Led透明导电层的粗化方法及真空设备的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种LED透明导电层的粗化方法及真空设备。包括：在衬底上生长外延片；在清洗后的所述外延片上蒸镀透明导电层；对透明导电层所处的腔体抽真空；在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、并利用所述腔体在预设压力下和气瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀，其中，所述电层腐蚀液的挥发物存储在所述气瓶中。通过对透明导电层安全可控的粗化，从而减少LED中光线的全反射，提高LED的出光效率。
【专利说明】LED透明导电层的粗化方法及真空设备
【技术领域】
[0001] 本发明涉及半导体发光二极管（Light-Emitting Diode, LED)领域，尤其涉及一种 LED透明导电层的粗化方法及真空设备。
【背景技术】
[0002] 氮化镓GaN材料作为直接带隙的半导体材料，具有高热导，高硬度，高化学稳定 性，高电导率等特性。在固态照明，光信息技术方面有巨大的应用潜力。现有的GaN材料 生长及芯片制作方法主要为：在蓝宝石衬底上生长外延片，即依次生长U掺杂氮化镓U-GaN 层、N掺杂氮化镓N-GaN层、多量子阱层和P掺杂氮化镓P-GaN层结构，然后在这种结构上 通过半导体加工方法制作出P，N极的电极，再通过切割的方法将单个芯片进行分离，成为 单个器件。图1A为LED中光线全反射示意图，图1B为LED中光线可出射示意图，如图1A 和图1B所示，由于外延片表面比较平坦，当量子阱辐射出的光子P经过各层以入射角Θ i 到达P-GaN层的表面L1时，经过反射后一部分光线以入射角θ2到达P-GaN层的侧面L2， 再次经过反射后一部分光线以入射角θ 3到达P-GaN层的底面L3。对于常见的GaN材料的 LED，光线由P-GaN入射到空气中的全反射角为23.5°，通过θ1+θ2 = 90°的关系，可得到 当23. 5° < Θ i < 66. 5°的情况下，光线在P-GaN层与空气层接触的表面和侧面都会形成 全反射，使得光线无法从LED中溢出。
[0003] 因此，为了减少LED中光线的全反射，提高LED的出光效率，现有技术提出了可以 将LED的P-GaN层表面粗化。目前粗化P-GaN层的方法大致有两类，一类是通过生长P-GaN 层表面时进行高掺Mg或者低温非晶生长来取得粗化效果，这类方法简单易实现，但是很容 易增加 LED的正向电压，破坏器件的性能。第二类，则是对P-GaN层进行湿法或干法蚀刻来 取得粗化效果，典型的湿法腐蚀溶液为硫酸和磷酸的高温溶液，此种方法成本高，安全性和 可控性均很差，或者，在P-GaN层表面制作一层掩膜，对P-GaN层表面进行干法蚀刻，此种方 法工艺复杂，成本很高。
[0004] 因此，寻找一种既不破坏器件的性能，又安全可控的粗化方法来减少LED中光线 的全反射，提高LED的出光效率成为亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005] 本发明提供一种LED透明导电层的粗化方法及真空设备，能够通过对透明导电层 安全可控的粗化，从而减少LED中光线的全反射，提高LED的出光效率。
[0006] 第一方面，本发明提供LED透明导电层的粗化方法，包括：
[0007] 在衬底上生长外延片；
[0008] 在清洗后的所述外延片上蒸镀透明导电层；
[0009] 对透明导电层所处的腔体抽真空；
[0010] 在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、并利用所述腔体在预设压力下和气 瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明导电层腐蚀液的挥发物带入 所述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀，其中，所述电层腐蚀液的挥发物存储在所述气瓶 中。
[0011] 第二方面，本发明提供一种真空设备，包括：机械泵、蝶阀、腔体和气瓶，其中，
[0012] 所述机械泵，用于对透明导电层所处的腔体抽真空，所述透明导电层是蒸镀在清 洗后的外延片上的，所述外延片是生长在衬底上的；
