專(zhuān)利名稱(chēng)：一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種特殊外形結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，具體的說(shuō)涉及到一種側(cè)面 傾斜的發(fā)光二極管芯片及其制備方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管是一種能高效率的將電能轉(zhuǎn)化為光能的發(fā)光器件，是目前最有前 景的新一代光源。發(fā)光二極管一般利用通過(guò)直接帶隙半導(dǎo)體的本征躍遷發(fā)光，具 有很高的光電轉(zhuǎn)換效率，即很高的內(nèi)量子效應(yīng)。但是這些半導(dǎo)體的折射率一般為 2~3.5。相對(duì)與空氣的折射率近似為1，光線從這些半導(dǎo)體中射向空氣的時(shí)候只有 很小的出光范圍，其它角度的出光都被全反射回來(lái)，見(jiàn)附圖一。光在半導(dǎo)體中傳 播會(huì)損耗一些能量，能量最終轉(zhuǎn)換為熱量。傳統(tǒng)發(fā)光二極管的外形結(jié)構(gòu)為上表面 和底面與發(fā)光功能層平行，側(cè)面與發(fā)光功能層垂直，見(jiàn)附圖二。在這樣的外形結(jié) 構(gòu)下，光在器件內(nèi)會(huì)經(jīng)過(guò)多次的全反射而不能折射到外界，最后消耗完能量。這 樣發(fā)光二極管的出光效率很低。出光效率低，則存在大量不能射出的光，其能量 在器件內(nèi)損耗，損耗的能量轉(zhuǎn)化為熱，大量的熱量在發(fā)光二極管芯片中積累會(huì)使 芯片的溫度升高，降低內(nèi)量子效應(yīng)，在芯片中產(chǎn)生熱應(yīng)力，加速芯片及封裝結(jié)構(gòu) 老化等等問(wèn)題。在利用傾斜側(cè)面提高出光效率的技術(shù)中，最著名的是CREE公 司在紅黃光LED中采用的倒金字塔形狀的芯片，通過(guò)整個(gè)外延層和襯底的側(cè)面 傾斜，提升了出光效率。但是，該方案要實(shí)現(xiàn)需要極嚴(yán)格的工藝條件，生產(chǎn)成本 極高。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是針對(duì)現(xiàn)有發(fā)光二極管芯片出光效率低，并改善由此引發(fā)的 其他問(wèn)題，提供一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片及其制備方法，將發(fā)光二極管的 側(cè)面(即不與發(fā)光功能層平行的面)做成與發(fā)光功能層傾斜的面的發(fā)光二極管， 能提高發(fā)光二極管芯片的出光效率。本發(fā)明能用相對(duì)低廉的成本達(dá)到提高出光效 率的目的，同時(shí)本發(fā)明工藝還對(duì)改善芯片應(yīng)力，改善減薄、劃片、裂片效果有好
3處。
本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，包括襯底及層疊于 襯底之上的外延層，該外延層依次包含緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層； P型層上鍍有透明導(dǎo)電層，P型層上設(shè)置有P電極，N型層上設(shè)置有N電極；芯 片表面除P、 N電極以外的表面生長(zhǎng)有鈍化層；其特征在于其外延層的側(cè)面為 傾斜面。
如上所述的側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，其特征在于外延層的側(cè)面傾斜的 角度大于0° ，而小于或等于70。。
如上所述的側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，其特征在于外延層的組分為氮化 鎵、氧化鋅或是碳化硅。
