專利名稱：一種發(fā)光二極管外延片、芯片及其制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體發(fā)光技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光二極管外延片、芯片及其制作方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED)就是將具備直接帶隙的半導(dǎo)體做成P/N 二極管，在熱平衡的條件下，大部分的電子沒有足夠的能量躍升致導(dǎo)電帶，當(dāng)加上正向偏壓，P-N結(jié)的內(nèi)建電場強(qiáng)度被削弱，導(dǎo)致大量電子從N型半導(dǎo)體擴(kuò)散到P型半導(dǎo)體。在合適的偏壓下，電子，空穴會在P-N結(jié)界面結(jié)合而發(fā)光。電源的電流會不斷的補(bǔ)充電子和空穴給N型和P型半導(dǎo)體，使得發(fā)光可以持續(xù)進(jìn)行。LED發(fā)光是電子與空穴的結(jié)合，電子所帶的能量是以光的形式輸出。目前LED制作方法是通過MOCVD (金屬有機(jī)化學(xué)汽相淀積)設(shè)備在襯底上外延生長晶體材料結(jié)構(gòu)。通常依次在襯底形成負(fù)型半導(dǎo)體材料(N型半導(dǎo)體材料，例如N型氮化鎵)、發(fā)光層和正極半導(dǎo)體材料(P型半導(dǎo)體材料，例如P型氮化鎵)，得到發(fā)光二極管晶圓片。該發(fā)光二極管晶圓片中的LED隨著材料和結(jié)構(gòu)的不同，所發(fā)出得光的顏色不同。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種發(fā)光二極管晶圓片的結(jié)構(gòu)示意圖。請參照圖1，發(fā)光二極管晶圓片包括P型氮化鎵層4、發(fā)光層3、N型氮化鎵2以及藍(lán)寶石襯底1，該P型氮化鎵層 4、發(fā)光層3和N型氮化鎵2依次層疊在該藍(lán)寶石襯底1上。發(fā)光二極管作為新一代優(yōu)良的光源，但是現(xiàn)在的亮度還不能較好的滿足人們的需求，于是，怎樣提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率成為科研人員的研究熱點。通常，提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率的方法有提高內(nèi)量子效率和提高外量子效率。本發(fā)明人經(jīng)過潛心研究發(fā)現(xiàn)， 目前提高外量子效率要比提高內(nèi)量子效率容易得多以及全反射成為影響發(fā)光二極管外量子效率很重要的因素。發(fā)光二極管的半導(dǎo)體材料的折射率相對于空氣高很多，發(fā)光層產(chǎn)生的光極容易在發(fā)光二極管芯片中發(fā)生全反射，而不容易射出，造成外量子效率低下。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術(shù)中發(fā)光二極管的發(fā)光效率低下技術(shù)問題，提供一種發(fā)光二極管外延片的制作方法。具體方法如下一種發(fā)光二極管外延片的制作方法，包括如下步驟步驟一、提供發(fā)光二極管晶圓片，所述晶圓片包括基體和形成于基體上的發(fā)光結(jié)構(gòu)；步驟二、將具有通孔的掩模板緊貼在所述晶圓片的表面，通過真空鍍膜機(jī)在所述晶圓片的表面形成折射率小于1. 5的粗糙結(jié)構(gòu)；步驟三、分離所述掩模板，得到發(fā)光二極管外延片。本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管外延片。該發(fā)光二極管外延片由上述方法制作得到。發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管芯片。該發(fā)光二極管芯片由上述發(fā)光二極管外延片經(jīng)由制備電極、崩裂而得到。本發(fā)明的發(fā)光二極管外延片的制作方法通過掩模板在晶圓片的表面形成粗糙結(jié)構(gòu)形成一種發(fā)光二極管外延片，減少全反射，使得由該發(fā)光二極管外延片制作得到的發(fā)光二極管芯片的出光效率得到有效提升。


