽100，用丙酮去掉光刻胶掩膜后，采用BOE溶液腐蚀残余的绝缘介质层3，形成具有深槽的隔离后的外延结构；步骤4:在形成了具有深槽的包括表面和侧壁的外延结构上采用等离子体增强化学气相沉积方法沉积一层230nm厚的氧化硅绝缘介质层4，采用光刻的方法，在绝缘介质层上形成光刻胶图形掩膜，腐蚀未被光刻胶覆盖部分的绝缘介质层4后，用丙酮去掉残余的光刻胶图形掩膜；步骤6:采用CVD方法在铜衬底上生长单层石墨烯材料，表面旋涂PMMA光刻胶后，腐蚀铜衬底，转移到在未互联的阵列式高压LED器件表面，用丙酮去掉PMMA光刻胶，形成一层柔性透明导电层7;步骤7:采用光刻方法使透明导电层7图形化，使该薄层将外延结构I的微晶粒8的N型GaN层12和其相邻微晶粒的P型GaN层14连接起来，形成微粒间的互联；步骤8:采用丙酮浸泡3分钟，去掉互联部分的光刻胶图形掩膜。步骤5:采用光刻的方法，分别在两端最外侧台阶型结构99的P型GaN层和N型GaN层表面米用电子束蒸发的方法蒸镀金属电极Cr/Pt/Au后,形成PN金属电极；以上所述，仅为本发明中的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之 内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
权利要求
1.一种柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，包括: 步骤1:选择一外延结构，该外延结构包括在图形衬底上依次生长的非故意掺杂氮化镓层、N型GaN层、量子阱层和P型GaN层； 步骤2:在P型GaN层上形成一透明电极层； 步骤3:采用光刻的方法在透明电极层上形成图形掩膜，在透明电极层上选择性向下刻蚀，刻蚀深度到达N型GaN层内，在N型GaN层上形成凹槽； 步骤4:在透明电极层的表面及凹槽内制作绝缘介质层，在绝缘介质层上制作图形掩膜，在凹槽底部向下选择性刻蚀，刻蚀深度至图形衬底的表面，形成隔离的深槽，被深槽隔离后的独立单元为微晶粒； 步骤5:在深槽两侧的侧壁上制作绝缘介质层，形成基片； 步骤6:在基片的表面制作一层柔性透明导电层； 步骤7:采用光刻的方法，去掉绝缘介质层以外的柔性透明导电层，使其将各独立单元的微晶粒的N型GaN层和其相邻微晶粒的透明电极层连接起来； 步骤8:在透明电极层上制备P电极； 步骤9:在凹槽内的N型GaN层上制备N电极，完成制备。
2.根据权利要求1所 述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述的图形衬底为蓝宝石、碳化硅、氮化镓或硅的图形化材料。
3.根据权利要求1所述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述的透明电极层的材料为氧化铟锡或氧化锌。
4.根据权利要求1所述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述的在透明电极层的表面及凹槽内制作的绝缘介质层的材料为氧化硅、氮化硅或氧化铝。
5.根据权利要求1所述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述的凹槽的数量为2-20。
6.根据权利要求1所述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述的绝缘介质层的材料为氧化硅、氮化硅或氧化铝。
7.根据权利要求1所述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述的柔性透明导电层的材料为石墨烯或碳纳米管的单层或多层薄膜。
8.根据权利要求1所述的柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，其中所述去掉绝缘介质层以外的柔性透明导电层的方法为等离子体处理法，采用的气体为02或队，处理时间为1-20分钟，功率范围为100-200W。
全文摘要
一种柔性透明导电层互联的阵列式LED器件制作方法，包括一外延结构包括在图形衬底上依次生长的非故意掺杂氮化镓层、N型GaN层、量子阱层和P型GaN层；在P型GaN层上形成一透明电极层；在透明电极层上形成图形掩膜，在透明电极层上选择性向下刻蚀在N型GaN层上形成凹槽；在透明电极层的表面及凹槽内制作绝缘介质层，在绝缘介质层上制作图形掩膜，在凹槽底部向下选择性刻蚀，形成隔离的深槽，被深槽隔离后的独立单元为微晶粒；在深槽两侧的侧壁上制作绝缘介质层；在其表面制作一层柔性透明导电层；去掉绝缘介质层以外的柔性透明导电层，使其将各独立单元的微晶粒的N型GaN层和其相邻微晶粒的透明电极层连接起来；在透明电极层上制备P电极；在凹槽内的N型GaN层上制备N电极。
文档编号H01L33/36GK103227250SQ201310163419
公开日2013年7月31日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者程滟, 詹腾, 郭金霞, 李璟, 刘志强, 伊晓燕, 王国宏, 李晋闽 申请人:中国科学院半导体研究所