CN111900241A - Led外延片分布式布拉格反射镜的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭示了一种LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，所述方法包括：将石英环绕其中心轴以第一方向旋转第一角度，使电子束扫过与旋转第一角度对应的石英环扇形区域，对所述扇形区域进行预处理；将石英环绕其中心轴以与第一方向相反的第二方向旋转第一角度，使电子束再次扫过所述扇形区域，以在LED外延片的背面生长第一折射率的第一DBR层；在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。本发明通过预处理去除石英环表面的杂质，确保生长后形成的第一DBR层与LED外延片的粘附性强，不易脱落。而且通过调整石英环旋转的转速和时间可以精确地控制预处理过程中石英环的蒸发量，以确保石英环不会产生过大的浪费。
Description
技术领域
本发明涉及LED芯片制程，特别涉及一种LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法。
背景技术
LED(Light-Emitting Diode)是发光二极管的简称，其是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光。LED作为一种新型节能、环保固态照明光源，具有能效高、体积小、重量轻、响应速度快以及寿命长等优点，使其在很多领域得到了广泛应用。
LED外延片的背面具有分布式布拉格反射镜(Distribute Bragg Reflection，一般简称DBR)，其具有周期性层叠的超晶格层，由两种不同折射率的材料以ABAB的方式交替排列组成的周期结构。氧化硅是分布式布拉格反射镜中常见的一种材质，其原料是石英。常见的石英形状之一为环形，即采用石英环为原料制备具有氧化硅材质的分布式布拉格反射镜。电子枪加热石英环后通过气相沉积的方式使氧化硅生长在LED外延片的背面生产一层DBR结构。但是，如果石英环上存在杂质，生长后的第一DBR层与LED外延片的结合力差，同时由于杂质的存在使第一DBR层的折射率不符合要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其目的是降低石英环的杂质。
为实现上述发明目的之一，本发明一实施方式提供一种LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，所述方法包括：
将石英环绕其中心轴以第一方向旋转第一角度，使电子束扫过与旋转第一角度对应的石英环扇形区域，对所述扇形区域进行预处理；
将石英环绕其中心轴以与第一方向相反的第二方向旋转第一角度，使电子束再次扫过所述扇形区域，以在LED外延片的背面生长第一折射率的第一DBR层；
在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在“生长第二DBR层”步骤前，所述方法还包括：
对第一DBR层进行粘附性测试。
作为本发明一实施方式的进一步改进，若所述粘附性测试合格，则交替生长第二DBR层和第一DBR层。
作为本发明一实施方式的进一步改进，若所述粘附性测试不合格，则去除第一DBR层后重新预处理石英环和生长第一DBR层。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述去除第一DBR层具体为：
在LED外延片的正面贴附保护膜；
蚀刻第一DBR层；
去除保护膜。
作为本发明一实施方式的进一步改进，第一次预处理石英环时所述石英环的旋转周期为第一周期，时间为第一预处理时间；
所述重新预处理石英环具体为：
将石英环绕其中心轴旋转，使电子束扫过石英环另一扇形区域，对所述另一扇形区域进行预处理，旋转时间为第二预处理时间，旋转周期为第二周期；所述第二周期为所述第一周期加周期变量值，所述第二预处理时间为第一预处理时间加时间变量值。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述第一周期为49.5min/r-60.5min/r，所述第一预处理时间为18s-22s，所述周期变量值为1-2min/r，所述时间变量值为1-5s。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在预处理石英环前抽取真空。
作为本发明一实施方式的进一步改进，在预处理石英环前打磨石英环。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述生长第二DBR层具体为：
使电子束扫过五氧化三钛，以在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：通过电子束加热石英环的扇形区域使扇形区域的表面蒸发，去除石英环扇形区域表面的杂质，确保生长后形成的第一DBR层与LED外延片的粘附性强，不易脱落，而且保证第一DBR层的折射率稳定。
同时，通过旋转石英环，使预处理后的扇形区域与生长第一DBR层的取料区域重合，使石英环的浪费降低。通过调整石英环旋转的转速和时间可以精确地控制预处理过程中石英环的蒸发量，以确保石英环不会产生过大的浪费。
