專利名稱：發(fā)光二極管芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED芯片制作領(lǐng)域，特別地，涉及一種高壓直流發(fā)光二極管芯片的制備方法。
背景技術(shù)：
在全球能源危機的催生下，各種節(jié)能的光電器件應(yīng)運而生，發(fā)光二極管(LED)依靠其體積小、低能耗、無污染、壽命長等特性，逐漸成為繼白熾燈，熒光燈之后的第三代光源。白光LED照明耗電量低，具有節(jié)能、環(huán)保和綠色照明等獨特優(yōu)點。而高壓直流LED直接應(yīng)用于直流高壓驅(qū)動的照明市場，相對傳統(tǒng)的LED，簡化了驅(qū)動電路的設(shè)計，減少了元器件的使用，驅(qū)動電路功率損耗更低，器件可靠性更高，應(yīng)用成本更是大幅度降低。LED芯片的出光效率在于外量子效率和內(nèi)量子效率，其中外量子效率大小等于內(nèi)量子效率與光的逃逸率之積，當(dāng)前，商業(yè)化LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)接近100%，但是外量子效率僅有3%-30%，這主要是由于光的逃逸率低造成的，因此，光的逃逸率成為高亮度LED 的主要技術(shù)瓶頸。引起光逃逸的因素有晶格缺陷對光的吸收、襯底對光的吸收、光出射過程中各個界面由于全反射造成的損失等。目前，主要采用兩種制備方法來制備LED芯片。制備方法1包括1)、提供襯底；幻、在襯底上采用金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積工藝(Metal-organic Chemical Vapor Deposition ；MOCVD)工藝外延沉積形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)包括η型氮化鎵層、有源層和ρ型氮化鎵層；3)、對發(fā)光外延結(jié)構(gòu)進行清洗；4)、通過濺射或蒸鍍透明電極層力)、刻蝕掉ρ型氮化鎵層和有源層，直至η型氮化鎵層；6)、制備透明電極；7)、制備N電極和P電極；8)、制備鈍化(SiO2)層；9)、背減薄。制備方法2包括1)、提供襯底；2)、在襯底上采用MOCVD工藝外延沉積形成LED發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；3)、對發(fā)光外延結(jié)構(gòu)進行清洗；4)、刻蝕掉ρ型氮化鎵層和有源層，直至η型氮化鎵層；5)、濺射或蒸鍍透明電極層；6)、制備透明電極；7)、制備N電極和P電極；8)、制備鈍化(SiO2)層；9)、背減薄。上述制備工藝對提升LED芯片的發(fā)光效率非常有限，且LED芯片在大電流驅(qū)動下， 熱效應(yīng)非常顯著，嚴(yán)重影響了 LED的使用壽命和器件性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)光二極管芯片的制備方法，以解決現(xiàn)有LED芯片制作技術(shù)中LED芯片的出光效率受限以及在大電流驅(qū)動下熱效應(yīng)顯著的問題。為解決上述及其他問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管芯片的制備方法，包括提供外延生長所需的絕緣襯底；所述絕緣襯底定義有圖形單元，所述圖形單元具有第一邊界以及與所述第一邊界相對的第二邊界，相鄰圖形單元之間具有走道；在具有圖形單元的所述絕緣襯底上形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)包括η型氮化物半導(dǎo)體層、位于所述η型氮化物半導(dǎo)體層上的有源層、以及位于所述有源層上的P型氮化物半導(dǎo)體層；去除所述相鄰圖形單元之間走道處形成的外延沉積物；在所述圖形單元的第一邊界處，去除所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中的P型氮化物半導(dǎo)體層、有源層，直至露出η型氮化物半導(dǎo)體層，形成η型臺階；在所述走道、所述圖形單元第一邊界處所述η型臺階上的部分的η型氮化物半導(dǎo)體層、 所述圖形單元第二邊界處的側(cè)壁、以及所述圖形單元第二邊界處的部分的P型氮化物半導(dǎo)體層之上形成絕緣層；在所述圖形單元第一邊界處所述η型臺階上的部分的η型氮化物半導(dǎo)體層、以及所述圖形單元第二邊界處的P型氮化物半導(dǎo)體層之上形成透明電極層；在所述透明電極層上形成對應(yīng)所述圖形單元第一邊界的N電極、對應(yīng)所述圖形單元第二邊界的 P電極、以及連接所述N電極和所述P電極的電極橋接?？蛇x地，所述絕緣襯底的材料選自藍(lán)寶石。可選地，所述圖形單元包括平行四邊形、菱形、矩形或正方形?？