[0013] 所述机械泵和所述蝶阀相配合，用于在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、 并利用所述腔体在预设压力下和气瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将 透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀，其中，所述透明 导电层腐蚀液的挥发物存储在所述气瓶中。
[0014] 综上所述，本发明可通过一种真空设备，将LED透明导电层的腐蚀液挥发物带入 设备腔体中对透明导电层进行腐蚀，通过控制载气流量，腔体压力，加热温度，持续时间等， 可现实LED透明导电层的粗化。此种方法可控性强，粗化效果明显。能够通过对透明导电 层安全可控的粗化，从而减少LED中光线的全反射，提高LED的出光效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0015] 图1A为LED中光线全反射示意图；
[0016] 图1B为LED中光线可出射示意图；
[0017] 图2为本发明提供的LED透明导电层的粗化方法的流程示意图；
[0018] 图3为本发明提供的另一 LED透明导电层的粗化方法的流程示意图；
[0019] 图4为本发明提供的再一 LED透明导电层的粗化方法的流程示意图；
[0020] 图5为本发明提供的真空设备的结构示意图。
【具体实施方式】
[0021] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本 发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳 动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0022] 实施例一
[0023] 图2为本发明提供的LED透明导电层的粗化方法的流程示意图，如图2所示，该方 法包括：
[0024] 需要说明的是，可以利用金属有机化学气相沉积设备（Metal-organic Chemical Vapor Deposition, M0CVD)等在衬底，如蓝宝石衬底上生长外延片即外延结构，并蒸镀透明 导电层等，本实施例以S101和S102的执行主体为M0CVD，S103的执行主体为真空设备来举 例说明，但不以此做任何限定。
[0025] S10UM0CVD在蓝宝石衬底上生长外延片。
[0026] 进一步地，外延片包括U-GaN层、N-GaN层、多量子阱层和P-GaN层。
[0027] S102、M0CVD在清洗后的外延片上生成蒸镀一层透明导电层。
[0028] 进一步地，可以在经过硫酸清洗以后的外延片上蒸镀一层透明的氧化铟锡ΙΤ0透 明导电层，ΙΤ0薄膜厚度不小于200nm。蒸镀好透明导电层后，可以将镀好ΙΤ0薄膜的整个 晶片，即蓝宝石衬底加蒸镀好透明导电层的外延片整个放入一个可加热的真空设备中。
[0029] S103、真空设备在预设时间内，按照预设温度加热腔体、利用腔体在预设压力下和 气瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明导电层腐蚀液的挥发物带入 腔体中，对透明导电层进行腐蚀，其中，电层腐蚀液的挥发物存储在气瓶中。
[0030] 举例来说，透明导电层为氧化铟锡ΙΤ0层，透明导电层腐蚀液为ΙΤ0腐蚀液，如ΙΤ0 腐蚀液可以是氯化氢HC1和硝酸ΗΝ0 3的混合液，或者也可以是氯化铁FeCl3和氯化氢HC1 的混合液。
[0031] 真空设备可以包括一个机械泵、一个蝶阀、一个可开门的密闭腔体和一个气瓶。控 制蝶阀的开合及开合程度，配合机械泵将腔体抽真空，将腔体加热到预设温度，整个腔体及 连接管路能够耐酸腐蚀且耐高温，装有ΙΤ0腐蚀液的气瓶通过一根管路和腔体连接，同时 一个氮气管路与气瓶连接，气瓶中的压力是大气压，向气瓶中通入氮气，由于腔体是有预设 压力的，因此可以利用气瓶和腔体的压力差，通过管路传输将ΙΤ0腐蚀液的挥发物带入腔 体中对ΙΤ0进行腐蚀。在此过程中载气流量，腔体压力，加热温度，持续时间均可控。
[0032] 实施例二
