一种高亮度倒装led芯片及其制备方法

文档序号:140097 发布日期:2021-10-22 浏览:32次 >En<

阅读说明:本技术 一种高亮度倒装led芯片及其制备方法 (High-brightness flip LED chip and preparation method thereof ) 是由 单志远 郑洪仿 杨杰 谭伟翔 陈国津 于 2021-07-26 设计创作,主要内容包括:本发明公开了一种高亮度倒装LED芯片及其的制备方法,所述制备方法包括:S1、将发光结构固定在涂有填充物的基板上;S2、去除发光结构上的衬底,将第一半导体层裸露出来;S3、采用等离子去胶机来清洗发光结构,并对第一半导体层进行氧化和粗化,以形成图型化氧化膜;S4、采用蚀刻溶液蚀刻第一半导体层,形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体,所述尖状体将光线以散射光的形式从发光结构的出光面出射。本发明的制备方法简单,可防止应力过大的问题,有效提高芯片的良率高,所述制得的芯片亮度高。(The invention discloses a high-brightness inverted LED chip and a preparation method thereof, wherein the preparation method comprises the following steps: s1, fixing the light-emitting structure on the substrate coated with the filler; s2, removing the substrate on the light-emitting structure and exposing the first semiconductor layer; s3, cleaning the light-emitting structure by using a plasma photoresist remover, and oxidizing and roughening the first semiconductor layer to form a patterned oxide film; s4, etching the first semiconductor layer by using an etching solution to form a pointed body with the width of 1-2 μm and the depth of 2-3 μm, wherein the pointed body emits light from the light-emitting surface of the light-emitting structure in the form of scattered light. The preparation method is simple, the problem of overlarge stress can be prevented, the yield of the chip is effectively improved, and the prepared chip is high in brightness.)

一种高亮度倒装LED芯片及其制备方法

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域,尤其涉及一种高亮度倒装LED芯片及其制备方法。

背景技术

由于倒装LED芯片是由背面发光,量子阱发出的光需穿透N-GaN层、U-GaN层、缓冲层以及蓝宝石衬底才能射出,亮度损失很大,导致倒装LED芯片的光效一直无法提升。现有的方法是将蓝宝石衬底剥离来提高出光效率,但剥离蓝宝石衬底会使得GaN失去支撑,容易因为应力过大造成开裂、漏电。

此外,即使剥离了蓝宝石衬底,N-GaN层也会对量子阱发出的光产生全反射,影响倒装LED芯片的出光效率。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于,提供一种高亮度倒装LED芯片的制备方法,工艺简单,可防止应力过大的问题,良率高,所述制得的芯片亮度高。

本发明还要解决的技术问题在于,提供一种高亮度倒装LED芯片的制备方法,可精确控制N-GaN层的刻蚀效果。

本发明还要解决的技术问题在于,提供一种高亮度倒装LED芯片,出光效率高。

为了解决上述技术问题,本发明提供了一种高亮度倒装LED芯片的制备方法,包括:

S1、将发光结构固定在涂有填充物的基板上;

S2、去除发光结构上的衬底,将第一半导体层裸露出来;

S3、采用等离子去胶机来清洗发光结构,并对第一半导体层进行氧化和粗化,以形成图型化氧化膜;

S4、采用蚀刻溶液蚀刻第一半导体层,形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体,所述尖状体将光线以散射光的形式从发光结构的出光面出射。

作为上述方案的改进,步骤S3中,所述等离子去胶机的工作功率为40~60W,通入氧气的流量为25~45sccm,清洗时间为250~450秒。

作为上述方案的改进,步骤S3中,所述等离子去胶机的工作功率为45~55W,通入氧气的流量为30~40sccm,清洗时间为300~400秒。

作为上述方案的改进,步骤S3中,所述氧化膜为N型氧化稼。

作为上述方案的改进,步骤S4中,第一半导体层的腐蚀速率>氧化膜的腐蚀速率。

作为上述方案的改进,步骤S4中,所述蚀刻溶液为KOH溶液,蚀刻溶液的温度为50~80℃,蚀刻时间为30~60秒。

作为上述方案的改进,步骤S1中,所述填充物质为陶瓷粘土、酸性结构玻璃胶或塑钢土。

作为上述方案的改进,步骤S1中,所述填充物质通过喷洒或涂附的方式涂覆在焊盘以外的基板上,当发光结构的电极焊接在焊盘上时,所述填充物质填满在发光结构和基板之间。

作为上述方案的改进,步骤S1中,所述发光结构包括衬底、设于衬底上的外延层、以及设于外延层上的电极,所述外延层包括设于衬底上的第一半导体层、设于第一半导体层上的有源层、以及设于有源层上的第二半导体层;其中,所述第一半导体层为N型GaN层,所述有源层为多量子阱层,所述第二半导体层为P型GaN层。

