專利名稱：Led芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種半導(dǎo)體芯片，尤其涉及一種LED芯片；同時，本發(fā)明進一步涉及一種LED芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
外量子效率是高亮度LED芯片的主要技術(shù)瓶頸，其大小等于內(nèi)量子效率與光的出射率之積。當(dāng)前，商業(yè)化LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)接近100%，但是外量子效率小于30%。這主要是由于光的出射率低造成的。引起光的出射率低的主要因素有晶格缺陷對光的吸收， 襯底對光的吸收，光在出射過程中，在各個界面由于全反射造成的損失。目前，常用的LED芯片在刻蝕后所有的側(cè)壁與垂直線的典型夾角小于10deg(即 10° )，由于GaN和空氣的折射率分別是2. 5和1，在hGaN-GaN活性區(qū)產(chǎn)生的光能夠傳播出去的臨界角約為23deg，因此LED發(fā)射的大部分光在界面被反射回來，形成波導(dǎo)光被困在器件內(nèi)部，經(jīng)過多次反射最終被半導(dǎo)體吸收，這大大限制了 GaN基發(fā)光二極管的外量子效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種LED芯片，可提高LED芯片外量子效率。此外，本發(fā)明進一步提供一種LED芯片的制造方法，可提高LED芯片外量子效率。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種LED芯片，所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為 30° -60° ；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、 第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；有源層的側(cè)壁，以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層或/和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述LED芯片包括藍寶石層、緩沖層、N-GaN層、MQff 層、P-GaN層；所述MQW層、P-GaN層的側(cè)壁，以及N-GaN層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述LED芯片自下而上依次包括藍寶石層、緩沖層、 N-GaN層、MQW層、P-AWaN層、P-GaN層；所述MQW層、P-AWaN層、P-GaN層的側(cè)壁，以及 N-GaN層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。一種LED芯片，所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片側(cè)壁的部分或全部與芯片的中軸線的夾角為30° -60° ；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、 第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；有源層的側(cè)壁，以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層或/和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。一種LED芯片的制造方法，所述方法包括
在襯底上生長LED結(jié)構(gòu)外延片；所述外延片高溫退火；用清洗液將所述外延片表面清洗干凈；在外延片上光刻出特定尺寸的圖形；刻蝕外延片，并使刻蝕后的芯片周圍的側(cè)壁與垂直線典型夾角為30° -60°，呈正臺形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述方法具體包括步驟1、在圖形化藍寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)外延片；步驟2、GaN外延片在氮氣和氧氣氣氛中高溫退火；步驟3、用王水和H2S04、H202溶液將GaN外延片表面清洗干凈；步驟4、在外延片上光刻出特定尺寸的圖形；步驟5、用ICP刻蝕機將外延片刻蝕到n-GaN層，并使刻蝕后的芯片周圍所有側(cè)壁與垂直線典型夾角為30° -60°，呈正臺形。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟4中光刻的條件為光刻膠是AZ1500，粘度為38cp，涂膠厚度為lOOOmiHBOOOnm，采用ABM接觸式光刻機曝光，使用接近式曝光方式，晶片wafer上表面距離遮罩層mask下表面在5um到IOum之間；所述步驟5中ICP刻蝕的條件為ICP功率為1000W-2000W，RF功率為100W-300W，腔體壓力為3_5mTorr，刻蝕氣體流量比 C12 BC13 = 2-4 1。作為本發(fā)明的一種優(yōu)選方案，所述步驟4中光刻的條件為光刻膠是AZ1500，粘度為38cp，涂膠厚度為2000nm，采用ABM接觸式光刻機曝光，使用接近式曝光方式，晶片wafer 上表面距離遮罩層mask下表面在5um到IOum之間；所述步驟5中ICP刻蝕的條件為ICP 功率為1000W，RF功率為100W-300W，腔體壓力為3_5mTorr，刻蝕氣體流量比C12 BC13 = 2-4 1。本發(fā)明的有益效果在于本發(fā)明提出的LED芯片及其制造方法，LED芯片刻蝕后的所有側(cè)壁與垂直線典型夾角成30deg到60deg，芯片的這種側(cè)壁結(jié)構(gòu)增加了側(cè)向光源的出光面積，同時給光子提供更多的出射幾率，出射角度在臨界角以外的光也可通過芯片側(cè)面的多次折射，最后進入臨界角內(nèi)，使芯片獲得更多的出光。本發(fā)明采用了與常規(guī)光刻和ICP刻蝕不同的工藝條件，使得LED芯片刻蝕后的所有側(cè)壁與垂直線典型夾角成30deg到60deg，光線可以在芯片側(cè)面多次折射，提高了光源的外量子效率。


