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CN106848029A - 一种高亮发光二极管的芯片及其制作方法 - Google Patents

一种高亮发光二极管的芯片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高亮发光二极管的芯片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述制作方法包括：在衬底上依次形成外延层和透明导电薄膜，外延层包括依次层叠的缓冲层、N型层、发光层、P型层；在P型层、凹槽的侧壁和部分N型层上形成介质层；在介质层的保护下刻蚀外延层，形成延伸至衬底的划片道；通过划片道对外延层进行腐蚀，使外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角；去除介质层，在外延层的侧面形成高反射层，高反射层采用反射率高于设定值且与N型层形成欧姆接触的金属材料；在透明导电薄膜上设置P型电极，在N型层上设置N型电极；裂片得到若干相互独立的发光二极管芯片。本发明有利于电子扩展，降低芯片的正向电压，提高发光效率。

Description

一种高亮发光二极管的芯片及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种高亮发光二极管的芯片及其制作方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称LED)是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小的特点，被广泛地应用于显示屏、背光源和照明领域。
传统LED芯片的制作方法包括：在衬底上生长缓冲层、N型层、发光层、P型层；在P型层上形成延伸至N型层的凹槽；在P型层上形成透明导电薄膜；在透明导电薄膜上形成P型电极，在N型层上形成N型电极；裂片得到若干相互独立的LED芯片。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
划裂前各芯片的N型层连成一片，有利于电子扩展，划裂后各芯片分开，电子扩展效果降低，导致LED芯片在划裂前后的正向电压(VF)差异较大，划裂后的VF比划裂前的VF高0.05～0.1V，光效降低3％。
发明内容
为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种高亮发光二极管的芯片及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种高亮发光二极管的芯片的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成外延层和透明导电薄膜，所述外延层包括依次层叠的缓冲层、N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有延伸至所述N型层的凹槽；
在所述P型层、所述凹槽的侧壁和部分所述N型层上形成介质层；
在所述介质层的保护下刻蚀所述外延层，形成延伸至所述衬底的划片道；
通过所述划片道对所述外延层进行腐蚀，使所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为钝角，所述外延层的底面为所述缓冲层中与所述衬底接触的表面，所述外延层的侧面为与所述外延层的底面相邻的表面；
去除所述介质层，在所述外延层的侧面形成高反射层，所述高反射层采用反射率高于设定值且与所述N型层形成欧姆接触的金属材料；
在所述透明导电薄膜上设置P型电极，在所述N型层上设置N型电极；
裂片得到若干相互独立的发光二极管芯片。
可选地，所述在所述外延层的侧面形成高反射层，包括：
采用原子层沉积技术在所述外延层的侧面形成所述高反射层。
可选地，所述金属材料为Al或者TiAg。
可选地，所述通过所述划片道对所述外延层进行腐蚀，使所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为钝角，包括：
采用腐蚀溶液对所述外延层进行腐蚀，所述腐蚀溶液为H2PO3溶液、H2SO4溶液、H2PO3和H2SO4的混合溶液、NaOH溶液、HCl溶液中的一种。
优选地，所述腐蚀溶液的温度为25～350℃。
优选地，所述缓冲层为AlN层或AlxGa1-xN层，0＜x＜1。
可选地，所述介质层为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛中的一种。
可选地，所述介质层的厚度为200～1000nm。：
另一方面，本发明实施例提供了一种高亮发光二极管的芯片，所述芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的外延层和透明导电薄膜，所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有延伸至所述N型层的凹槽，所述N型层上设有N型电极，所述透明导电薄膜上设有P型电极，所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为钝角，所述外延层的侧面设有高反射层，所述高反射层采用反射率高于设定值且与所述N型层形成欧姆接触的材料，所述外延层的底面为所述缓冲层中与所述衬底接触的表面，所述外延层的侧面为与所述外延层的底面相邻的表面。
可选地，所述金属材料为Al或者TiAg。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过划片道对外延层进行腐蚀，使外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，暴露出更多的N型层，加上在外延层的侧面形成高反射层，高反射层采用反射率高于设定值且与N型层形成欧姆接触的金属材料，金属材料与N型层形成良好的欧姆接触，有利于电子扩展，降低芯片的正向电压，提高发光效率。而且外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，并且外延层的侧面设有高反射层，可以提高芯片的出光效率和发光亮度，特别是轴向光的亮度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种高亮发光二极管的芯片的制作方法的流程示意图；