相应地,本发明还提供了一种高亮度倒装LED芯片,包括基板和发光结构,所述发光结构固定在基板上,且所述发光结构和所述基板之间填满填充物质,所述发光结构的出光面设有宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体,所述尖状体将光线以散射光的形式从发光结构的出光面出射。

实施本发明,具有如下有益效果:

本发明通过步骤S3和步骤S4的相互配合,在裸露出来的第一半导体层表面形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体,与现有的蚀刻工艺相比,本发明形成的尖状体的颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀,可以更好地减少全反射,使得有源层发出的光更多地以散射光的形式出射,从而增加芯片的出光效率。

此外,本发明采用等离子去胶机来清洗发光结构,不仅可以清洗发光结构的表面,去除杂质,还可以在第一半导体层的表面形成图型化氧化膜,利用本发明腐蚀液对氧化膜和第一半导体层的腐蚀速率不同,以使第一半导体层表面形成本发明的尖状体,刻蚀完成后,氧化膜最终也会被腐蚀掉,因此对芯片的出光和其他光电性能没有影响。

其次,本发明采用等离子去胶机来清洗发光结构,通过调整等离子去胶机的工作功率、通入氧气的流量以及清洗时间,可精确控制第一半导体层的刻蚀效果,以形成本发明的尖状体。

进一步地,本发明采用等离子去胶机来清洗发光结构具有以下优点:操作简单、去胶效率高、表面干净光洁、无划痕、成本低、环保。

更进一步地,本发明采用具有黏附性和可塑性的陶瓷粘土、酸性结构玻璃胶或塑钢土作为用于固定发光结构的填充物质,上述填充物质在外力作用下发生形变并保持形变的性质,可以避免发光结构在后续剥离衬底时发生碎裂,防止应力过大的问题,有效提高芯片的良率。

附图说明

图1是本发明高亮度倒装LED芯片的制备流程图;

图2是本发明发光结构的结构示意图;

图3是本发明发光结构固定在基板上的示意图;

图4是本发明发光结构形成氧化膜后的示意图;

图5是本发明高亮度倒装LED芯片的结构示意图;

图6是本发明对比例1形成的倒装LED芯片的尖状体的电镜扫描图;

图7是本发明实施例2形成的倒装LED芯片的尖状体的电镜扫描图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

参见图1,本发明提供一种高亮度倒装LED芯片的制备方法,包括以下步骤:

S1、将发光结构固定在涂有填充物的基板上;

参见图2,所述发光结构包括衬底11、设于衬底11上的外延层12、以及设于外延层12上的电极13。其中,所述外延层12包括设于衬底11上的第一半导体层121、设于第一半导体层121上的有源层122、以及设于有源层122上的第二半导体层123。

为了提高发光结构的光电性能,所述发光结构还包括透明导电成(图中未示出)和反射层(图中未示出),所述透明导电层设于第二半导体层123上,所述反射层设于透明导电层上。

其中,所述第一半导体层121为N型GaN层,所述有源层122为多量子阱层,所述第二半导体层123为P型GaN层。

本发明的基板2为载体基板,用于固定、支撑发光结构。本发明首先在基板2上涂覆一层填充物质3,然后再将发光结构的电极13贴合在基板2上,其中,所述发光结构的衬底背向基板。本发明的填充物质3用于固定发光结构,避免发光结构在后续剥离衬底11时发生碎裂,因此所述填充物质3完全填充在发光结构和基板2之间,如图3所示。

其中,本发明的填充物质3对发光结构没有影响,并具有黏附性和可塑性,即所述填充物质3在外力作用下发生形变并保持形变的性质。为了满足填充物质3的上述特性,所述填充物质3优选为陶瓷粘土、酸性结构玻璃胶或塑钢土。