[0033] 图3为本发明提供的另一 LED透明导电层的粗化方法的流程示意图，如图3所示， 该方法包括：
[0034] S20UM0CVD在蓝宝石衬底上生长外延片。
[0035] S202、M0CVD在清洗后的外延片上生成蒸镀一层不小于200nm的ΙΤ0层。
[0036] S203、真空设备在200s-250s内按照90 °C -95 °C加热腔体、并利用腔体在 100mtorr-500mtorr的压力下和气瓶之间的压力差，将氮气作为载气按照200sccm-300sccm 的载气流量，将ΙΤ0层腐蚀液的挥发物带入腔体中，对ΙΤ0层进行腐蚀，使得粗糙度为 90nm_100nm。
[0037] 需要说明的是，真空设备还可以包括用于控制机械泵和腔体之间连接管道开合的 蝶阀，蝶阀控制氮气载气流量为200sccm-300sccm,控制腔体压力为100mtorr-500mtorr， 控制腔体温度在90°C -95°C，控制时间在200s-250s，完成后结束通气关闭蝶阀，充氮气进 腔体破真空，取出晶圆。当氮气将ΙΤ0腐蚀液的挥发物带入到腔体后，由于腔体的压力较 低，所以腐蚀液分子分布的数量少且均匀，又因为腔体温度较高，所以腐蚀液分子的腐蚀性 较强。这样就在腔体中形成了一种分子数量较少且分布均匀的高腐蚀性的ΙΤ0腐蚀液分 子，通过一定时间的腐蚀，ΙΤ0的表面粗糙度可以达到90nm-100nm。
[0038] 需要将此方法用在小功率芯片上，在步骤S203之后，可以将此晶片制作成 300um*300um面积的芯片并减薄切割，通过SMD2835进行封装测试后，这种LED透明导电层 的粗化方法制成的芯片的光功率比没有粗化的高3% -5%，光效提升3% -5%。
[0039] 或者，需要将此方法用在大功率芯片上时，在步骤S203之后，可以将此晶片制作 成1000um*1000um面积的芯片并减薄切割，通过带有散热基板的大功率封装模具进行封装 测试后，这种LED透明导电层的粗化方法制成的芯片的光功率比没有粗化的高7% -10%， 光效提升6% -9%。
[0040] 实施例三
[0041] 图4为本发明提供的再一 LED透明导电层的粗化方法的流程示意图，如图4所示， 该方法包括：
[0042] 当加厚ΙΤ0薄膜时，芯片的光功率会降低，芯片的正向电压也会降低，如果想制作 一些低正向电压的芯片产品时，可以考虑将ΙΤ0薄膜加厚，同时对ΙΤ0薄膜进行粗化，这样 既可以降低正向电压，也可以不损失光功率。
[0043] S30UM0CVD在蓝宝石衬底上生长外延片。
[0044] S302、M0CVD在清洗后的外延片上生成蒸镀一层不小于450nm的ΙΤ0层。
[0045] S303、真空设备在400s-500s内按照70 °C -80°C加热腔体、并利用腔体在 100mtorr-500mtorr的压力下和气瓶之间的压力差，将氮气作为载气按照200sccm-300sccm 的载气流量，将ΙΤ0层腐蚀液的挥发物带入腔体中，对ΙΤ0层进行腐蚀，使得粗糙度为 200nm_300nm。
[0046] 举例来说，将镀好ΙΤ0薄膜的晶片放入一个可加热的真空设备中，设备包括一个 机械泵，一个蝶阀，一个可开门的密闭腔体。使用机械泵将腔体抽到一定的真空值，再将腔 体加热到一定温度，整个腔体及连接管路能够耐酸腐蚀且耐高温，装有ΙΤ0腐蚀液的气瓶 通过一根管路和腔体连接，同时一个氮气管路与气瓶连接，向气瓶中通入氮气，利用气瓶和 腔体的压力差，通过管路传输将ΙΤ0腐蚀液的挥发物带入腔体中对ΙΤ0进行腐蚀，ΙΤ0腐蚀 液为HC1和ΗΝ0 3的混合液或者是FeCl3和HC1的混合液。在此过程中载气流量，腔体压力， 加热温度，持续时间均可控。
[0047] 控制氮气载气流量为200sccm-300sccm，控制腔体压力为100mtorr-500mtorr，控 制腔体温度在70°C -80°C，控制时间在400s-500s，完成后结束通气关闭蝶阀，充氮气进腔 体破真空，取出晶圆。当氮气将ΙΤ0腐蚀液的挥发物带入到腔体后，由于腔体的压力较低， 所以腐蚀液分子分布的数量少且均匀，又因为腔体温度较高，所以腐蚀液分子的腐蚀性较 强。这样就在腔体中形成了一种分子数量较少且分布均匀的高腐蚀性的ΙΤ0腐蚀液分子， 通过一定时间的腐蚀，ΙΤ0的表面粗糙度可以达到200nm-300nm。
