一种提升LED芯片亮度的制备方法及LED芯片

技术领域

本发明涉及LED芯片制造技术领域，具体涉及一种提升LED芯片亮度的制备方法及LED芯片。

背景技术

在杀菌消毒方面，UVCLED消毒产品成为人民追逐购买的新产品。UVCLED消毒产品的作用原理是依靠适当波长的紫外线破坏生物体的DNA或RNA的分子结构，造成生物体死亡，从而达到杀菌消毒的目的。同时，UVCLED消毒产品出射的光越多(即光功率越高或光亮度越高)杀菌的效果就会越好，杀菌能力也越强。

然而，现有的应用于UVCLED消毒产品的LED芯片因发光亮度偏低而难以满足消费者的需求。因此，如何提高LED发光亮度是当前需要解决的问题。

发明内容

本发明目的在于提供一种提升LED芯片亮度的制备方法及LED芯片，能够有效提升LED芯片发光亮度，并且制备方法相对简单，可以实现LED芯片高效量产。具体技术方案如下：

在第一方面，本发明提供了一种提升LED芯片亮度的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、在LED外延片上制作通孔结构

具体的，在所述LED外延片上确定第一目标区域，在所述第一目标区域上设置掩膜层；对所述掩膜层依次进行预处理、坚膜处理和腐蚀处理后形成多个所需的通孔形状；最后，采用ICP刻蚀工艺刻蚀各所述通孔形状至刻蚀到所述LED外延片的衬底层上，从而制作出多个所述通孔结构；

步骤S2、为所述通孔结构填充二氧化硅绝缘层

具体的，先采用后处理去除所述LED外延片上残留的掩膜层；再在所述LED外延片上沉积二氧化硅绝缘层，用于填充所述通孔结构；最后，采用黄光工艺和腐蚀工艺去除所述通孔结构外的二氧化硅绝缘层。

可选的，在步骤S1中，所述掩膜层包括上下设置的光刻胶层和辅助层；所述辅助层包括二氧化硅层或氮化硅层；所述辅助层的厚度为

可选的，在步骤S1中，所述预处理包括对所述掩膜层依次进行曝光处理和显影处理；所述曝光处理采用的曝光能量为150-400mj/cm

所述掩膜层经所述预处理去除所述通孔结构对应的光刻胶层以裸露出辅助层；再将所述掩膜层经坚膜处理后，采用腐蚀工艺腐蚀所述掩膜层上裸露的辅助层，至裸露的辅助层被完全腐蚀后形成所需的通孔形状。

可选的，在步骤S1中，采用所述ICP刻蚀工艺的工艺参数如下：上射频为350-450W，下射频为120-170W；采用的刻蚀气体为氯气和三氯化硼，其中，氯气流量为140-180sccm，三氯化硼气体流量为3-10sccm；采用的刻蚀压力控制为3-6mToll。

可选的，在步骤S2中，沉积所述二氧化硅绝缘层的厚度为

可选的，在步骤S2中，所述后处理包括对所述掩膜层依次进行去胶处理和腐蚀处理；所述去胶处理采用去胶液除去光刻胶层；所述腐蚀处理采用BOE腐蚀溶液腐蚀除去辅助层。

可选的，所述提升LED芯片亮度的制备方法还包括设置在所述步骤S1之前的步骤S0，所述步骤S0包括以下过程：

首先，在所述衬底层上依次设置第一半导体层、多量子阱层和第二半导体层，从而形成所述LED外延结构；

其次，在所述LED外延结构上确定第二目标区域，采用黄光工艺和ICP刻蚀工艺刻蚀至第一半导体层；其中，ICP刻蚀深度控制在

最后，在所述LED外延结构上采用厚胶工艺和ICP刻蚀工艺把所述LED外延结构的周边刻蚀到衬底层的底部以形成独立的LED外延片；其中，所述厚胶工艺采用的胶层厚度为8.0-11.0μm。

可选的，所述提升LED芯片亮度的制备方法还包括设置在所述步骤S2之后的步骤S3，所述步骤S3包括以下过程：

步骤S3.1、在所述步骤S2为所述通孔结构填充二氧化硅绝缘层后，采用快速退火合金工艺制作第一半导体接触层，所述第一半导体接触层与所述LED外延片上的第一目标区域对应设置，且与所述第二半导体层接触；

步骤S3.2、采用高温退火工艺制作第二半导体接触层，所述第二半导体接触层与所述LED外延片上的第二目标区域对应设置，且与所述第一半导体层接触；

步骤S3.3、在所述第一半导体接触层和第二半导体接触层上设置接触包覆层；

步骤S3.4、在所述接触包覆层上沉积绝缘保护层，在所述绝缘保护层上对应所述第一目标区域设有与所述接触包覆层连通的第一通道，在所述绝缘保护层上对应所述第二目标区域设有与所述接触包覆层连通的第二通道；