如上所述的側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，其特征在于芯片的尺寸外觀是任 意的，對(duì)其俯視平面結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)方形、正方形、圓形或不規(guī)則多邊形。
一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片的制備方法，首先在襯底上生長(zhǎng)外延層，其 中外延層包括緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層；刻蝕出N型層區(qū)域，在P 型區(qū)域鍍上透明導(dǎo)電層，并在N、 P區(qū)域分別蒸鍍金屬N、 P電極，在整個(gè)芯片 上制備鈍化層；其特征在于通過(guò)鈍化層的保護(hù)，對(duì)外延進(jìn)行刻蝕，控制向兩側(cè) 刻蝕的速度，形成傾斜的刻蝕側(cè)面；對(duì)芯片進(jìn)行減薄、劃片、裂片、測(cè)試和分選。
本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片與傳統(tǒng)垂直外延側(cè) 面的發(fā)光二極管芯片相比，本發(fā)明傾斜的側(cè)面讓每一個(gè)出光面的可出光角度范圍 擴(kuò)大，空間出光面積擴(kuò)大，從而提高了出光效率。
本發(fā)明提出了一種發(fā)光二極管的制作工藝，在傳統(tǒng)工藝的條件下增加了對(duì)外 延的刻蝕。通過(guò)對(duì)外延刻蝕的控制，制作出一定傾斜角度的側(cè)面來(lái)。在工藝復(fù)雜 度沒(méi)有大的升高，工藝成本也沒(méi)有大的升高的條件下很大幅度的提高了出光效 率。同時(shí)，本發(fā)明中對(duì)外延層的處理有助于減少芯片內(nèi)的應(yīng)力，減少芯片在加工
過(guò)程中的彎曲變形，有利于改善減薄、劃片、裂片效果。
本發(fā)明在傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上增加了外延的刻蝕，通過(guò)控制刻蝕面的傾斜角 度，達(dá)到提高出光的目的。被刻蝕出來(lái)的側(cè)面的傾斜角度決定該方法提高出光的 實(shí)際效果，在某個(gè)恰當(dāng)?shù)慕嵌认鲁龉饴实奶嵘_(dá)到最大。這一角度的大小是與芯 片的尺寸、采用材料的折射率、光在這些材料中的損耗率等因素有關(guān)的。在芯片尺寸、折射率、光損耗率等條件一定的情況下，某一個(gè)傾斜角度下能給出光效率 產(chǎn)生最大的增幅。


圖l:傳統(tǒng)發(fā)光二極管的出光范圍示意圖。 圖2:垂直側(cè)面時(shí)光在界面間的反射示意圖。 圖3:傾斜側(cè)面時(shí)光在界面間的反射示意圖。 圖4:傾斜側(cè)面時(shí)每個(gè)面的出光范圍示意圖。 圖5:本發(fā)明實(shí)施例成品發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖6:本發(fā)明實(shí)施例外延腐蝕形成傾斜側(cè)面的發(fā)光二極管工藝步驟示意圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步的說(shuō)明。
圖i中標(biāo)記的說(shuō)明e-全反射臨界角。
圖2中標(biāo)記的說(shuō)明S-光線從器件中向空氣中射出時(shí)的入射角。 圖3中標(biāo)記的說(shuō)明a-側(cè)面傾斜的角度，P-光線在器件一空氣界面間反射的 入射角或反射角，Y-光線在器件一空氣界面間反射的入射角或反射角。
圖5中標(biāo)記的說(shuō)明l-襯底，2-緩沖層，3-n型層，4-多量子阱層，5-p型層， 6-透明導(dǎo)電層，7-鈍化層，8-N電極，9-P電極。
圖6中標(biāo)記的說(shuō)明A-沉積完鈍化層的芯片，B-完成鈍化層刻蝕的芯片， C-完成外延刻蝕的芯片，D-完成鈍化層刻蝕的芯片。
