專利名稱：一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，尤其是涉及一種具有隱形切割和側(cè)壁蝕刻相結(jié)合的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法。
背景技術(shù)：
目前，適合商用的藍(lán)綠光LED都是基于GaN的III-V族化合物半導(dǎo)體材料。由于GaN基LED外延片的P-GaN層空穴濃度小，且P-GaN層厚度較薄，絕大部分發(fā)光時(shí)從P-GaN層透出。而P-GaN層不可避免地對(duì)光有吸收作用，導(dǎo)致LED芯片外量子效率不高，大大降低了 LED的發(fā)光效率。采用氧化銦錫層作為電流擴(kuò)展層的透射率較高，但導(dǎo)致LED電壓要高一些，壽命也受到影響。另外，在外加電壓下，由于存在電流擴(kuò)散不均勻，一些區(qū)域電流密度很大，影響LED壽命?？傊?，在外部量子效率方面，現(xiàn)有GaN基LED還是顯得不足，一方面與 電流非均勻分布有關(guān)，另一方面則是與當(dāng)光發(fā)射至電極會(huì)被電極本身所吸收有關(guān)。為此，改善LED發(fā)光效率的研究較為活躍，主要技術(shù)有采用表面(界面)粗化技術(shù)、生長布布拉格反射(DBR)結(jié)構(gòu)、透明襯底技術(shù)、襯底剝離技術(shù)、倒裝芯片技術(shù)以及異形芯片技術(shù)。其中表面(界面)粗化是較為簡單有效的方式之一，諸如圖形化襯底、外延表面粗化、透明導(dǎo)電層粗化、光子晶體等針對(duì)出光面或者襯底的粗化技術(shù)已經(jīng)被廣泛采用并獲得明顯效果。目前，C-Plane (晶面(0001))藍(lán)寶石基板是普遍使用的藍(lán)寶石基板，采用濕法蝕刻工藝對(duì)藍(lán)寶石基板或外延層的側(cè)壁進(jìn)行粗化界面并改變發(fā)光二極管外形尺寸是常用手段。但是，在LED激光正劃之后做側(cè)壁濕法腐蝕過程中，往往會(huì)出現(xiàn)由于LED的平行于藍(lán)寶石平邊方向(晶向[10-10]或[-1010])的側(cè)壁較垂直于平邊方向(晶向[1-210]或[-12-10])的腐蝕速度不一樣，導(dǎo)致腐蝕工藝時(shí)間、溫度控制很難把握，如腐蝕時(shí)間較短或溫度較低，容易發(fā)生平行于平邊方向的側(cè)壁往往腐蝕不夠的現(xiàn)象，激光正劃后留下的燒痕、碎屑等副產(chǎn)物不易清洗干凈，進(jìn)而影響出光效率、降低漏電不良率；如腐蝕時(shí)間較長或溫度較高，容易出現(xiàn)垂直于平邊方向的側(cè)壁往往腐蝕過頭，影響工藝控制的穩(wěn)定性。申請(qǐng)?zhí)枮?00810042186. I的中國專利公開了一種發(fā)光二極管芯片制造方法，在做芯片的常規(guī)工藝之前，采用掩膜技術(shù)，用激光劃片技術(shù)、ICP技術(shù)或RIE技術(shù)對(duì)芯片的走道刻蝕至藍(lán)寶石襯底或刻入藍(lán)寶石襯底5 50微米，再用磷酸(溫度為100-220度)、熔融的KOH或加熱的濃KOH溶液對(duì)芯片的側(cè)壁和暴露在側(cè)壁的N-GaN進(jìn)行濕法腐蝕，使芯片形成傾斜角小于90度的側(cè)壁或使芯片側(cè)壁底部與藍(lán)寶石襯底部分脫離，形成側(cè)壁向內(nèi)懸空3 40微米，采用SC-2溶液和有機(jī)溶液清洗外延片，再進(jìn)行ICP或RIE刻蝕至N-GaN，最后做常規(guī)工藝。但是，該發(fā)明對(duì)發(fā)光二極管芯片不管是平行于平邊方向的側(cè)壁，還是垂直于平邊方向的側(cè)壁均采用激光劃片技術(shù)后做腐蝕，容易出現(xiàn)發(fā)光二極管芯片平行于平邊方向的側(cè)壁清洗不干凈，影響取光效率、漏電不良率和劈裂良率。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種采用隱形切割和側(cè)壁蝕刻技術(shù)相結(jié)合制作高亮度發(fā)光二極管的方法。本發(fā)明可以充分發(fā)揮隱形切割和側(cè)壁蝕刻技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，有效地增加發(fā)光二極管的側(cè)壁出光，提升出光效率，降低漏電不良率，提高劈裂良率。一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于制作步驟如下
(1)提供藍(lán)寶石襯底，在其上生長發(fā)光外延層；
(2)在所述外延層上生長保護(hù)層，構(gòu)成LED晶片；
(3)在所述晶片正面垂直于平邊的方向上形成縱向溝道，使得LED晶片暴露出縱向側(cè)
壁； (4)在與所述縱向溝道相交的方向上，采用隱形切割從正面穿透劃出橫向溝道，使得LED橫向側(cè)壁獲得一系列不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)；
(5)采用濕法蝕刻對(duì)上述縱向側(cè)壁和橫向側(cè)壁進(jìn)行腐蝕，使得LED晶片縱向側(cè)壁獲得一系列貫通的孔洞結(jié)構(gòu)，由于溶液的流動(dòng)貫穿作用，所述橫向側(cè)壁不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)腐蝕后呈貫通的孔洞結(jié)構(gòu)；
(6)去除保護(hù)層；
(7)在外延層表面上制作透明導(dǎo)電層及P、N電極；
