CN103022274B - 一种led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种LED芯片的制造方法，包括以下步骤：S101、提供一外延片，所述外延片包括衬底，以及在衬底上依序层叠的缓冲层、n型半导体层、发光层、p型半导体层；在p型半导体层上形成导电层，并在导电层上进行刻蚀形成凹槽；提供一模板，所述模板的表面设有突出结构，在模板具有突出结构的表面上涂覆一层荧光粉层；将模板垂直压在导电层上，并进行热处理，然后移除模板。本发明通过在LED外延片表面压印一层厚度均匀、表面平整的荧光粉层，从而得到颜色均匀一致的出射白光。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明领域，涉及一种LED芯片的制作方法。
背景技术
随着LED技术的发展，为改善LED产品的光效，对LED的出光均匀性提出了更高的要求，实施新的LED荧光粉涂覆技术是改善LED芯片出光均匀性的一个有效途径。传统的灌封工艺，在理想的情况下可形成类似球冠状的荧光粉涂层，但是在实际操作中，这种荧光粉涂层存在明显的结构缺陷，其中心到边缘的结构性非均匀，而且无论手动或机器操作，同一批次的LED之间，荧光粉涂层在形状上都会有一定的差异，很难控制其均匀性和一致性，这就使得LED发光器件之间具有较大的色度差异。同时，由于荧光粉涂层微观表面的凹凸不平，当光线出射时，会造成白光颜色的不均匀，导致局部偏黄或偏蓝的不均匀性光斑出现。
发明内容
本发明为解决现有LED芯片出光不均匀的技术问题，提供一种LED芯片的制造方法。
本发明提供一种LED芯片的制造方法，所述方法包括以下步骤：
提供一外延片，所述外延片包括衬底，以及在衬底上依序层叠的缓冲层、n型半导体层、发光层、p型半导体层；
在p型半导体层上形成导电层，并在导电层上进行刻蚀形成凹槽；
提供一模板，所述模板的表面设有突出结构，在模板具有突出结构的表面上涂覆一层荧光粉层；
将模板垂直压在导电层上，并进行热处理，然后移除模板。
本发明还提供一种LED芯片，所述LED芯片采用上述方法制成。
本发明技术方案的有益效果是：通过在LED外延片表面（导电层上）压印一层厚度均匀、表面平整的荧光粉层，使得整个LED芯片表面上出射的光经厚度均匀的荧光粉层后所转换的光线几乎是相同的，得到颜色均匀一致的出射白光。
附图说明
图1是本发明实施例涂覆有压印胶涂层的外延片结构示意图；
图2是本发明实施例带有凹槽结构的外延片结构示意图；
图3是本发明实施例模板结构示意图；
图4是本发明实施例涂覆有荧光粉层的模板结构示意图；
图5是本发明实施例涂覆有荧光粉层的外延片结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明提供一种LED芯片的制造方法，所述方法包括以下步骤：
S101、提供一外延片，所述外延片包括衬底，以及在衬底上依序层叠的缓冲层、n型半导体层、发光层、p型半导体层；
S102、在p型半导体层上形成导电层，并在导电层上进行刻蚀形成凹槽；
S103、提供一模板，所述模板的表面设有突出结构，在模板具有突出结构的表面上涂覆一层荧光粉层；
S104、将模板垂直压在导电层上，并进行热处理，然后移除模板。
以下结合附图对半导体发光器件荧光粉层的制造方法进行详细说明：
具体地，如图1所示，在步骤S101中，该外延片可通过商购得到，通常，本领域中采用的外延片包括衬底，以及在衬底上依序层叠的缓冲层、n型半导体层、发光层、p型半导体层。
同样，所述外延片也可采用现有技术中公知的方法制备得到，例如可以采用MOCVD（金属有机化合物化学气相沉积法）在衬底1上依序沉积形成缓冲层2、n型半导体层3、发光层4和p型半导体层5。在本发明实施例中，所述衬底1为蓝宝石、SiC或GaN，所述发光层4为量子阱层，优选为多量子阱层（MQW），所述n型半导体层3和p型半导体层5为氮化物层，在本实施例中，n型半导体层3为n型GaN（氮化镓）半导体层和p型半导体层5为p型GaN（氮化镓）半导体层。
具体地，如图1和图2所示，在步骤S102中，在p型半导体层5上沉积导电层6，然后在导电层6上进行刻蚀形成凹槽61，所述凹槽61可是长条形状或圆孔形状。优选情况下，该凹槽61在垂直方向上延伸至p型半导体层5。
在本发明实施例中，所述步骤S102具体为：
S201、在p型半导体层5上形成导电层6；
S202、在导电层6上涂覆压印胶涂层，然后通过压印，得到带有凹槽结构的压印胶涂层7；
S203、刻蚀外延片形成凹槽61，然后移除压印胶涂层7。
优选情况下，通过刻蚀，使所述凹槽61延伸至p型半导体层5。
具体地，在步骤S201中，采用电子束蒸镀机在p型半导体层5上高温沉积一层导电层6，沉积过程温度控制在295~315℃，氧气流量为9sccm（标况毫升每分），初始沉积压力控制在2.5×10e-6Torr（托），沉积速率控制在0.5~1?/s（埃/每秒），蒸镀伞转速控制在10~12rpm（转每分）。该导电层材料为ITO（氧化铟锡）、掺铝的ZnO或Ni/Au薄膜，优选材料为ITO。
在步骤S202中，先在导电层6上通过匀胶机旋涂压印胶涂层，其厚度为2~3um。然后通过压印，得到带有凹槽结构的压印胶涂层。
上述压印的方法为现有技术中通常采用的方法，具体的，根据所需形成的凹槽结构，提供一压印母板，该压印母板上具有与所需形成的凹槽结构对应的突出结构，例如，该突出结构可是长条形状或圆孔形状，对应可以得到的凹槽结构为长条形状或圆孔形状。