图2a-图2i是本发明实施例一提供的LED芯片制作过程中的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种高亮发光二极管的芯片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种高亮发光二极管的芯片的制作方法，参见图1，该制作方法包括：
步骤101：在衬底上形成外延层。
在本实施例中，外延层包括依次层叠的缓冲层、N型层、发光层、P型层。
图2a为执行步骤101后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层。
可选地，缓冲层可以为AlN层或AlxGa1-xN层，0＜x＜1。
可选地，缓冲层的厚度可以为0.5nm～5μm。当缓冲层的厚度小于0.5nm时，无法起到晶格失配的减缓作用；当缓冲层的厚度大于5μm时，造成材料浪费，提高实现成本。
具体地，N型层为GaN层，发光层为交替层叠的InGaN层和GaN层，P型层为GaN层。
可选地，衬底可以为表面平整的蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底(英文：PatternedSapphire Substrate，简称PSS)、Si衬底、GaN衬底、SiN衬底、SiC衬底、玻璃衬底中的一种，适用面广。优选地，衬底可以为PSS，利用PSS凹凸不平的表面进一步提高发光二极管的出光效率。
步骤102：在P型层上形成设定图形的光刻胶。
图2b为执行步骤102后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，3为光刻胶。
具体地，该步骤102可以包括：
在P型层上铺上一层光刻胶；
在设定图形的掩膜的阻挡下，对光刻胶进行曝光；
对曝光后的光刻胶进行显影，得到设定图形的光刻胶。
步骤103：在光刻胶的保护下刻蚀外延层，在P型层上形成延伸至N型层的凹槽。
图2c为执行步骤103后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，3为光刻胶。
具体地，该步骤103可以包括：
采用干法刻蚀技术在光刻胶的保护下刻蚀外延层，在P型层上形成延伸至N型层的凹槽。
步骤104：去除光刻胶，在P型层上形成透明导电薄膜(TCO)。
图2d为执行步骤104后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，4为TCO。
可选地，TCO可以为氧化铟锡(英文：Indium Tin Oxides，简称ITO)、铝掺杂的氧化锌透明导电玻璃(AZO)、镓掺杂的氧化锌透明导电玻璃(GZO)、铟镓锌氧化物(英文：IndiumGallium Zinc Oxide，简称IGZO)、NiAu、石墨烯中的一种，适用面广。
步骤105：在P型层、凹槽的侧壁和部分N型层上形成介质层。
图2e为执行步骤105后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，4为TCO，5为介质层。
可选地，介质层可以为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛中的一种。
可选地，介质层的厚度可以为200～1000nm。
步骤106：在介质层的保护下刻蚀外延层，形成延伸至衬底的划片道。
图2f为执行步骤106后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，4为TCO，5为介质层。
可选地，划片道的宽度可以为3～20μm。当划片道的宽度小于3μm时，对后续划片道内的腐蚀造成不便；当划片道的宽度大于20μm时，会造成发光区损失。
步骤107：通过划片道对外延层进行腐蚀，使外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角。
在本实施例中，外延层的底面为缓冲层中与衬底接触的表面，外延层的侧面为与外延层的底面相邻的表面。
图2g为执行步骤107后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，4为TCO，5为介质层。
具体地，该步骤107可以包括：
采用腐蚀溶液对外延层进行腐蚀，腐蚀溶液为H2PO3溶液、H2SO4溶液、H2PO3和H2SO4的混合溶液、NaOH溶液、HCl溶液中的一种。利用腐蚀溶液腐蚀AlN的速度快于GaN，形成倒梯形的外延层，即外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角(大于90°且小于180°)。
可选地，腐蚀溶液的温度可以为25～350℃，以达到较好的腐蚀效果。
步骤108：去除介质层，在外延层的侧面形成高反射层，高反射层采用反射率高于设定值且与N型层形成欧姆接触的金属材料。
图2h为执行步骤108后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，4为TCO，6为高反射层。
具体地，该步骤108可以包括：
采用原子层沉积技术在外延层的侧面形成高反射层。
可选地，金属材料可以为Al或者TiAg。
步骤109：在透明导电薄膜上设置P型电极，在N型层上设置N型电极。
图2i为执行步骤109后的LED芯片的结构示意图。其中，1为衬底，21为缓冲层，22为N型层，23为发光层，24为P型层，4为TCO，6为高反射层，7为P型电极，8为N型电极。
可选地，P型电极可以为Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd中的一种或多种，N型电极可以为Cr、Pt、Au、Ti、Ni、Al、Mo、Pd，适用面广。
