提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法与流程

本发明涉及半导体芯片制作的技术领域，更具体地，涉及一种提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法。

背景技术：

发光二极管(Light-Emitting Diode，简称LED)作为一种将电能转化为光能的半导体电子器件，与传统的白炽灯泡及氖灯相比，发光二极管以其工作电压低(有的仅一点几伏)、工作电流很小(有的仅零点几毫安即可发光)、抗冲击和抗震性能好、可靠性高、寿命长、可方便地调制发光的强弱的特点广受欢迎。

随着第三代半导体技术的蓬勃发展，半导体照明以节能、环保、高亮度、寿命长等优点，成为社会发展的焦点，也带动了整个行业上中下游产业的方兴未艾。基于GaN(氮化镓)基的LED芯片是半导体照明的“动力”，在近年来，其性能得到大幅提升、生产成本也不断降低，为半导体照明走进千家万户做出了突出贡献。但是，为提高LED照明所占的市场比例，加快替代白炽灯、荧光灯等传统光源，LED器件还需进一步地提升光效，降低每流明的成本。氧化铟锡(Indium Tin Oxide，简称ITO)材料凭借良好的穿透率与导电率为LED芯片提升光效做出了极大贡献。虽然，现在的LED芯片具有较好的发光效率，但是还是存在部分光源在LED芯片内部损耗而不能贡献到对外发光中，如何进一步提升LED芯片的发光效率是本领域研究的热门课题。

传统的LED芯片制作时，自下至上依次包含N型GaN层、量子阱和P型GaN层的外延层，形成台阶并露出N型GaN层，在GaN层的外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层(ITO层)形成LED芯片的透明导电层。但是，在传统方法制备获得的LED芯片中，透明导电层为表面平整的ITO层，LED中的光线在平面的导电层表面不容易反射或散射出去，最终导致这部分光线在LED内部损耗掉，浪费了这部分光线在LED芯片发光效率方面的贡献。

因此，提供一种透明导电层制作方法减少LED芯片中光线内部损耗以提升LED发光效率是本领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，解决了传统LED芯片中光线内部损耗不能用于提升光效的缺点。

为了解决上述技术问题，本发明提出一种提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，包括：

通过干法刻蚀自下至上包括：N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的发光二极管芯片外延层；

利用电子束真空蒸镀法在所述外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层，其中，所述氧化铟锡薄膜导电层厚度为

利用电子束真空蒸镀法在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为5-10nm的镍层；

在温度为500℃、流量为5L/min的氮气氛围中对所述镍层进行退火处理60s，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面上形成均匀分布的球状镍颗粒，其中，所述球状镍颗粒之间的间距为2.6-3.5nm；

利用所述球状镍颗粒为掩膜，刻蚀所述氧化铟锡薄膜导电层，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面形成均匀的凹状矩形坑；

采用氯化铁和盐酸的混合溶液去除球状镍颗粒；

采用炉管退火法将所述氧化铟锡薄膜导电层退火；

在所述氧化铟锡薄膜导电层上涂覆厚度为2.5μm的负性光刻胶，经过曝光、显影后露出电极区；

采用电子束真空蒸镀法在所述电极区蒸镀金属电极；

采用蓝膜对所述金属电极进行剥离得到发光二极管芯片电极，待所述金属电极剥离干净后再将获得的发光二极管芯片放入去胶剂中进行超声浸泡，去除所述负性光刻胶。

进一步地，其中，所述通过干法刻蚀自下至上包括：N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的外延层，包括：

利用刻蚀深度1μm、切割道的宽度在8-14μm之间自下至上对发光二极管芯片的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的外延层进行干法刻蚀，形成台阶并露出N型氮化镓层。

进一步地，其中，所述利用电子束真空蒸镀法在所述外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层，包括：

在腔体温度150-200℃、氧气流量5-12sccm、真空度3×10-5Torr的条件下在所述外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层。

进一步地，其中，所述利用电子束真空蒸镀法在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为5-10nm的镍层，包括：

在镀膜速率为镀膜功率为所述氧化铟锡薄膜导电层镀膜功率0.17倍的条件下，在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为5-10nm的镍层。

进一步地，其中，所述利用所述球状镍颗粒为掩膜，刻蚀所述氧化铟锡薄膜导电层，包括：

采用反应离子刻蚀机或感应耦合等离子体刻蚀机对所述氧化铟锡薄膜导电层进行干法刻蚀，其中，刻蚀气体包括：通入浓度为15ml/min的BCl3、通入浓度为20ml/min的Cl2或通入浓度为24ml/min的Ar。