由于發(fā)光二極管芯片的襯底材料和外延材料的折射率與空氣存在較大的差 別，光線從芯片的內(nèi)部傳到空氣中時(shí)，只有一定的角度范圍內(nèi)的光線可以折射出 去，大于此角度范圍的光線會(huì)被全反射回來(lái)。定義能折射出光線的范圍的邊界位 置光線與芯片表面的角度e為全反射臨界角，見(jiàn)附圖l。由于傳統(tǒng)發(fā)光二極管的 上表面、底面與側(cè)面是垂直的，根據(jù)光反射的幾何特性，經(jīng)光線平行面反射后的 入射角度是不變的；經(jīng)垂直面，再經(jīng)平行面反射的光線入射角度是不變。這樣， 就有很多入射角度超過(guò)全反射臨界角e (光線從器件中向空氣中射出時(shí)的全反射 臨界角為e)的光線會(huì)經(jīng)過(guò)多次的全反射而不能穿過(guò)界面射到空氣中去，見(jiàn)附圖2。而光在介質(zhì)中傳播是要損耗能量的，光在多次的全反射后會(huì)耗盡能量。這些 消耗的能量最終轉(zhuǎn)化為熱量讓器件升溫。如果把所有側(cè)面方向由垂直改成有一定 角度a的傾斜，那么光線在經(jīng)過(guò)傾斜側(cè)面反射，再回到平行面，入射角度會(huì)發(fā)生 一定的變化，這樣在原光線角度恰當(dāng)?shù)那闆r下，經(jīng)傾斜側(cè)面反射回來(lái)的光線可能 有小于全反射臨界角e的入射角，這樣光線就可以穿過(guò)界面射到空氣中去，見(jiàn)附 圖3。從總體效果來(lái)說(shuō)，傾斜的側(cè)面讓每一個(gè)出光面的可出光角度范圍擴(kuò)大了一 倍，空間出光面積擴(kuò)大了不止一倍，見(jiàn)附圖4。這樣，總體的出光效率可以有一 倍以上的提升。由于實(shí)際芯片存在光傳輸損耗，芯片尺寸有限定等問(wèn)題，實(shí)際的 出光效率提升存在一定的限制，但出光效率有較大幅度的提升是肯定的。
基于以上理論的構(gòu)想，如圖5所示，本發(fā)明實(shí)施例側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯 片，包括襯底1及層疊于襯底1之上的外延層，該外延層依次包含緩沖層2、 N 型層3、多量子阱層4和P型層5， P型層5上鍍有透明導(dǎo)電層6， P型層5上設(shè) 置有P電極9， N型層3上設(shè)置有N電極8;芯片表面除P、 N電極9、 8以外的 表面生長(zhǎng)有鈍化層7;外延層的側(cè)面為傾斜面，其傾斜的角度在0。到70°之間 變化，其外延層的組分為氮化鎵、氧化鋅或是碳化硅。
本發(fā)明實(shí)施例芯片尺寸外觀是任意的，對(duì)其俯視平面結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)方形、正方形、 圓形或是其他形狀。
本發(fā)明實(shí)施例側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片的制備方法如下-
1、 在襯底l上外延依次生長(zhǎng)緩沖層2、N型層3、多量子阱層4和P型層5。
2、 進(jìn)行隔離光刻、干法蝕刻形成N型層區(qū)域。
3、 蒸鍍透明導(dǎo)電層6，合金。光刻，刻蝕出透明導(dǎo)電層6的范圍。
4、 制作N電極8、 P電極9。光刻、蒸鍍壓焊點(diǎn)金屬層、電極剝離。
5、 在整個(gè)芯片上制作鈍化層7。
6、 光刻，刻蝕鈍化層7。使要被下一步刻蝕的外延層材料外露出來(lái)。
7、 用化學(xué)腐蝕和干法刻蝕相結(jié)合的方法對(duì)外延層進(jìn)行刻蝕，通過(guò)速率，溫 度，刻蝕氣體組分等方面對(duì)刻蝕側(cè)面的角度進(jìn)行控制，從而形成傾斜的 刻蝕外延側(cè)面。
8、 光刻，刻蝕鈍化層7，使電極焊點(diǎn)外露出來(lái)。
9、 將晶片進(jìn)行減薄、劃片、裂片、測(cè)試、分選。
6實(shí)施例以藍(lán)寶石為襯底l的氮化鎵基發(fā)光二極管為例。
在藍(lán)寶石襯底1上外延生長(zhǎng)緩沖層2、氮化鎵N型層3、多量子阱層4和氮 化鎵P型層5。進(jìn)行隔離光刻、干法蝕刻形成N型氮化鎵臺(tái)面；蒸鍍鎳/金透明