其中,所述基板2设有与电极13对应的焊盘21,所述填充物质3可通过喷洒、涂附等方式涂覆在焊盘21以外的基板上,当发光结构的电极13焊接在所述焊盘21上时,所述填充物质3填满在发光结构和基板2之间。

S2、去除发光结构上的衬底,将第一半导体层裸露出来;

具体的,采用激光剥离衬底的方法去除所述衬底,并将第一半导体层裸露出来。

S3、采用等离子去胶机来清洗发光结构,并对第一半导体层进行氧化和粗化,以形成图型化氧化膜;

具体的,将剥离衬底后的发光结构置于等离子去胶机中,采用等离子去胶机来清洗发光结构,以除去发光结构表面的灰尘、杂质等,并对裸露出来的第一半导体层121进行粗化,以使第一半导体层121的表面形成粗化结构,同时采用等离子去胶机对裸露出来的第一半导体层121进行氧化以使第一半导体层121的表面形成图型化氧化膜14,如图4所示。

所示等离子去胶机的工作原理是:对氧气进行电离,形成氧离子、活化的氧原子、氧分子和电子等混合物的等离子体的辉光柱。氧离子将外延层表面的N型GaN氧化形成N型氧化稼,所述N型氧化稼就是本发明的氧化膜,其可改变GaN表面极性,选择性保护外延层,在后续的腐蚀中行成较为理想的尖锥形晶胞。

本发明采用等离子去胶机来清洗发光结构,不仅可以清洗发光结构的表面,去除杂质,还可以在第一半导体层的表面形成图型化氧化膜。此外,本发明采用等离子去胶机来清洗发光结构具有以下优点:操作简单、去胶效率高、表面干净光洁、无划痕、成本低、环保。

需要说明的是,采用等离子去胶机来形成氧化膜,实际上是比较困难的,产生的氧化膜会存在不同,对后续粗化的效果也不一致,因此,等离子去胶机的功率、氧气的流量和清洗时间对氧化膜的形成起着重要的作用。此外,氧化膜的厚度主要由等离子去胶机的功率、氧气的流量和清洗时间决定,若氧气的流量、功率、清洗时间的参数过偏小,则氧化膜的厚度过小,不足以行成有效保护,导致后续腐蚀过快,不能行成锥形晶胞;若氧化膜的厚度过厚,则会阻挡后续腐蚀效果,无法腐蚀形成锥形晶胞。

具体的,所述等离子去胶机的工作功率为40~60W,通入氧气的流量为25~45sccm,清洗时间为250~450秒。优选的,功率为45~55W,示例性地为45W、48W、50W、52W、55W,但不限于此。优选的,氧气的流量为30~40sccm,示例性地为30sccm、35sccm、40sccm,但不限于此。优选的,清洗时间为300~400秒,示例性地为300秒、320秒、350秒、370秒、400秒,但不限于此。

S4、采用蚀刻溶液蚀刻第一半导体层,形成尖状体;

参见图5,本发明采用蚀刻溶液来蚀刻第一半导体层121,由于第一半导体层121的表面部分已经氧化形成氧化膜14,所述氧化膜14可以抑制蚀刻溶液的腐蚀作用,本发明腐蚀液对氧化膜14和第一半导体层121的腐蚀速率不同,其中,第一半导体层121的腐蚀速率>氧化膜14的腐蚀速率,因此裸露出来的第一半导体层121容易被腐蚀成尖状体1211,具体的,所述尖状体1211为锥形GaN晶胞体。需要说明的是,刻蚀完成后,氧化膜14最终也会被腐蚀掉,因此对芯片的出光和其他光电性能没有影响。

具体的,本发明的蚀刻方法可以形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体。

参见图6,现有的UV光照射3min加KOH溶液腐蚀3min(50℃)的蚀刻方法形成的尖状体颗粒小,尖端圆,晶胞大小不均匀。与现有的蚀刻工艺相比,参见图7,本发明蚀刻方法形成的尖状体的颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀,可以更好地减少全反射,使得有源层发出的光更多地以散射光的形式出射,从而增加芯片的出光效率。