蛇x地，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)是采用金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積工藝形成的?？蛇x地，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中的氮化物半導(dǎo)體層為氮化鎵層?？蛇x地，去除所述相鄰圖形單元之間走道處形成的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)采用的是濕法刻蝕、感應(yīng)耦合等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕?？蛇x地，所述絕緣層的厚度為800nm至2500nm，所述絕緣層的材料為SiO2或々1203?？蛇x地，在所述圖形單元第二邊界處的側(cè)壁形成的所述絕緣層覆蓋了所述圖形單元第二邊界處的整個側(cè)壁。可選地，在所述圖形單元第一邊界處形成的所述絕緣層的面積小于等于所述N電極的面積的一半，在所述圖形單元第二邊界處形成的所述絕緣層的面積小于等于所述P電極的面積的一半?？蛇x地，所述透明電極層的材料采用銦錫氧化物或鎳金。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明在LED芯片制備工藝中通過在絕緣襯底的走道的一側(cè)上的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)上形成η型臺階，再在走道的兩側(cè)形成N電極和P電極，可以減少外延沉積時的邊緣效應(yīng)，有利于外延的橫向沉積，提高LED芯片側(cè)壁出光及發(fā)光效率，特別是在大電流驅(qū)動下可以明顯減小LED芯片的熱效應(yīng)。另外，在本發(fā)明中，采用了絕緣襯底，在絕緣襯底上形成有圖像單元，相鄰圖形單元之間具有走道，再在走道上形成絕緣層和透明電極層，如此可以使得各個圖像單元之間相互絕緣，確保圖像單元的獨立性，為LED芯片的集成化制備提供了條件。


圖1為本發(fā)明發(fā)光二極管芯片的制備方法的流程示意圖；圖2至圖9為根據(jù)上述流程制造發(fā)光二極管芯片的示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的發(fā)明人發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)有的LED芯片制備工藝中，存在出光效率偏低以及熱效應(yīng)顯著的問題。因此，本發(fā)明的發(fā)明人提出了一種發(fā)光二極管芯片的制備方法，通過在絕緣襯底中相鄰圖形單元之間的走道的一側(cè)的其中一個圖形單元的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)上形成η型臺階，再在走道的兩側(cè)的相鄰兩個圖形單元分別形成N電極和P電極，可以減少外延沉積時的邊緣效應(yīng)，有利于外延的橫向沉積，提高LED芯片側(cè)壁出光及發(fā)光效率，減小LED芯片的熱效應(yīng)。以下將通過具體實施例來對發(fā)明的發(fā)光二極管的制備方法進行詳細(xì)說明。圖1顯示了發(fā)光二極管的制備方法的流程示意圖。如圖1所示，所述制備方法包括如下步驟步驟S100，提供絕緣襯底20。圖2顯示了絕緣襯底200的正面示意圖，圖3為圖 2沿著A-A線的側(cè)剖圖。在本實施例中，絕緣襯底20的材料為藍(lán)寶石。特別地，在本發(fā)明中，對于絕緣襯底200，還通過圖形化處理定義出圖形單元200， 其中的圖形單元200的形狀可以是四邊形、菱形、矩形或正方形。相鄰圖形單元200之間具有走道P，每一個圖形單元200具有第一邊界200a以及與第一邊界200a對應(yīng)的第二邊界 200b,因此，在走道P的兩側(cè)分別為第一個圖形單元200的第一邊界200a和第二個圖形單元200的第二邊界200b。步驟S102，在具有圖形單元200的絕緣襯底20上形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)22，形成如圖 4所示的結(jié)構(gòu)。在本實施例中，發(fā)光外延結(jié)構(gòu)22包括η型氮化鎵(GaN)層221、位于η型 GaN層221上的有源層223、以及位于有源層223上的ρ型氮化鎵(GaN)層225。在本實施例中，發(fā)光外延結(jié)構(gòu)22是采用金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積工藝 (Metal-organicChemical Vapor Deposition ；M0CVD)形成的。步驟S104，去除相鄰圖形單元200之間走道P處形成的外延沉積物，完成走道 P的清洗，形成如圖5所示的結(jié)構(gòu)。