进一步地，其中，所述凹状矩形坑长、宽、高均在3.1-3.6nm内。

进一步地，其中，采用氯化铁和盐酸的混合溶液去除球状镍颗粒，包括：

采用质量分数为8％的氯化铁及质量分数为10％的盐酸的混合溶液，在温度为50℃条件下腐蚀5min去除所述球状镍颗粒。

进一步地，其中，该方法还包括：

利用光刻胶保护需要的氧化铟锡薄膜导电层区域，再用氧化铟锡薄膜导电层蚀刻液除去多余的氧化铟锡薄膜导电层；

除去光刻胶得到优化的氧化铟锡薄膜导电层。

进一步地，其中，所述采用电子束真空蒸镀法在所述电极区蒸镀金属电极，包括：

在镀膜速率为镀膜功率为所述氧化铟锡薄膜导电层镀膜功率0.30倍、腔体压力为1.0×10-6Torr的条件下，在所述电极区蒸镀金属电极。

进一步地，其中，所述去胶剂包括：质量分数为99.5％的N-甲基吡咯烷酮及质量分数为0.2％的水。

与现有技术相比，本发明的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，实现了如下的有益效果：

(1)本发明所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，在发光二极管芯片的ITO膜层表面变成纳米级的凹凸状，与平整的ITO膜层表面相比，光线在这种凹凸状的表面上能够以漫反射和散射的方式出射出去，增加了光在发光二极管芯片ITO膜层表面的出射率，从而提升了光二极管芯片的发光效率。

(2)本发明所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，采用在发光二极管芯片ITO膜层上制作球状镍颗粒作为掩膜后，根据该掩膜在ITO膜层表面刻蚀出凹状矩形坑的方式将ITO膜层表面变成纳米级的凹凸状，如此，能够方便、简捷地在ITO膜层表面制作出均匀分布的凹凸状结构。

当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。

附图说明

被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本发明的实施例，并且连同其说明一起用于解释本发明的原理。

图1为本发明所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法的一个可选实施例的流程示意图；

图2A为通过该方法生成的发光二极管芯片氧化铟锡薄膜导电层(ITO层)的结构示意图；

图2B为通过干法刻蚀的发光二极管芯片外延层的结构示意图；

图2C为在发光二极管芯片外延层上制作ITO层后的结构示意图；

图3为通过本实施例方法在ITO层上蒸镀形成镍层后的结构示意图；

图4为镍层经过退火处理后形成均匀分布球状镍颗粒后的结构示意图；

图5为利用所述球状镍颗粒为掩膜，刻蚀所述ITO层形成带有均匀凹状矩形坑的结构示意图；

图6为去除球状镍颗粒后形成的带有凹凸状表面ITO层的发光二极管芯片亮度的透明导电层的结构示意图；

图7为本发明实施例2所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法的流程示意图；

图8为本发明实施例3中公开的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法的一个具体实施例的流程示意图。

具体实施方式

现在将参照附图来详细描述本发明的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有例子中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它例子可以具有不同的值。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

实施例1

如图1所示，为本发明所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法的一个可选实施例的流程示意图。本发明将发光二极管芯片ITO膜层表面制作为纳米级的凹凸状，有利于发光二极管芯片内部的光线出射，从而提升了光二极管芯片的发光效率。本实施例中所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法包括以下步骤：

步骤101、通过干法刻蚀自下至上包括：N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的发光二极管芯片外延层。

步骤102、利用电子束真空蒸镀法在所述外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层，其中，所述氧化铟锡薄膜导电层厚度为

步骤103、利用电子束真空蒸镀法在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为5-10nm的镍层。

步骤104、在温度为500℃、流量为5L/min的氮气氛围中对所述镍层进行退火处理60s，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面上形成均匀分布的球状镍颗粒，其中，所述球状镍颗粒之间的间距为2.6-3.5nm。

根据金属镍的特性，在一定500℃的高温条件下会熔合成球状，经过本步骤的500℃及5L/min的氮气氛围退火处理60s后，所述镍层就会熔合并在所述氧化铟锡薄膜导电层表面上形成均匀分布的球状镍颗粒。

步骤105、利用所述球状镍颗粒为掩膜，刻蚀所述氧化铟锡薄膜导电层，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面形成均匀的凹状矩形坑。

球状镍颗粒为掩膜，在氧化铟锡薄膜导电层上进行刻蚀时，球状镍颗粒覆盖的氧化铟锡薄膜导电层因掩膜作用不被刻蚀，刻蚀完成后就形成了凹状矩形坑的凸状间隔结构，而没被掩膜覆盖的氧化铟锡薄膜导电层则被刻蚀成为凹状矩形坑的凹状坑结构。