附图说明
图1是本发明一实施方式的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
本发明的一实施方式提供了一种LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，通过所述方法在LED外延片的的背面形成具有第一DBR层和第二DBR层的分布式布拉格反射镜结构。在本发明中，第一DBR层和第二DBR层的数量均为至少一个，且二者数量相同。
所述方法包括：
将石英环绕其中心轴以第一方向旋转第一角度，使电子束扫过与旋转第一角度对应的石英环扇形区域，对所述扇形区域进行预处理；预处理石英环过程中，电子束加热石英环扇形区域的表面，使石英环扇形区域的表面蒸发，去除石英环扇形区域表面的杂质；
将石英环绕其中心轴以与第一方向相反的第二方向旋转第一角度，使电子束再次扫过所述扇形区域，以在LED外延片的背面生长第一折射率的第一DBR层；
在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层，所述生长第二DBR层具体为：
停止电子束对石英环的扫描，使电子束扫过五氧化三钛，以在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。
第一DBR层的材质为氧化硅，第二DBR层的材质为五氧化三钛。不同折射率的一层第一DBR层和一层第二DBR层形成分布式布拉格反射镜结构。
通过预处理石英环，去除石英环表面的杂质，确保生长后形成的第一DBR层与LED外延片的粘附性强，不易脱落，而且保证第一DBR层的折射率稳定。
预处理后的扇形区域与生长第一DBR层的取料区域重合，使石英环的浪费降低。而且电子束功率稳定，通过调整石英环旋转的转速和时间可以精确地控制预处理过程中石英环的蒸发量，以确保石英环不会产生过大的浪费。
需要说明的是，在本发明中，电子束的产生是通过电子枪实现的。电子枪是产生、加速及汇聚高能量密度电子束流的装置，其可以稳定的发出具有一定能量的电子束，电子束加热石英环的扇形区域，使石英环的扇形区域蒸发。稳定的电子束则可以保证石英环预处理过程中蒸发量稳定可控，避免预处理石英环时产生过大的浪费。
在本发明的另一实施方式中，在“生长第二DBR层”步骤前，所述方法还包括：
对第一DBR层进行粘附性测试。
具体地，粘附性测试为：通过测针刮第一DBR层，若测针刮过的区域未从LED外延片脱落，则表示粘附性测试合格；若测针刮过的区域从LED外延片脱落，则表示粘附性测试不合格。
优选地，若所述粘附性测试合格，则交替生长第二DBR层和第一DBR层，以在LED外延片的背面形成交替分布的多层第二DBR层和第一DBR层，形成具有多层第一DBR层和第二DBR层的分布式布拉格反射镜，且第一DBR层和第二DBR层交替式分布。
在本发明的另一实施方式中，再次生长第一DBR层前需要对石英环的另一扇形区域进行预处理。通过粘附性测试表明石英环的旋转速度和预处理时间可以完全去除石英环的杂质，因此之后每次预处理石英环时石英环的旋转速度和预处理时间均相同。
优选地，若所述粘附性测试不合格，表面预处理过程中杂质去除不完全，则去除第一DBR层后重新预处理石英环和生长第一DBR层。
优选地，所述去除第一DBR层具体为：
在LED外延片的正面贴附保护膜；
蚀刻第一DBR层；
去除保护膜。
保护膜的作用是保护LED外延片的正面，防止蚀刻第一DBR层时药剂损坏LED外延片的正面。保护膜可以通过镀膜的方式镀在LED外延片的正面。去除保护膜可以通过药剂的方式去除。
优选地，第一次预处理石英环时所述石英环的旋转周期为第一周期，时间为第一预处理时间；
所述重新预处理石英环具体为：
将石英环绕其中心轴旋转，使电子束扫过石英环另一扇形区域，对所述另一扇形区域进行预处理，旋转时间为第二预处理时间，旋转周期为第二周期；所述第二周期为所述第一周期加周期变量值，所述第二预处理时间为第一预处理时间加时间变量值。
发明人在长期的工作中发现，通过电子束预处理石英环时，通过调整预处理时间和旋转周期，可以调整石英环在预处理过程中蒸发的量。粘附性测试不合格，表明石英环的杂质去除不完全，此时需要通过在第一周期上加周期变量值，在第一预处理时间上加时间变量值，以提高石英环表面的蒸发量，去除石英环表面的杂质。另外，在本发明中，周期的单位是min/r，其是转速的倒数。
优选地，所述第一周期为49.5min/r-60.5min/r，所述第一预处理时间为18s-22s。若第一周期低于49.5min/r，表面的杂质去除不完整；若高于60.5min/r，容易使石英环浪费太多。所述周期变量值为1-2min/r，所述时间变量值为1-5s。
优选地，在预处理石英环前抽取真空，抽取真空的目的是便于预处理石英环和生长第一DBR层、第二DBR层时原料可以有效转化为蒸汽。
优选地，在预处理石英环前打磨石英环，以预先去除石英环表面部分杂质，降低预处理石英环的压力，减少粘附性测试不合格情况的发生率。打磨石英环，可以使用人力，也可以使用打磨机。
综上所述，如图1所示，本发明的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，包括：
S1、提供一LED外延片、石英环、五氧化三钛；
S2、打磨石英环：
S3、抽取真空；