(8)經(jīng)過研磨、劈裂工藝，得多個(gè)發(fā)光二極管芯粒。本發(fā)明的創(chuàng)新之處在于結(jié)合隱形切割和側(cè)壁蝕刻技術(shù)制作高亮度發(fā)光二極管。由于常規(guī)工藝采用激光正劃，會(huì)產(chǎn)生燒痕等副產(chǎn)物，而在平行于平邊方向上側(cè)壁難以徹底清洗干凈現(xiàn)象尤為嚴(yán)重，所以本發(fā)明采用具有全干燥處理特點(diǎn)的隱形切割替換，可以減少副產(chǎn)物的產(chǎn)生，有利于獲得干凈的側(cè)壁表面，避免或減少發(fā)光層發(fā)出的光線為副產(chǎn)物所吸收，進(jìn)一步地，還可以形成周期性不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)。更進(jìn)一步地，在通過酸性溶液或堿性溶液對(duì)縱向側(cè)壁腐蝕的同時(shí)，溶液從縱向溝道往橫向溝道流動(dòng)，使得橫向側(cè)壁周期性不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)被蝕刻后擴(kuò)大并貫通相連，進(jìn)而獲得縱、橫側(cè)壁均具有貫穿的周期性分布孔洞結(jié)構(gòu)，這樣有利于側(cè)壁出光，可以更大程度上提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率、降低漏電不良率、提高劈裂良率。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述發(fā)光外延層包括N-GaN層、發(fā)光層和P-GaN層。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述藍(lán)寶石襯底為圖形化襯底。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述保護(hù)層材料為SiO2或SiNx或TiO2或前述的任意組合
之一 O根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述縱向溝道的深度大于橫向溝道的深度。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述縱向溝道的深度為5 50微米。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述橫向溝道的深度為5 20微米。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，步驟5)中采用磷酸和硫酸混合溶液濕法腐蝕縱向側(cè)壁和橫向側(cè)壁。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述磷酸和硫酸混合溶液的溫度大于或者等于100°C。根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述濕法蝕刻采用氫氧化鉀或者氫氧化鈉或者氨水堿性溶液或者前述的任意組合之一。根根據(jù)本發(fā)明，優(yōu)選的是，所述濕法蝕刻的時(shí)間是5 20分鐘。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于它有效地利用了隱形切割和側(cè)壁蝕刻的優(yōu)勢(shì)，增加了發(fā)光二極管側(cè)壁的出光效率，同時(shí)克服了激光正劃工藝對(duì)GaN芯片橫向側(cè)壁留下的燒痕、碎屑等副產(chǎn)物腐蝕清洗困難的問題，進(jìn)一步地，發(fā)光二極管縱、橫側(cè)壁均獲得貫穿的周期性分布孔洞結(jié)構(gòu)，更大程度地提升了芯片的發(fā)光亮度、提高發(fā)光二極管良率。
附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。圖f 11是本發(fā)明實(shí)施例制備側(cè)壁具有貫穿孔洞的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的流程不意劑面圖。圖中各標(biāo)號(hào)表不101:圖形化藍(lán)寶石襯底
102=N-GaN 層
103:發(fā)光層 104=P-GaN 層
105:保護(hù)層
106:縱向溝道
107:橫向溝道
108:橫向側(cè)壁孔洞
109:縱向側(cè)壁孔洞
110:透明導(dǎo)電層
111=P電極
112N電極。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的描述。一種氮化鎵發(fā)光二極管的制作方法，其制作步驟包括
如圖I所示，在圖形化藍(lán)寶石襯底101上采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)依次外延生長=N-GaN層102、發(fā)光層103和P-GaN層104，外延層厚度為10微米。如圖2所示，在外延層表面，即P-GaN層104表面上生長SiO2保護(hù)層105，構(gòu)成LED晶片，其中SiO2保護(hù)層的厚度為230納米，用于濕法腐蝕時(shí)保護(hù)外延層表面。由于腐蝕時(shí)條件較為嚴(yán)酷，SiO2要保證會(huì)有比較好的粘附性和致密性，所以該層SiO2成膜條件需要較高溫度(300°C)以保證有較好的成膜質(zhì)量。如圖3和4所示，在LED晶片上垂直于平邊的方向上，即B軸方向上，采用激光從LED晶片正面往下劃出縱向溝道106，使得LED晶片暴露出縱向側(cè)壁，縱向溝道的深度為30微米。如圖3和5所示，在LED晶片上平行于平邊的方向上，即A軸方向上，采用隱形切割從正面穿透劃出橫向溝道107，由于隱形切割是將半透明的激光束聚焦在縱向側(cè)壁內(nèi)部，所以使得LED橫向側(cè)壁獲得周期性不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)108，橫向溝道的深度為8微米。