步骤S3.5、在所述绝缘保护层上设置N电极层和P电极层，所述N电极层通过第二通道与所述接触包覆层连通；所述P电极层通过第一通道与所述接触包覆层连通；

步骤S3.6、通过研磨、精抛、切割、裂片、点测和分选工艺制备出LED芯片。

可选的，在步骤S3.1中，所述第一半导体接触层的材料为ITO与Au、Rh、Al中的至少一种材料的组合材料，或者Ni与Au、Rh、Al中的至少一种材料的组合材料；所述第一半导体接触层的厚度为

在步骤S3.2中，所述第二半导体接触层的材料包括Cr、Al、Ti、Pt和Au中的至少两种材料；所述第二半导体接触层的厚度为

在步骤S3.3中，所述接触包覆层的材料包括Cr、Al、Ti、Pt、Ni和Au中的至少两种材料；所述接触包覆层的厚度为

在步骤S3.4中，所述绝缘保护层的厚度为800-1500nm；所述绝缘保护层的材料为Si

在步骤S3.5中，所述N电极层和P电极层的材料均包括Ti、Cr、Pt、Au、AL、Ni和Sn中的至少三种材料；所述N电极层和P电极层的厚度均为2.0-5.0μm。

在第二方面，本发明提供了一种LED芯片，采用所述提升LED芯片亮度的制备方法制备得到LED芯片。

应用本发明的技术方案，至少具有以下有益效果：

本发明采用步骤S1在LED外延片上制作通孔结构，采用步骤S2为所述通孔结构填充二氧化硅绝缘层，能够有效提升LED芯片发光亮度，具体原理如下：

1)在LED芯片UVC波段的内量子效率和外量子效率都很低，在有限的内量子效率情况下通过通孔结构能够提升芯片亮度；

2)在LED芯片UVC波段中采用的材料主要为AlGaN材料，本发明在通孔结构内填充二氧化硅绝缘层，利用二氧化硅绝缘层和AlGaN材料在折射率方面的明显差异，使得二者在通孔结构位置处折射的光线发生全反射，能够让原本无法从衬底层底部出射的紫外光更容易入射到空气中，进而提升了芯片的亮度；

3)通过通孔结构可以改变紫外光在TM波(TM波是指磁矢量与传播方向垂直)和TE波(TE波指电矢量与传播方向垂直)传播)的出光方式和角度，使得更多的紫外光通过通孔结构，进而提升了芯片的出光效率；

4)通过设置多个通孔结构能够更加有效的实现电流的均匀分布，具体的，由于通孔结构的位置不导电，只有在通孔结构以外的位置才能导电，使得本发明所制备的LED芯片在相同电流输入的情况下，可以让电流在有限的导电空间中分布更加均匀，同时参与更多的电光转化，提升芯片亮度。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明实施例1中的LED芯片的截面图；

图2是本发明实施例1中的LED芯片的俯视图；

其中，1、衬底层，2、第一半导体层，3、多量子阱层，4、第二半导体层，5、二氧化硅绝缘层，6、第一半导体接触层，7、第二半导体接触层，8、接触包覆层，9、绝缘保护层，10、N电极层，11、P电极层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

参见图1-2，一种提升LED芯片亮度的制备方法，包括以下步骤：

步骤S1、在LED外延片上制作通孔结构

具体的，在所述LED外延片上确定第一目标区域，在所述第一目标区域上设置掩膜层；对所述掩膜层依次进行预处理、坚膜处理和腐蚀处理后形成多个所需的通孔形状；最后，采用ICP刻蚀工艺刻蚀各所述通孔形状至刻蚀到所述LED外延片的衬底层1(具体为蓝宝石衬底层)上，从而制作出多个所述通孔结构；

步骤S2、为所述通孔结构填充二氧化硅绝缘层5

具体的，先采用后处理去除所述LED外延片上残留的掩膜层；再采用PECVD在所述LED外延片上沉积二氧化硅绝缘层5，用于填充所述通孔结构，进而实现对所述通孔结构的侧壁进行绝缘保护，防止短路；最后，采用黄光工艺和腐蚀工艺(具体采用常规的BOE腐蚀溶液处理)去除所述通孔结构外的二氧化硅绝缘层5；具体的，所述黄光工艺采用的光刻胶厚度为3.0-5.0μm之间，曝光能量为180-210mj/cm

在步骤S1中，所述掩膜层包括上下设置的光刻胶层和辅助层；所述辅助层为二氧化硅层；所述辅助层的厚度为

在步骤S1中，所述预处理包括对所述掩膜层依次进行曝光处理和显影处理；所述曝光处理采用的曝光能量为200mj/cm

所述掩膜层经所述预处理去除所述通孔结构对应的光刻胶层以裸露出辅助层；再将所述掩膜层经坚膜处理后，采用腐蚀工艺(具体采用常规的BOE腐蚀溶液处理)腐蚀所述掩膜层上裸露的辅助层，至裸露的辅助层被完全腐蚀后形成所需的通孔形状。