S4、预处理石英环：将石英环绕其中心轴以第一方向旋转第一角度，使电子束扫过与旋转第一角度对应的石英环扇形区域，对所述扇形区域进行预处理，其中，所述石英环的旋转时间为第一预处理时间，旋转周期为第一周期；
S5、生长第一DBR层：将石英环绕其中心轴以与第一方向相反的第二方向旋转第一角度，使电子束再次扫过所述扇形区域，以在LED外延片的背面生长第一折射率的第一DBR层，其中第一DBR层的材质为二氧化硅；
S6、粘附性测试：通过测针刮第一DBR层，若测针刮过的区域未从LED外延片脱落，表明粘附性测试合格；若测针刮过的区域从LED外延片脱落，表明粘附性测试不合格；
S61、粘附性测试合格，则交替生长第二DBR层和第一DBR层，形成分布式布拉格反射镜结构；其中生长第二DBR层具体为：停止电子束对石英环的扫描，使电子束扫过五氧化三钛，以在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层；
S62、粘附性测试不合格，则：
S621、去除第一DBR层：在LED外延片的正面贴附保护膜，蚀刻第一DBR层，去除保护膜；
S622、重新预处理石英环：将石英环绕其中心轴旋转，使电子束扫过石英环另一扇形区域，对所述另一扇形区域进行预处理，旋转时间为第二预处理时间，旋转周期为第二周期；所述第二周期为所述第一周期加周期变量值，所述第二预处理时间为第一预处理时间加时间变量值；其中，所述第一周期为49.5min/r-60.5min/r，所述第一预处理时间为18s-22s，所述周期变量值为1-2min/r，所述时间变量值为1-5s；
S623、重新生长第一DBR层：将石英环绕其中心轴以旋转，使电子束再次扫过所述另一扇形区域，以在LED外延片的背面生长第一折射率的第一DBR层；
S624：则交替生长第二DBR层和第一DBR层，形成分布式布拉格反射镜结构；其中生长第二DBR层具体为：停止电子束对石英环的扫描，使电子束扫过五氧化三钛，以在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。
可以理解的是，本发明还可以在重新生长第一DBR层后进行粘附性测试，以确保重新生长后的第一DBR层与LED外延片结合牢固。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
将石英环绕其中心轴以第一方向旋转第一角度，使电子束扫过与旋转第一角度对应的石英环扇形区域，对所述扇形区域进行预处理；
将石英环绕其中心轴以与第一方向相反的第二方向旋转第一角度，使电子束再次扫过所述扇形区域，以在LED外延片的背面生长第一折射率的第一DBR层；
在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。
2.根据权利要求1所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，在“生长第二DBR层”步骤前，所述方法还包括：
对第一DBR层进行粘附性测试。
3.根据权利要求2所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，若所述粘附性测试合格，则交替生长第二DBR层和第一DBR层。
4.根据权利要求2所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，若所述粘附性测试不合格，则去除第一DBR层后重新预处理石英环和生长第一DBR层。
5.根据权利要求4所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述去除第一DBR层具体为：
在LED外延片的正面贴附保护膜；
蚀刻第一DBR层；
去除保护膜。
6.根据权利要求4所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，第一次预处理石英环时所述石英环的旋转周期为第一周期，时间为第一预处理时间；
所述重新预处理石英环具体为：
将石英环绕其中心轴旋转，使电子束扫过石英环另一扇形区域，对所述另一扇形区域进行预处理，旋转时间为第二预处理时间，旋转周期为第二周期；所述第二周期为所述第一周期加周期变量值，所述第二预处理时间为第一预处理时间加时间变量值。
7.根据权利要求6所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述第一周期为49.5min/r-60.5min/r，所述第一预处理时间为18s-22s，所述周期变量值为1-2min/r，所述时间变量值为1-5s。
8.根据权利要求1所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，在预处理石英环前抽取真空。
9.根据权利要求1所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，在预处理石英环前打磨石英环。
10.根据权利要求1所述的LED外延片分布式布拉格反射镜的制备方法，其特征在于，所述生长第二DBR层具体为：
使电子束扫过五氧化三钛，以在所述第一DBR层上生长第二折射率的第二DBR层。
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