導(dǎo)電層6 (其中鎳層厚度為10~50A，金層厚度為30 100A);制作N電極8;制 作P電極9;蒸發(fā)二氧化硅鈍化層7。以下步驟見(jiàn)圖6，在二氧化硅鈍化層7上 光刻、刻蝕出圖形窗口；用熔融磷酸和ICP干法刻蝕配合使用在圖形窗口位置刻
蝕外延部分，通過(guò)溫度、光線、時(shí)間、刻蝕氣體組分、刻蝕功率等條件控制刻蝕
的側(cè)蝕效果，從而形成一定角度的外延傾斜側(cè)面。再次光刻、干法刻蝕，使N、 P電極8、 9外露出鈍化層7。對(duì)芯片進(jìn)行減薄、研磨、劃片、裂片、測(cè)試、分選。
權(quán)利要求
1、一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，包括襯底及層疊于襯底之上的外延層，該外延層依次包含緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層，P型層上鍍有透明導(dǎo)電層，P型層上設(shè)置有P電極，N型層上設(shè)置有N電極；芯片表面除P、N電極以外的表面生長(zhǎng)有鈍化層；其特征在于其外延層的側(cè)面為傾斜面。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，其特征在于外延 層的側(cè)面傾斜的角度大于0° ，而小于或等于70。。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，其特征在于外延 層的組分為氮化鎵、氧化鋅或是碳化硅。
4、 根據(jù)權(quán)利要求l所述的側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片，其特征在于芯片 的尺寸外觀是任意的，對(duì)其俯視平面結(jié)構(gòu)是長(zhǎng)方形、正方形、圓形或不規(guī)則多邊 形。
5、 一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片的制備方法，首先在襯底上生長(zhǎng)外延層， 其中外延層包括緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層；刻蝕出N型層區(qū)域， 在P型區(qū)域鍍上透明導(dǎo)電層，并在N、 P區(qū)域分別蒸鍍金屬N、 P電極，在整個(gè)芯片上制備鈍化層；其特征在于通過(guò)鈍化層的保護(hù)，對(duì)外延進(jìn)行刻蝕，控制向 兩側(cè)刻蝕的速度，形成傾斜的刻蝕側(cè)面；對(duì)芯片進(jìn)行減薄、劃片、裂片、測(cè)試和分選。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種側(cè)面傾斜的發(fā)光二極管芯片及其制備方法，該芯片外延層的側(cè)面具有一定的傾斜角度，能提高發(fā)光二極管芯片的出光效率；制備方法是首先在襯底上生長(zhǎng)外延層，其中外延層包括緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層；刻蝕出N型層區(qū)域，在P型區(qū)域鍍上透明導(dǎo)電層，并在N、P區(qū)域分別蒸鍍金屬電極，在整個(gè)芯片上制備鈍化層；通過(guò)鈍化層的保護(hù)，對(duì)外延進(jìn)行刻蝕，控制向兩側(cè)刻蝕的速度，形成一定角度傾斜的刻蝕側(cè)面；對(duì)芯片進(jìn)行減薄、劃片、裂片、測(cè)試和分選。本發(fā)明工藝簡(jiǎn)單，成本較低；同時(shí)，本發(fā)明中對(duì)外延層的處理有助于減少芯片內(nèi)的應(yīng)力，減少芯片在加工過(guò)程中的彎曲變形，有利于改善減薄、劃片和裂片效果。
文檔編號(hào)H01L33/00GK101604718SQ20091006297
公開(kāi)日2009年12月16日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月3日
發(fā)明者張建寶, 羅紅波 申請(qǐng)人:武漢華燦光電有限公司