圖1為本發(fā)明LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為實施例一中LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為實施側(cè)二中LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4為實施例三中LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為本發(fā)明LED芯片制造方法的流程圖。
具體實施方式
下面結(jié)合附圖詳細說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。實施例一請參閱圖1，本發(fā)明揭示了一種LED芯片，所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；有源層的側(cè)壁，以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層或/和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。具體地，請繼續(xù)參閱圖1，所述LED芯片自下而上依次包括藍寶石層saphire、緩沖層 buffer、N-GaN 層、MQW 層、P-AlGaN 層、P-GaN 層；所述 MQW 層、P-AlGaN 層、P-GaN 層的側(cè)壁，以及N-GaN層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。本實施例中，請參閱圖2，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30°。以上介紹了本發(fā)明的LED芯片，本發(fā)明在揭示上述LED芯片的同時，還揭示上述 LED芯片的制造方法，所述方法包括-在襯底上生長LED結(jié)構(gòu)外延片；-所述外延片高溫退火；-用清洗液將所述外延片表面清洗干凈；-在外延片上光刻出特定尺寸的圖形；-刻蝕外延片，并使刻蝕后的芯片周圍的側(cè)壁與垂直線典型夾角為30°-60°，呈正臺形。具體地，請參閱圖5，所述LED芯片制造方法包括如下步驟步驟1在圖形化藍寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)外延片。步驟2GaN外延片在氮氣和氧氣氣氛中高溫退火。步驟3用王水和H2S04、H202溶液將GaN外延片表面清洗干凈。步驟4在外延片上光刻出特定尺寸的圖形。本實施例中，光刻的條件為光刻膠是AZ1500，粘度為38cp，涂膠厚度為 1000nm-3000nm(如2000nm)，采用ABM接觸式光刻機曝光，使用接近式曝光方式，晶片wafer 上表面距離遮罩層mask下表面在5um到IOum之間。步驟5用ICP刻蝕機將外延片刻蝕到n-GaN層，并使刻蝕后的芯片周圍所有側(cè)壁與垂直線典型夾角為30° -60°，呈正臺形。本實施例中，ICP刻蝕的條件為ICP功率為1000W-2000W(如1000W)，RF功率為 100W-300W，腔體壓力為3-5mTorr，刻蝕氣體流量比C12 BC13 = 2-4 1。綜上所述，本發(fā)明提出的LED芯片及其制造方法，LED芯片刻蝕后的所有側(cè)壁與垂直線典型夾角成30deg到60deg，芯片的這種側(cè)壁結(jié)構(gòu)增加了側(cè)向光源的出光面積，同時給光子提供更多的出射幾率，出射角度在臨界角以外的光也可通過芯片側(cè)面的多次折射，最后進入臨界角內(nèi)，使芯片獲得更多的出光。本發(fā)明采用了與常規(guī)光刻和ICP刻蝕不同的工藝條件，使得LED芯片刻蝕后的所有側(cè)壁與垂直線典型夾角成30deg到60deg，光線可以在芯片側(cè)面多次折射，提高了光源的外量子效率。實施例二
本實施例中，請參閱圖3，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為60°。實施例三本實施例中，請參閱圖4，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為45°。當(dāng)然，LED 芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角還可以為其他角度。實施例四本實施例揭示一種LED芯片，所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片側(cè)壁的部分或全部與芯片的中軸線的夾角為30° -60° ；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；有源層的側(cè)壁，以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層或/和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。這里本發(fā)明的描述和應(yīng)用是說明性的，并非想將本發(fā)明的范圍限制在上述實施例中。這里所披露的實施例的變形和改變是可能的，對于那些本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說實施例的替換和等效的各種部件是公知的。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚的是，在不脫離本發(fā)明的精神或本質(zhì)特征的情況下，本發(fā)明可以以其它形式、結(jié)構(gòu)、布置、比例，以及用其它組件、 材料和部件來實現(xiàn)。在不脫離本發(fā)明范圍和精神的情況下，可以對這里所披露的實施例進行其它變形和改變。