在所述清洗中，可以采用濕法刻蝕、感應(yīng)耦合等離子 (InductivelyCoupled Plasma, ICP) Μ ^.^EMMIl (Reactive Ion Etching, RIE) Μ ^ 其他類似的刻蝕工藝，由于上述刻蝕工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。步驟S106，在圖形單元200的第一邊界200a處，去除發(fā)光外延結(jié)構(gòu)22中的ρ型 GaN層225、有源層223，直至露出η型GaN層221，形成η型臺階，形成如圖6所示的結(jié)構(gòu)。在所述去除工藝中，可以采用采用感應(yīng)耦合等離子(ICP)刻蝕、反應(yīng)離子(RIE)刻蝕或其他類似的刻蝕工藝，由于上述刻蝕工藝已為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的現(xiàn)有技術(shù)，在此不再贅述。另夕卜，對于步驟S104，在實際應(yīng)用中，露出η型GaN層221可以具體可以是恰好去除位于η型GaN層221之上的有源層223而到達(dá)η型GaN層221的頂面即可，也可以是去除位于η型GaN層221之上的有源層223之后，再去除部分的η型GaN層221。步驟S108，在走道P、圖形單元200的第一邊界200a處η型臺階上的部分的η型 GaN層221、圖形單元200的第二邊界200b處的側(cè)壁、以及圖形單元200的第二邊界200b 處的部分的P型GaN層225之上形成絕緣層24，形成如圖7所示的結(jié)構(gòu)。實際上，在步驟 S108中，形成的絕緣層M還覆蓋了圖形單元200的第一邊界200a處的側(cè)壁以及走道P。 為描述方便，在這里，我們將在圖形單元200的第一邊界200a處形成的絕緣層標(biāo)記為Ma， 在圖形單元200的第二邊界200b處形成的絕緣層標(biāo)記為Mb，在圖形單元200的第二邊界 200b處的側(cè)壁形成的絕緣層標(biāo)記為Mc。
特別地，在步驟S108中，在圖形單元200的第二邊界200b處的側(cè)壁形成的絕緣層 2如覆蓋了圖形單元200的第二邊界200b處的整個側(cè)壁。如此，通過在圖形單元200的第二邊界200b處的側(cè)壁形成的絕緣層，可以很好地隔絕圖形單元200的第二邊界200b處的 η型氮化鎵(GaN)層221和ρ型氮化鎵(GaN)層225，避免了兩者之間可能出現(xiàn)的短路。在本實施例中，絕緣層M的材料為SiO2或Al2O3，其厚度為800nm至2500nm。步驟S110，在圖形單元200的第一邊界200a處η型臺階上的部分的η型氮化物半導(dǎo)體層221以及圖形單元200的第二邊界200b處的ρ型氮化物半導(dǎo)體層225之上形成透明電極層沈，形成如圖8所示的結(jié)構(gòu)。在本實施例中中，為簡化工藝，是在整個絕緣層M 上形成透明電極層26。在本實施例中，透明電極層沈的材料可以是銦錫氧化物(Tin-doped Indium Oxide, I TO)或鎳金。步驟S112，在透明電極層沈上形成對應(yīng)圖形單元200的第一邊界20a的N電極 27、對應(yīng)圖形單元200的第二邊界20b的P電極29、以及連接N電極27和P電極四的電極橋接觀，形成如圖9所示的結(jié)構(gòu)。特別地，在本發(fā)明中，絕緣層20 的面積小于等于N電極27的面積的一半，即絕緣層20 的寬度h小于等于N電極27的寬度H的一半(h ( 1/2H)；同樣，絕緣層204b的面積小于等于P電極四的面積的一半，即絕緣層204b的寬度h’小于等于N電極27的寬度 H，的一半(h，( 1/2H，)。綜上所述，本發(fā)明在LED芯片制備工藝中通過在絕緣襯底的走道的一側(cè)上的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)上形成η型臺階，再在走道的兩側(cè)形成N電極和P電極，可以減少外延沉積時的邊緣效應(yīng)，有利于外延的橫向沉積，提高LED芯片側(cè)壁出光及發(fā)光效率，特別是在大電流驅(qū)動下可以明顯減小LED芯片的熱效應(yīng)。另外，在本發(fā)明中，采用了絕緣襯底，在絕緣襯底上形成有圖像單元，相鄰圖形單元之間具有走道，再在走道上形成絕緣層和透明電極層，如此可以使得各個圖像單元之間相互絕緣，確保圖像單元的獨立性，為LED芯片的集成化制備提供了條件。上述實施例僅列示性說明本發(fā)明的原理及功效，而非用于限制本發(fā)明。任何熟悉此項技術(shù)的人員均可在不違背本發(fā)明的精神及范圍下，對上述實施例進行修改。因此，本發(fā)明的權(quán)利保護范圍，應(yīng)如權(quán)利要求書所列。