为了进一步提高本发明蚀刻方法的效果,本发明的蚀刻溶液为KOH溶液,蚀刻溶液的温度为50~80℃,蚀刻时间为30~60秒。具体的,蚀刻溶液的温度为50℃、55℃、60℃、65℃、70℃、75℃、80℃或85℃;蚀刻时间为30秒、35秒、40秒、45秒、50秒、55秒或60秒。

本发明通过调节蚀刻溶液的温度、蚀刻时间来精准控制蚀刻效果,以获得颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀的尖状体。其中,若蚀刻溶液的温度过低,则GaN腐蚀速度慢,腐蚀不彻底,无法获得本发明的颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀的尖状体;若蚀刻溶液的温度过高,则GaN腐蚀速度过快,不好控制蚀刻效果;此外,若蚀刻时间过短,则腐蚀不彻底,无法获得本发明的颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀的尖状体;若蚀刻时间过长,GaN晶胞会被腐蚀,同样无法获得本发明的颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀的尖状体。

优选的,本发明采用温度为55~65℃的KOH溶液来蚀刻第一半导体层,蚀刻时间为35~50秒。

参见图5,本发明还提供了一种高亮度倒装LED芯片,包括基板2和发光结构,所述发光结构固定在基板2上,且所述发光结构和所述基板2之间填满填充物质3,所述发光结构的出光面设有宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体1211,所述尖状体1211将光线以散射光的形式从发光结构的出光面出射。

下面将以具体实施例来进一步阐述本发明

实施例1

将发光结构固定在涂有酸性结构玻璃胶的基板上;

去除发光结构上的衬底,将N型GaN层裸露出来;

采用等离子去胶机来清洗发光结构,向等离子去胶机通入氧气,氧气的流量为25sccm,功率为40W,清洗时间为450秒;

采用温度为50℃的KOH溶液来蚀刻N型GaN层,蚀刻时间为60秒,以形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体。

实施例2

将发光结构固定在涂有酸性结构玻璃胶的基板上;

去除发光结构上的衬底,将N型GaN层裸露出来;

采用等离子去胶机来清洗发光结构,向等离子去胶机通入氧气,氧气的流量为30sccm,功率为50W,清洗时间为350秒;

采用温度为65℃的KOH溶液来蚀刻N型GaN层,蚀刻时间为45秒,以形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体。

实施例3

将发光结构固定在涂有酸性结构玻璃胶的基板上;

去除发光结构上的衬底,将N型GaN层裸露出来;

采用等离子去胶机来清洗发光结构,向等离子去胶机通入氧气,氧气的流量为45sccm,功率为60W,清洗时间为250秒;

采用温度为80℃的KOH溶液来蚀刻N型GaN层,蚀刻时间为30秒,以形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体。

对比例1

将发光结构固定在涂有酸性结构玻璃胶的基板上;

去除发光结构上的衬底,将N型GaN层裸露出来;

采用UV光照射3min加KOH溶液(50℃)腐蚀3min的蚀刻方法来蚀刻N型GaN层,以形成尖状体。

对比例2

采用现有的方法将发光结构固定在基板上,不去除衬底。

其中,实施例1~3和对比例1~2的发光结构相同、尺寸相同,各选取500颗LED芯片进行测试,取平均值后结构如下:

组别 亮度(700mA) 电压(V) 亮度提升比例
实施例1 1405 3.0 134%
实施例2 1494 3.05 143%
实施例3 1465 3.05 140%
对比例1 1285 3.05 123%
对比例2 1045 3.05 100%

从上述结构可知,本发明实施例1~3的制备方法可以形成宽度为1~2μm、深度为2~3μm的尖状体,从而提高倒装LED芯片的出光效率。具体的,图6是对比例1倒装LED芯片的N型GaN层的表面电镜扫描图,图7是对实施例2倒装LED芯片的N型GaN层的表面电镜扫描图,从图中可知,对比例1的方法形成的尖状体颗粒小,尖端圆,晶胞大小不均匀,实施例3形成的尖状体的颗粒大、尖端尖、晶胞大小均匀,可以更好地减少全反射,使得发光结构发出的光更多地以散射光的形式出射,从而增加芯片的出光效率。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已,当然不能以此来限定本发明之权利范围,因此依本发明权利要求所作的等同变化,仍属本发明所涵盖的范围。

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