權(quán)利要求
1.一種LED芯片，其特征在于所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層； 有源層的側(cè)壁，以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層或/和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于所述LED芯片包括藍寶石層、緩沖層、N-GaN層、MQW層、P-GaN層； 所述MQW層、P-GaN層的側(cè)壁，以及N-GaN層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為 30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于所述LED芯片自下而上依次包括藍寶石層、緩沖層、N-GaN層、MQW層、P-AlGaN層、P-GaN層；所述MQW層、P-AWaN層、P-GaN層的側(cè)壁，以及N-GaN層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。
5.一種LED芯片，其特征在于所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片側(cè)壁的部分或全部與芯片的中軸線的夾角為30° -60° ；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED芯片，其特征在于所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層； 有源層的側(cè)壁，以及第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層或/和第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層的全部或部分側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30° -60° ；該部分區(qū)域呈正臺形。
7.—種LED芯片的制造方法，其特征在于所述方法包括 在襯底上生長LED結(jié)構(gòu)外延片；所述外延片高溫退火； 用清洗液將所述外延片表面清洗干凈； 在外延片上光刻出特定尺寸的圖形；刻蝕外延片，并使刻蝕后的芯片周圍的側(cè)壁與垂直線典型夾角為30° -60°，呈正臺形。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED芯片的制造方法，其特征在于 所述方法具體包括步驟1、在圖形化藍寶石襯底上生長GaN基LED結(jié)構(gòu)外延片； 步驟2、GaN外延片在氮氣和氧氣氣氛中高溫退火； 步驟3、用王水和H2S04、H2O2溶液將GaN外延片表面清洗干凈； 步驟4、在外延片上光刻出特定尺寸的圖形；步驟5、用ICP刻蝕機將外延片刻蝕到n-GaN層，并使刻蝕后的芯片周圍所有側(cè)壁與垂直線典型夾角為30° -60°，呈正臺形。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED芯片的制造方法，其特征在于所述步驟4中光刻的條件為光刻膠是AZ1500，粘度為38cp，涂膠厚度為 1000nm-3000nm,采用ABM接觸式光刻機曝光，使用接近式曝光方式，晶片wafer上表面距離遮罩層mask下表面在5um到IOum之間；所述步驟5中ICP刻蝕的條件為ICP功率為1000W-2000W，RF功率為100W-300W，腔體壓力為3-5mTorr，刻蝕氣體流量比Cl2 BCl3 = 2-4 1。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED芯片的制造方法，其特征在于 所述步驟4中光刻的條件為光刻膠是AZ1500，粘度為38cp，涂膠厚度為2000nm，采用 ABM接觸式光刻機曝光，使用接近式曝光方式，晶片wafer上表面距離遮罩層mask下表面在 5um 至Ij IOum 之間；所述步驟5中ICP刻蝕的條件為ICP功率為1000W，RF功率為100W-300W，腔體壓力為 3-5mTorr，刻蝕氣體流量比 Cl2 BCl3 = 2-4 1。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種LED芯片及其制造方法，所述LED芯片包括第一導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層、有源層、第二導(dǎo)電類型半導(dǎo)體層；所述LED芯片在刻蝕后，LED芯片的側(cè)壁與垂直線的典型夾角為30°-60°；所述LED芯片的上述區(qū)域呈正臺形。本發(fā)明提出的LED芯片及其制造方法，LED芯片刻蝕后的所有側(cè)壁與垂直線典型夾角成30deg到60deg，芯片的這種側(cè)壁結(jié)構(gòu)增加了側(cè)向光源的出光面積，同時給光子提供更多的出射幾率，出射角度在臨界角以外的光也可通過芯片側(cè)面的多次折射，最后進入臨界角內(nèi)，使芯片獲得更多的出光。
文檔編號H01L33/00GK102376836SQ201010264089
公開日2012年3月14日 申請日期2010年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月24日
發(fā)明者李振鐸 申請人:上海博恩世通光電股份有限公司