如圖6和7所示，采用濕法蝕刻工藝，對(duì)LED晶片的縱向側(cè)壁和橫向側(cè)壁進(jìn)行，蝕刻溶液選用250°C的硫酸和磷酸(比例為3 :2)，腐蝕時(shí)間為12分鐘，使得外延層縱向側(cè)壁獲得周期性貫通的孔洞結(jié)構(gòu)109，由于腐蝕溶液從縱向溝道106往橫向溝道107流動(dòng)貫穿作用，橫向側(cè)壁周期性不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)腐蝕后會(huì)呈周期性貫通的孔洞結(jié)構(gòu)108。如圖8所示，去除SiO2保護(hù)層105后，清洗LED晶片。如圖9所示，在外延層表面，即P-GaN層104上制作ITO透明導(dǎo)電層110。如圖10和11所示，通過光罩、蝕刻工藝，分布在在ITO透明導(dǎo)電層110和暴露的N-GaN層102上制作P和N電極；經(jīng)過研磨、劈裂工藝，得發(fā)光二極管芯粒，其中圖10是發(fā)光二極管芯粒的正面剖視圖，圖11是發(fā)光二極管芯粒的側(cè)面剖視圖。完成上述步驟后，即可獲得如圖10和11所示的側(cè)壁具有貫穿孔洞的氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管，相比于僅采用隱形切割或者側(cè)壁腐蝕的發(fā)光芯片，由于綜合了兩者的優(yōu) 勢(shì)，并取得了更為突出的技術(shù)效果，即發(fā)光芯片的取光效率得到更進(jìn)一步提升，產(chǎn)品良率也大有改善。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實(shí)施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，本發(fā)明的范圍不限于該實(shí)施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于制作步驟如下 提供生長襯底，在其上生長發(fā)光外延層； 在所述外延層上生長保護(hù)層，構(gòu)成LED晶片； 在所述晶片正面垂直于襯底平邊的方向上形成縱向溝道，使得LED晶片暴露出縱向側(cè)壁； 在與所述縱向溝道相交的方向上，采用隱形切割從正面穿透劃出橫向溝道，使得LE D橫向側(cè)壁獲得一系列不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)； 采用濕法蝕刻對(duì)上述縱向側(cè)壁和橫向側(cè)壁進(jìn)行腐蝕，使得LED晶片縱向側(cè)壁獲得一系 列貫通的孔洞結(jié)構(gòu)，由于溶液的流動(dòng)貫穿作用，所述橫向側(cè)壁不貫通的孔洞結(jié)構(gòu)腐蝕后呈貫通的孔洞結(jié)構(gòu)； 去除保護(hù)層； 在外延層表面上制作透明導(dǎo)電層及P、N電極； 經(jīng)過研磨、劈裂工藝，得多個(gè)發(fā)光二極管芯粒。
2.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述生長襯底為圖形化藍(lán)寶石襯底。
3.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述保護(hù)層材料為SiO2或SiNx或TiO2或前述的任意組合之一。
4.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述縱向溝道的深度大于橫向溝道的深度。
5.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述縱向溝道的深度為5 50微米。
6.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述橫向溝道的深度為5 20微米。
7.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于步驟5)中采用磷酸和硫酸混合溶液濕法腐蝕縱向側(cè)壁和橫向側(cè)壁。
8.根據(jù)權(quán)利6所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述磷酸和硫酸混合溶液的溫度大于或者等于ioo°c。
9.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述濕法蝕刻采用氫氧化鉀或者氫氧化鈉或者氨水堿性溶液或者前述的任意組合之一。
10.根據(jù)權(quán)利I所述的一種氮化鎵基高亮度發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于所述濕法蝕刻的時(shí)間是5 20分鐘。
全文摘要
本發(fā)明提供一種采用隱形切割和側(cè)壁蝕刻技術(shù)相結(jié)合制作高亮度發(fā)光二極管的方法。本發(fā)明有效地利用隱形切割和側(cè)壁蝕刻的優(yōu)勢(shì)，克服了激光正劃工藝對(duì)GaN芯片橫向側(cè)壁留下的燒痕等副產(chǎn)物腐蝕清洗困難的問題，增加發(fā)光二極管側(cè)壁的出光效率，進(jìn)一步地，發(fā)光二極管縱、橫側(cè)壁均獲得貫穿的周期性分布孔洞結(jié)構(gòu)，更大程度地提升了芯片的發(fā)光亮度、降低漏電不良率、提高劈裂良率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102832303SQ20121032497
公開日2012年12月19日 申請(qǐng)日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
發(fā)明者鄭建森, 林素慧, 彭康偉, 洪靈愿 申請(qǐng)人:安徽三安光電有限公司