圖1為現(xiàn)有技術(shù)中的一種發(fā)光二極管晶圓片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2A、圖2B是本發(fā)明實施例提供的掩模板俯視圖；圖3是本發(fā)明一實施例的掩模板的橫截面示意圖；圖4是本發(fā)明另一實施例的掩模板的橫截面示意圖；圖5是本發(fā)明實施例的制作過程中的真空鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明實施例的發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合附圖1-7及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的核心思想是通過真空鍍膜機(jī)和掩模板在發(fā)光二極管晶圓片的表面沉積粗糙結(jié)構(gòu)得到發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，減少全反射，從而增加由該發(fā)光二極管外延片制得的發(fā)光二極管芯片的出光效率。本發(fā)明實施例所說的發(fā)光二極管晶圓片包括水平結(jié)構(gòu)的晶圓片和垂直結(jié)構(gòu)的晶圓片。所謂水平結(jié)構(gòu)的晶圓片，包括基體和位于基體上的發(fā)光結(jié)構(gòu)，該基體一般為藍(lán)寶石襯底、硅襯底等。所謂垂直結(jié)構(gòu)的晶圓片，包括導(dǎo)電基體和位于導(dǎo)電基體上的發(fā)光結(jié)構(gòu)。該導(dǎo)電基體一般為銅襯底、鋁襯底等。上述發(fā)光結(jié)構(gòu)，一般包括依次層疊(可以至上而下，也可以至下而上)的N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層。該有源層一般為多量子阱層。該垂直結(jié)構(gòu)的晶圓片的一種特殊情況是只有發(fā)光結(jié)構(gòu)。發(fā)光二極管晶圓片的表面為發(fā)光二極管晶圓片的出光的一面。在水平結(jié)構(gòu)的晶圓片中，該表面為P型半導(dǎo)體層之上或者其表面所在的面；在垂直結(jié)構(gòu)的晶圓片中，該表面為N型半導(dǎo)體層之上或者其表面所在的面。水平結(jié)構(gòu)的晶圓片一般通過MOV⑶的設(shè)備在基體上依次生長N型半導(dǎo)體層、有源層、P型半導(dǎo)體層而形成。而垂直結(jié)構(gòu)的晶圓片一般是在水平結(jié)構(gòu)的晶圓片的基礎(chǔ)通過金屬鍵合與基體剝離技術(shù)而形成。下面以在藍(lán)寶石襯底上生長GaN型外延層形成的GAN型水平結(jié)構(gòu)晶圓片(GAN晶圓片)為例，對本發(fā)明進(jìn)行說明，該GAN晶圓片包括藍(lán)寶石襯底和發(fā)光結(jié)構(gòu)，該發(fā)光結(jié)構(gòu)包括依次位于藍(lán)寶石襯底的N型GAN半導(dǎo)體層、INGAN多量子阱層和P型GAN半導(dǎo)體層。該