[0048] 需要将此方法用在小功率芯片上，在步骤S203之后，将此晶片制作成 300um*300um面积的芯片并减薄切割，需要将此方法用在大功率芯片上，在步骤S203之后， 将此晶片制作成1000um*1000um通过封装测试后，正向电压分别降低0. IV和0. 15V，同时光 功率没有降低。
[0049] 综上所述，本发明提供了一种LED透明导电层的粗化方法，在生长好的外延片上 蒸镀一层ΙΤ0薄膜，将镀好ΙΤ0薄膜的晶片放入一个可加热的真空设备中，使用机械泵将腔 体抽到真值，再将腔体加热到预设温度。装有ΙΤ0腐蚀液的气瓶通过一根管路和腔体连接， 同时一个氮气管路与气瓶连接，向气瓶中通入氮气，利用气瓶和腔体的压力差，通过管路传 输将ΙΤ0腐蚀液的挥发物带入腔体中对ΙΤ0进行腐蚀，通过对载气流量，腔体压力，加热温 度，持续时间的控制，可以粗化ΙΤ0薄膜。通过对透明导电层的粗化，可以减少由量子阱出 射的光线到达P-GaN层后被全反射的几率，达到增加出光效率提高外量子效率的结果。
[0050] 本发明具有成本低廉，操作简单，粗化效果好，可控性强的特点，LED透明导电层 ΙΤ0的粗糙度可达到90nm-100nm，有效的提高了芯片的出光效率和最终的光功率。
[0051] 实施例四
[0052] 图5为本发明提供的真空设备的结构示意图，如图5所示，真空设备1包括：机械 泵10、蝶阀20、腔体30和气瓶40,以及控制阀50、温度压力表60,其中，
[0053] 机械泵10,用于对透明导电层所处的腔体抽真空，透明导电层是蒸镀在清洗后的 外延片上的，外延片是生长在衬底上的。
[0054] 机械泵10和蝶阀20相配合，用于在预设时间内，按照预设温度加热腔体30、并利 用腔体30在预设压力下和气瓶40之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透 明导电层腐蚀液的挥发物带入腔体30中，对透明导电层进行腐蚀，其中，透明导电层腐蚀 液的挥发物存储在气瓶40中。
[0055] 举例来说，机械泵10和蝶阀20相配合可以是在200s-250s内按照90°C -95°C加 热腔体、并利用气瓶在l〇〇mtorr-500mtorr的压力下和腔体之间的压力差，将氮气作为载 气按照200sccm-300sccm的载气流量，将透明导电层腐蚀液的挥发物带入腔体30中，对透 明导电层进行腐蚀，使得粗糙度为90nm-100nm，其中，蒸镀形成的透明导电层厚度不小于 200nm。
[0056] 或者，机械泵10和蝶阀20相配合也可以是在400s-500s内按照70°C-80°C加热腔 体、并利用气瓶在l〇〇mtorr-500mtorr的压力下和腔体之间的压力差，将氮气作为载气按 照200sccm-300sccm的载气流量，将透明导电层腐蚀液的挥发物带入腔体中，对透明导电 层进行腐蚀，使得粗糙度为200nm-300nm ;其中，蒸镀形成的透明导电层厚度不小于450nm。
[0057] 控制阀50,可以用于控制气瓶40与腔体30之间的连接管道的开合及开合的程度。
[0058] 温度压力表60,可以用于向用户显不温度和压力。
[〇〇59] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制； 尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其 依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征 进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技 术方案的范围。
【权利要求】
1. 一种LED透明导电层的粗化方法，其特征在于，包括： 在衬底上生长外延片； 在清洗后的所述外延片上蒸镀透明导电层； 对透明导电层所处的腔体抽真空； 在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、并利用所述腔体在预设压力下和气瓶之 间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔 体中，对所述透明导电层进行腐蚀，其中，所述电层腐蚀液的挥发物存储在所述气瓶中。