步骤106、采用氯化铁和盐酸的混合溶液去除球状镍颗粒。

步骤107、采用炉管退火法将所述氧化铟锡薄膜导电层退火。优选地，所述炉管退火法包括：在8～11L/min氧气流下，退火温度为400～500度，对所述ITO透明导电层退火700～1000秒，退火完成后，常温冷却5分钟。

步骤108、在所述氧化铟锡薄膜导电层上涂覆厚度为2.5μm的负性光刻胶，经过曝光、显影后露出电极区。例如，所述负性光刻胶可以是聚乙烯醇月桂酸酯。

步骤109、采用电子束真空蒸镀法在所述电极区蒸镀金属电极。

步骤110、采用蓝膜对所述金属电极进行剥离得到发光二极管芯片电极，待所述金属电极剥离干净后再将获得的发光二极管芯片放入去胶剂中进行超声浸泡，去除所述负性光刻胶。

结合图2A-图6，如图2A所示，为通过该方法生成的发光二极管芯片氧化铟锡薄膜导电层(ITO层)的结构示意图，图中201为具有凹凸状表面的ITO层，211为凹状矩形坑；图2B为通过干法刻蚀的发光二极管芯片外延层202的结构示意图；图2C为在发光二极管芯片外延层202上制作ITO层201后的结构示意图。图3为通过本实施例方法在ITO层201上蒸镀形成镍层203后的结构示意图。图4为镍层203经过退火处理后形成均匀分布球状镍颗粒231后的结构示意图。图5为利用所述球状镍颗粒231为掩膜，刻蚀所述ITO层201形成带有均匀凹状矩形坑211的结构示意图。图6为去除球状镍颗粒231后形成的带有凹凸状表面ITO层的发光二极管芯片亮度的透明导电层的结构示意图。

实施例2

如图7所示，图7为本发明实施例2所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法的流程示意图。在本实施例中，设置了制作ITO层表面凹凸状结构的具体方法。本实施例中的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法包括以下步骤：

步骤701、通过干法刻蚀自下至上包括：N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的发光二极管芯片外延层。

优选地，本步骤中利用刻蚀深度1μm、切割道的宽度在8-14μm之间自下至上对发光二极管芯片的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的外延层进行干法刻蚀，形成台阶并露出N型氮化镓层。在所述P型氮化镓层及N型氮化镓层上可以设置发光二极管芯片的P电极及N电极。

步骤702、利用电子束真空蒸镀法在所述外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层，其中，所述氧化铟锡薄膜导电层厚度为

优选地，在腔体温度150-200℃、氧气流量5-12sccm、真空度3×10-5Torr的条件下在所述外延层上利用电子束真空蒸镀法制作氧化铟锡薄膜导电层。

步骤703、利用电子束真空蒸镀法在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为5-10nm的镍层。

优选地，在镀膜速率为镀膜功率为所述氧化铟锡薄膜导电层镀膜功率0.17倍的条件下，在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为5-10nm的镍层。

步骤704、在温度为500℃、流量为5L/min的氮气氛围中对所述镍层进行退火处理60s，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面上形成均匀分布的球状镍颗粒，其中，所述球状镍颗粒之间的间距为2.6-3.5nm。

步骤705、利用所述球状镍颗粒为掩膜，刻蚀所述氧化铟锡薄膜导电层，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面形成均匀的凹状矩形坑。

优选地，采用反应离子刻蚀机或感应耦合等离子体刻蚀机对所述氧化铟锡薄膜导电层进行干法刻蚀，其中，刻蚀气体包括：通入浓度为15ml/min的BCl3、通入浓度为20ml/min的Cl2或通入浓度为24ml/min的Ar。所述凹状矩形坑长、宽、高均在3.1-3.6nm内。

步骤706、采用氯化铁和盐酸的混合溶液去除球状镍颗粒。优选地，采用质量分数为8％的氯化铁及质量分数为10％的盐酸的混合溶液，在温度为50℃条件下腐蚀5min去除所述球状镍颗粒。

步骤707、利用光刻胶保护需要的氧化铟锡薄膜导电层区域，再用氧化铟锡薄膜导电层蚀刻液除去多余的氧化铟锡薄膜导电层。优选地，此处所用的光刻胶可以是酚醛树脂、重氮奈醌磺酸酯。

步骤708、除去光刻胶得到优化的氧化铟锡薄膜导电层。

步骤709、采用炉管退火法将所述氧化铟锡薄膜导电层退火。

步骤710、在所述氧化铟锡薄膜导电层上涂覆厚度为2.5μm的负性光刻胶，经过曝光、显影后露出电极区。

步骤711、采用电子束真空蒸镀法在所述电极区蒸镀金属电极。

优选地，在镀膜速率为镀膜功率为所述氧化铟锡薄膜导电层镀膜功率0.30倍、腔体压力为1.0×10-6Torr的条件下，在所述电极区蒸镀金属电极形成发光二极管芯片的N电极和P电极。