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，包括提供外延生長所需的絕緣襯底；所述絕緣襯底定義有圖形單元，所述圖形單元具有第一邊界以及與所述第一邊界相對的第二邊界，相鄰圖形單元之間具有走道；在具有圖形單元的所述絕緣襯底上形成發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)包括η型氮化物半導(dǎo)體層、位于所述η型氮化物半導(dǎo)體層上的有源層、以及位于所述有源層上的P型氮化物半導(dǎo)體層；去除所述相鄰圖形單元之間走道處形成的外延沉積物；在所述圖形單元的第一邊界處，去除所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中的P型氮化物半導(dǎo)體層、有源層，直至露出η型氮化物半導(dǎo)體層，形成η型臺階；在所述走道、所述圖形單元第一邊界處所述η型臺階上的部分的η型氮化物半導(dǎo)體層之上、所述圖形單元第二邊界處的側(cè)壁、以及所述圖形單元第二邊界處的部分的P型氮化物半導(dǎo)體層之上形成絕緣層；在所述圖形單元第一邊界處所述η型臺階上的部分的η型氮化物半導(dǎo)體層、以及所述圖形單元第二邊界處的ρ型氮化物半導(dǎo)體層之上形成透明電極層；在所述透明電極層上形成對應(yīng)所述圖形單元第一邊界的N電極、對應(yīng)所述圖形單元第二邊界的P電極、以及連接所述N電極和所述P電極的電極橋接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述絕緣襯底的材料選自藍(lán)寶石。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述圖形單元包括平行四邊形、菱形、矩形或正方形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)是采用金屬有機化合物化學(xué)氣相淀積工藝形成的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或4所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)中的氮化物半導(dǎo)體層為氮化鎵層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，去除所述相鄰圖形單元之間走道處形成的外延沉積物采用的是濕法刻蝕、感應(yīng)耦合等離子刻蝕或反應(yīng)離子刻蝕。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述絕緣層的厚度為800nm至2500nm，所述絕緣層的材料為SiR或Al2O3。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，在所述圖形單元第二邊界處的側(cè)壁形成的所述絕緣層覆蓋了所述圖形單元第二邊界處的整個側(cè)壁。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或8所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，在所述圖形單元第一邊界處形成的所述絕緣層的面積小于等于所述N電極的面積的一半，在所述圖形單元第二邊界處形成的所述絕緣層的面積小于等于所述P電極的面積的一半。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于，所述透明電極層的材料采用銦錫氧化物或鎳金。
全文摘要
本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管芯片的制備方法，包括提供定義圖形單元的絕緣襯底；在絕緣襯底上形成含n型氮化物半導(dǎo)體層、有源層、p型氮化物半導(dǎo)體層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；去除走道處形成的外延沉積物；在圖形單元第一邊界，去除p型氮化物半導(dǎo)體層、有源層，露出n型氮化物半導(dǎo)體層；在走道、圖形單元第一邊界處、圖形單元第二邊界處的側(cè)壁、以及圖形單元第二邊界處形成絕緣層、透明電極層；在透明電極層上形成對應(yīng)圖形單元第一邊界的N電極、對應(yīng)圖形單元第二邊界的P電極、以及連接N電極和P電極的電極橋接。相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明減少外延沉積時的邊緣效應(yīng)，有利于外延的橫向沉積，提高LED芯片側(cè)壁出光及發(fā)光效率，減小LED芯片的熱效應(yīng)。
文檔編號H01L33/00GK102270714SQ20111024718
公開日2011年12月7日 申請日期2011年8月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月24日
發(fā)明者張楠, 朱廣敏, 潘堯波, 郝茂盛, 齊勝利 申請人:上海藍(lán)光科技有限公司