2. 根据权利要求1所述的粗化方法，其特征在于，所述透明导电层为氧化铟锡ITO层， 所述透明导电层腐蚀液为ITO腐蚀液，其中，所述ITO腐蚀液为氯化氢HC1和硝酸ΗΝ0 3的 混合液，或者所述ITO腐蚀液为是氯化铁FeCl3和氯化氢HC1的混合液。
3. 根据权利要求1或2所述的粗化方法，其特征在于， 蒸镀形成的所述透明导电层厚度不小于200nm ; 所述在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、并利用所述腔体在预设压力下和气 瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明导电层腐蚀液的挥发物带入所 述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀包括： 在200s-250s内按照90°C _95°C加热所述腔体、并利用所述腔体在100mtorr-500mtorr 压力下和气瓶之间的压力差，将氮气作为载气按照200sccm-300sccm的载气流量，将所述 透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀，使得粗糙度为 90nm_100nm。
4. 根据权利要求1或2所述的粗化方法，其特征在于， 蒸镀形成的所述透明导电层厚度不小于450nm ; 所述在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、并利用所述腔体在预设压力下和气 瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明导电层腐蚀液的挥发物带入所 述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀包括： 在400s_500s内按照70°C _80°C加热所述腔体、并利用所述腔体在100mtorr-500mtorr 压力下和气瓶之间的压力差，将氮气作为载气按照200sccm-300sccm的载气流量，将所述 透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀，使得粗糙度为 200nm_300nm。
5. -种真空设备，其特征在于，包括：机械泵、蝶阀、腔体和气瓶，其中， 所述机械泵，用于对透明导电层所处的腔体抽真空，所述透明导电层是蒸镀在清洗后 的外延片上的，所述外延片是生长在衬底上的； 所述机械泵和所述蝶阀相配合，用于在预设时间内，按照预设温度加热所述腔体、并利 用所述腔体在预设压力下和气瓶之间的压力差，按照预设载气流量将氮气作为载气将透明 导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中，对所述透明导电层进行腐蚀，其中，所述透明导电 层腐蚀液的挥发物存储在所述气瓶中。
6. 根据权利要求5所述的真空设备，其特征在于， 所述机械泵和所述蝶阀相配合，具体用于在200s-250s内按照90°C -95°C加热所述腔 体、并利用所述腔体在l〇〇mtorr-500mtorr压力下和气瓶之间的压力差，将氮气作为载气 按照200SCCm-300 SCCm的载气流量，将所述透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中， 对所述透明导电层进行腐蚀，使得粗糙度为90nm-100nm ; 其中，蒸镀形成的所述透明导电层厚度不小于200nm。
7.根据权利要求5所述的真空设备，其特征在于， 所述蝶阀，具体用于在400s-500s内按照70°C _80°C加热所述腔体、并利用所述腔体在 100mtorr-500mtorr压力下和气瓶之间的压力差，将氮气作为载气按照200sccm-300sccm 的载气流量，将所述透明导电层腐蚀液的挥发物带入所述腔体中，对所述透明导电层进行 腐蚀，使得粗糙度为200nm-300nm ; 其中，蒸镀形成的所述透明导电层厚度不小于450nm。
【文档编号】H01L33/00GK104064638SQ201410298735
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月26日 优先权日:2014年6月26日
【发明者】刘伟, 郑远志, 陈向东, 康建, 梁旭东 申请人:圆融光电科技有限公司