在步骤S1中，采用所述ICP刻蚀工艺的工艺参数如下：上射频为360W，下射频为150W；采用的刻蚀气体为氯气和三氯化硼，其中，氯气流量为165sccm，三氯化硼气体流量为5sccm；采用的刻蚀压力控制为4mToll。

在步骤S2中，沉积所述二氧化硅绝缘层5的厚度为

在步骤S2中，所述后处理包括对所述掩膜层依次进行去胶处理和腐蚀处理；所述去胶处理采用去胶液除去光刻胶层；所述腐蚀处理采用常规的BOE腐蚀溶液腐蚀除去辅助层。

所述提升LED芯片亮度的制备方法，还包括设置在所述步骤S1之前的步骤S0，所述步骤S0包括以下过程：

首先，在所述衬底层1上依次设置第一半导体层2(具体为NAlGaN掺杂Si层)、多量子阱层3(具体为MQW层)和第二半导体层4(具体为PAlGaN掺杂Mg层)，从而形成所述LED外延结构；

其次，在所述LED外延结构上确定第二目标区域，采用黄光工艺和ICP刻蚀工艺(为常规工艺)刻蚀至第一半导体层2；其中，所述黄光工艺采用的光刻胶厚度为3.0-5.0μm之间，曝光能量为180-210mj/cm

最后，在所述LED外延结构上采用厚胶工艺和ICP刻蚀工艺(为常规工艺)把所述LED外延结构的周边刻蚀到衬底层1的底部以形成独立的LED外延片；其中，所述厚胶工艺采用的胶层厚度为10.0μm，采用的胶层材料为常规的正性光刻胶。

所述提升LED芯片亮度的制备方法，还包括设置在所述步骤S2之后的步骤S3，所述步骤S3包括以下过程：

步骤S3.1、在所述步骤S2为所述通孔结构填充二氧化硅绝缘层5后，采用快速退火合金工艺制作第一半导体接触层6，所述第一半导体接触层6与所述LED外延片上的第一目标区域对应设置，且与所述第二半导体层4接触；

步骤S3.2、采用高温退火工艺制作第二半导体接触层7，所述第二半导体接触层7与所述LED外延片上的第二目标区域对应设置，且与所述第一半导体层2接触；

步骤S3.3、采用常规蒸镀工艺或者常规溅射工艺在所述第一半导体接触层6和第二半导体接触层7上设置接触包覆层8；

步骤S3.4、在所述接触包覆层8上采用PECVD沉积绝缘保护层9，在所述绝缘保护层9上对应所述第一目标区域设有与所述接触包覆层8连通的第一通道，在所述绝缘保护层9上对应所述第二目标区域设有与所述接触包覆层8连通的第二通道；

步骤S3.5、采用金属溅射或者蒸镀设备在所述绝缘保护层9上设置N电极层10和P电极层11，所述N电极层10通过第二通道与所述接触包覆层8连通；所述P电极层11通过第一通道与所述接触包覆层8连通；

步骤S3.6、通过研磨、精抛、切割、裂片、点测和分选工艺制备出LED芯片。

在步骤S3.1中，所述第一半导体接触层6的材料为ITO与Au、Rh、Al中的至少一种材料的组合材料，或者Ni与Au、Rh、Al中的至少一种材料的组合材料；具体的，所述第一半导体接触层6的材料为Ni-Rh组合材料；所述第一半导体接触层6的厚度为

在步骤S3.2中，所述第二半导体接触层7的材料包括Cr、Al、Ti、Pt和Au中的至少两种材料；具体的，所述第二半导体接触层7的材料为Cr-Al-Ti-Au；所述第二半导体接触层7的厚度为

在步骤S3.3中，所述接触包覆层8的材料包括Cr、Al、Ti、Pt、Ni和Au中的至少两种材料；具体的，所述接触包覆层8的材料为Cr-Al-Ti-Pt-Ti-Pt-Ti-Pt-Au-Pt-Ti；所述接触包覆层8的厚度为

在步骤S3.4中，所述绝缘保护层9的厚度为1000nm；所述绝缘保护层9的材料为Si

在步骤S3.5中，所述N电极层10和P电极层11的材料均包括Ti、Cr、Pt、Au、Al、Ni和Sn中的至少三种材料；具体的，所述N电极层10和P电极层11的材料均为Cr-Al-Ti-Pt-Ti-Pt-Ti-Pt-Au；所述N电极层10和P电极层11的厚度均为4.3μm。

采用所述提升LED芯片亮度的制备方法能够制备得到发光亮度提升的LED芯片。

对比例1：

与实施例1不同的是，不设置步骤S1-S2。

将实施例1制备的LED芯片记为样品1，将对比例1制备的LED芯片记为样品2。所述样品1和样品2的规格均为12*20mil。采用LED点测机对所述样品1和样品2分别进行以下表1性能测试。测试结果参见表1所示。

表1样品1和样品2的性能测试结果

由表1数据知：

相比于对比例1，本发明采用实施例1所制备的LED芯片在保证工作电压和波长基本不变的条件下，具有更高的发光亮度。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。