将压印母板在适宜的温度和压力下垂直压在涂有压印胶的外延片上，移除压印母板，可得到带有所需凹槽结构的压印胶涂层7，使得压印胶涂层7覆盖一部分导电层6，而凹槽结构处对应的导电层6暴露在外。
在步骤S203中，采用ICP干法刻蚀的方法刻蚀外延片将压印胶涂层7的凹槽结构转移至导电层6上。优选情况下，继续刻蚀将凹槽61刻蚀至p型半导体层5，即所述凹槽61在垂直方向上延伸至p型半导体层5，其目的是起到表面粗化效果，破坏p型半导体层5界面的全反射角，增加外延片的出光效率。本发明采用Cl2/CH4/BCl3/Ar的混合气体进行刻蚀，气体流量分别为20/10/5/3sccm，压力0.6Pa，RF（射频能量）为100W（瓦），刻蚀完成后去除残留在导电层6表面的压印胶涂层7，得到具有凹槽61的外延片，所述凹槽61的深度为50~100nm。
本发明一种LED芯片的制造方法，所述方法还包括，在所述步骤S102之后，采用光刻工艺定义外延片上电极位置，并制作p型半导体层5的电极51和n型半导体层3的电极（未示出）。
具体地，如图3和图4所示，在步骤S103中，提供一具有突出结构的模板8，该突出结构与外延片上的凹槽61相对应，利用丝网印刷或喷涂的方式在模板8具有突出结构的表面上涂覆一层荧光粉层9，该荧光粉层9为荧光粉和胶类均匀混合后的混合物，所述胶类为硅胶或环氧树脂，优选为硅胶。优选的，荧光粉为纳米级荧光粉，可以有效减少荧光粉层9的厚度，抑制光的漫反射的产生，减少光穿透硅胶造成的损失，从而提高LED芯片的亮度和出光效率。
具体地，如图5所示，在步骤S104中，将涂覆好荧光粉层9的模板8垂直压到外延片表面，并对其进行热处理以提高荧光粉层9与外延片的附着力，热处理温度为100~150℃，热处理时间为30~50分钟，待荧光粉层9与外延片表面紧密结合后移除模板8，得到覆盖在外延片表面上均匀平整的荧光粉层9。
特别的，所述模板8具有突出结构的一面在对应外延片电极的区域未涂覆荧光粉层，当模板8垂直压到外延片表面时，所述荧光粉层9未覆盖外延片的电极区域。
优选的，在所述步骤S104之前，还包括在导电层6表面上涂覆一层增粘剂，所述增粘剂为硅烷类偶联剂。其目的在于，可增强外延片与荧光粉层9的粘附力，使得荧光粉层9不易因受热等原因从外延片表面脱离。所述硅烷类偶联剂可为HMDS、KH-560、KH-570或KH-550等型号。
本发明还提供一种LED芯片，该LED芯片的荧光粉层采用上述方法制成。
本发明通过在LED外延片表面（导电层上）压印一层厚度均匀、表面平整的荧光粉层，使得整个LED芯片表面上出射的光经厚度均匀的荧光粉层后所转换的光线几乎是相同的，得到颜色均匀一致的出射白光，改善了白光LED光斑的分布均匀性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (11)
1.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S101、提供一外延片，所述外延片包括衬底，以及在衬底上依序层叠的缓冲层、n型半导体层、发光层、p型半导体层；
S102、在p型半导体层上形成导电层，并在导电层上进行刻蚀形成凹槽；
S103、提供一模板，所述模板的表面设有突出结构，在模板具有突出结构的表面上涂覆一层荧光粉层；
S104、将模板垂直压在导电层上，并进行热处理，然后移除模板。
2.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述步骤S104之前，还包括在导电层表面上涂覆一层增粘剂，所述增粘剂为硅烷类偶联剂。
3.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤S102具体为：
S201、在p型半导体层上形成导电层；
S202、在导电层上涂覆压印胶涂层，然后通过压印得到带有凹槽结构的压印胶涂层；
S203、刻蚀外延片形成凹槽，然后移除压印胶涂层。
4.如权利要求3所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述导电层的凹槽在垂直方向上延伸至p型半导体层。
5.如权利要求4所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述凹槽的深度为50~100nm。
6.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，在所述步骤S102之后，还包括在外延片上制作p型半导体层和n型半导体层的电极。
7.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述导电层为ITO层、掺铝的ZnO或Ni/Au薄膜。
8.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石、SiC或GaN。
9.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述荧光粉层为荧光粉和胶类均匀混合的混合物，所述胶类为环氧树脂或硅胶。
10.如权利要求1所述的一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述热处理温度为100~150℃，热处理时间为30~50分钟。
11.一种LED芯片，其特征在于，所述LED芯片采用如权利要求1~10任一项所述的制造方法制成。
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