步骤110：裂片得到若干相互独立的发光二极管芯片。
具体地，该步骤110可以包括：
采用隐形切割技术沿划片道的形成方向在衬底内形成裂缝；
采用劈刀对裂缝形成区域形成敲击，衬底沿划片道的形成方向裂开，得到若干相互独立的发光二极管芯片。
本发明实施例通过划片道对外延层进行腐蚀，使外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，暴露出更多的N型层，加上在外延层的侧面形成高反射层，高反射层采用反射率高于设定值且与N型层形成欧姆接触的金属材料，金属材料与N型层形成良好的欧姆接触，有利于电子扩展，降低芯片的正向电压，提高发光效率。而且外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，并且外延层的侧面设有高反射层，可以提高芯片的出光效率和发光亮度，特别是轴向光的亮度。
实施例二
本发明实施例提供了一种高亮发光二极管的芯片，可以采用实施例一提供的制作方法制作而成，参见图3，该芯片衬底1、以及依次层叠在衬底1上的外延层和透明导电薄膜4，外延层包括依次层叠在衬底1上的缓冲层21、N型层22、发光层23、P型层24，P型层24上设有延伸至N型层22的凹槽，N型层上设有N型电极8，透明导电薄膜上设有P型电极7。
在本实施例中，外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，外延层的侧面设有高反射层6，高反射层6采用反射率高于设定值且与N型层22形成欧姆接触的材料，外延层的底面为缓冲层21中与衬底1接触的表面，外延层的侧面为与外延层的底面相邻的表面。
本发明实施例通过划片道对外延层进行腐蚀，使外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，暴露出更多的N型层，加上在外延层的侧面形成高反射层，高反射层采用反射率高于设定值且与N型层形成欧姆接触的金属材料，金属材料与N型层形成良好的欧姆接触，有利于电子扩展，降低芯片的正向电压，提高发光效率。而且外延层的侧面与外延层的底面的夹角为钝角，并且外延层的侧面设有高反射层，可以提高芯片的出光效率和发光亮度，特别是轴向光的亮度。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种高亮发光二极管的芯片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上依次形成外延层和透明导电薄膜，所述外延层包括依次层叠的缓冲层、N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有延伸至所述N型层的凹槽；
在所述P型层、所述凹槽的侧壁和部分所述N型层上形成介质层；
在所述介质层的保护下刻蚀所述外延层，形成延伸至所述衬底的划片道；
通过所述划片道对所述外延层进行腐蚀，使所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为钝角，所述外延层的底面为所述缓冲层中与所述衬底接触的表面，所述外延层的侧面为与所述外延层的底面相邻的表面；
去除所述介质层，在所述外延层的侧面形成高反射层，所述高反射层采用反射率高于设定值且与所述N型层形成欧姆接触的金属材料；
在所述透明导电薄膜上设置P型电极，在所述N型层上设置N型电极；
裂片得到若干相互独立的发光二极管芯片。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述在所述外延层的侧面形成高反射层，包括：
采用原子层沉积技术在所述外延层的侧面形成所述高反射层。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述金属材料为Al或者TiAg。
4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述通过所述划片道对所述外延层进行腐蚀，使所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为钝角，包括：
采用腐蚀溶液对所述外延层进行腐蚀，所述腐蚀溶液为H2PO3溶液、H2SO4溶液、H2PO3和H2SO4的混合溶液、NaOH溶液、HCl溶液中的一种。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述腐蚀溶液的温度为25～350℃。
6.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述缓冲层为AlN层或AlxGa1-xN层，0＜x＜1。
7.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述介质层为二氧化硅、氮化硅、二氧化钛中的一种。
8.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述介质层的厚度为200～1000nm。
9.一种高亮发光二极管的芯片，所述芯片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的外延层和透明导电薄膜，所述外延层包括依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型层、发光层、P型层，所述P型层上设有延伸至所述N型层的凹槽，所述N型层上设有N型电极，所述透明导电薄膜上设有P型电极，其特征在于，所述外延层的侧面与所述外延层的底面的夹角为钝角，所述外延层的侧面设有高反射层，所述高反射层采用反射率高于设定值且与所述N型层形成欧姆接触的材料，所述外延层的底面为所述缓冲层中与所述衬底接触的表面，所述外延层的侧面为与所述外延层的底面相邻的表面。
10.根据权利要求9所述的芯片，其特征在于，所述金属材料为Al或者TiAg。
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