步骤712、采用蓝膜对所述金属电极进行剥离得到发光二极管芯片电极，待所述金属电极剥离干净后再将获得的发光二极管芯片放入去胶剂中进行超声浸泡，去除所述负性光刻胶。其中，所述去胶剂包括：质量分数为99.5％的N-甲基吡咯烷酮及质量分数为0.2％的水。

实施例3

如图8所示，为本实施例中公开的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法的一个具体实施例的流程示意图。本实施例中的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法包括以下步骤：

步骤801、利用刻蚀深度1μm、切割道的宽度为10μm自下至上对发光二极管芯片的N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层的外延层进行干法刻蚀，形成台阶并露出N型氮化镓层。

步骤802、在腔体温度160℃、氧气流量10sccm、真空度3×10-5Torr的条件下，利用电子束真空蒸镀法在所述外延层上制作氧化铟锡薄膜导电层，其中，所述氧化铟锡薄膜导电层厚度为

步骤803、在镀膜速率为镀膜功率为所述氧化铟锡薄膜导电层镀膜功率0.17倍的条件下，利用电子束真空蒸镀法在所述氧化铟锡薄膜导电层上蒸镀厚度为8nm的镍层。

步骤804、在温度为500℃、流量为5L/min的氮气氛围中对所述镍层进行退火处理60s，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面上形成均匀分布的球状镍颗粒，其中，所述球状镍颗粒之间的间距为3nm。

步骤805、利用所述球状镍颗粒为掩膜，刻蚀所述氧化铟锡薄膜导电层，在所述氧化铟锡薄膜导电层表面形成均匀的凹状矩形坑。

优选地，采用反应离子刻蚀机或感应耦合等离子体刻蚀机对所述氧化铟锡薄膜导电层进行干法刻蚀，其中，通入浓度为20ml/min的Cl2作为刻蚀气体，所述凹状矩形坑长、宽、高均在3.1-3.6nm内。

步骤806、采用质量分数为8％的氯化铁及质量分数为10％的盐酸的混合溶液，在温度为50℃条件下腐蚀5min去除所述球状镍颗粒。

步骤807、利用光刻胶保护需要的氧化铟锡薄膜导电层区域，再用氧化铟锡薄膜导电层蚀刻液除去多余的氧化铟锡薄膜导电层。

步骤808、除去光刻胶得到优化的氧化铟锡薄膜导电层。

步骤809、采用炉管退火法将所述氧化铟锡薄膜导电层退火。

步骤810、在所述氧化铟锡薄膜导电层上涂覆厚度为2.5μm的负性光刻胶，经过曝光、显影后露出电极区。

步骤811、在镀膜速率为镀膜功率为所述氧化铟锡薄膜导电层镀膜功率0.30倍、腔体压力为1.0×10-6Torr的条件下，在所述电极区蒸镀金属电极形成发光二极管芯片的N电极和P电极。

步骤812、采用蓝膜对所述金属电极进行剥离得到发光二极管芯片电极，待所述金属电极剥离干净后再将获得的发光二极管芯片放入去胶剂中进行超声浸泡，去除所述负性光刻胶。其中，所述去胶剂包括：质量分数为99.5％的N-甲基吡咯烷酮及质量分数为0.2％的水。

经过测试发现，通过本方法制备得到的发光二极管芯片的发光效率明显提高，本发明的发光二极管芯片的凹凸状表面的ITO膜层结构比传统平整表面ITO膜层的发光二极管芯片亮度高4％-5％。

通过以上各个实施例可知，本发明的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法存在的有益效果是：

(1)本发明所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，在发光二极管芯片的ITO膜层表面变成纳米级的凹凸状，与平整的ITO膜层表面相比，光线在这种凹凸状的表面上能够以漫反射和散射的方式出射出去，增加了光在发光二极管芯片ITO膜层表面的出射率，从而提升了光二极管芯片的发光效率。

(2)本发明所述的提升发光二极管芯片亮度的透明导电层制作方法，采用在发光二极管芯片ITO膜层上制作球状镍颗粒作为掩膜后，根据该掩膜在ITO膜层表面刻蚀出凹状矩形坑的方式将ITO膜层表面变成纳米级的凹凸状，如此，能够方便、简捷地在ITO膜层表面制作出均匀分布的凹凸状结构。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、装置、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

虽然已经通过例子对本发明的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上例子仅是为了进行说明，而不是为了限制本发明的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改。本发明的范围由所附权利要求来限定。