4GAN晶圓片制備得到多個GAN芯片，本實施例的發(fā)光二極管外延片的制作方法，包括如下步驟S100，提供GAN晶圓片。該GAN晶圓片可以通過市場購買獲得，也可以通過上述制備方法自制得到；該GAN 晶圓片的表面為P型GAN半導(dǎo)體層的表面。S200，提供一具有若干通孔的掩模板。該掩模板優(yōu)選為鋼板，成本可以降低，而且加工容易。通過激光切割技術(shù)在一較大的鋼板中切下，并通過激光在切下的鋼板上鉆孔形成具有若干通孔的掩模板。S300，將具有通孔的掩模板緊貼在所述GAN晶圓片的表面，通過真空鍍膜機(jī)在所述晶圓片的表面形成折射率小于1. 5的粗糙結(jié)構(gòu)。該掩模板與該GAN晶圓片的緊貼固定方式，優(yōu)選采取磁鐵固定方式，以減少通過其他固定夾對鍍膜的影響。本步驟，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以根據(jù)不同設(shè)備調(diào)節(jié)好參數(shù)可以很容易實現(xiàn)。該折射率低于1. 5的粗糙結(jié)構(gòu)的材料有二氧化硅、氟化鈣或氟化鎂等，也可以是這三種材料的任意兩種或者三種的混合。所以，蒸發(fā)源(蒸發(fā)鍍膜工藝中)或者靶源(濺射鍍膜工藝中)包括二氧化硅源、氟化鈣源或氟化鎂源等。該鍍膜工藝也可以用反應(yīng)磁濺射技術(shù)實現(xiàn)。為了獲得具有規(guī)整形狀的粗糙結(jié)構(gòu)，發(fā)明人經(jīng)過反復(fù)研究和實驗發(fā)現(xiàn)該掩模板正對著蒸發(fā)源或靶源時，即GAN晶圓片的表面正對著蒸發(fā)源或靶源時，形成的粗糙結(jié)構(gòu)最為規(guī)整。S400,分離所述掩模板，得到GAN發(fā)光二極管外延片。采用掩模板和真空鍍膜機(jī)在GAN晶圓片的表面沉積粗糙結(jié)構(gòu)而制作得到發(fā)GAN發(fā)光二極管外延片，提高了使用該GAN發(fā)光二極管外延片制作得到的發(fā)光器件的出光效率。 這種工藝方法，具有工藝簡單、成本低及適用規(guī)?；a(chǎn)等優(yōu)點。并且，該工藝方法，在粗糙結(jié)構(gòu)的制作過程中不會對GAN晶圓片中的發(fā)光結(jié)構(gòu)造成損傷而影響其內(nèi)量子效率。該工藝方法的另一優(yōu)點是可以很方便地控制粗糙結(jié)構(gòu)的形狀，容易獲得期望的形狀，實現(xiàn)預(yù)期的出光效率。進(jìn)一步，在步驟S400之后，還包括步驟S500，將得到的發(fā)光二極管外延片放入到退火爐中，在500度中退火。該步驟 S500旨在增加粗糙結(jié)構(gòu)與GaN晶圓片直接的結(jié)合力。本實施例中對粗糙結(jié)構(gòu)的形成影響最大的是掩模板。該掩模板中的孔的形狀決定了粗糙結(jié)構(gòu)的形狀。也就是該粗糙結(jié)構(gòu)是形成在孔中的。一般該掩模板的大小可以是與GAN晶圓片大小相同，如圖2B所示，在一次真空鍍膜過程中可以使用很多塊這種掩模板，這會增加工藝復(fù)雜度。一般該掩模板的大小可以是與真空鍍膜機(jī)的大小相適應(yīng)，該掩模板中具有若干個掩膜單元，如圖2A所示，這種掩模板只需要一次固定即可。同時，各掩膜單元間是通過鋼板連接的，所以，在真空鍍膜過程中，會減少四周材料原子對其的污染，制作得到最接近預(yù)期的形狀。為了較好改變光的傳播方向，增加發(fā)光結(jié)構(gòu)的光的出射率，本實施例中的粗糙結(jié)構(gòu)優(yōu)選具有若干分立的錐狀凸起。該掩模板20包括若干通孔23，這些通孔23實現(xiàn)在GAN晶圓片的表面形成若干分立的錐狀凸起。這些錐狀凸起是真空鍍膜過程中經(jīng)過通孔23的限制在GAN晶圓片形成的， 因此，其排列方式與通孔23 —致。為了使錐狀凸起500的排列規(guī)則，增加出光，優(yōu)選該通孔23的排列為陣列排布。該陣列排布可以采用圓形陣列排布，也可以采用矩陣陣列排布。圖3是本發(fā)明一實施例的掩模板的橫截面示意圖。圖4是本發(fā)明另一實施例的掩模板的橫截面示意圖。所述通孔23具有位于掩模板上表面的第一形狀和位于掩模板下表面的第二形狀，所述通孔第一形狀之間的間距為2-3微米，優(yōu)選為2. 5微米。該掩模板20的高度決定了錐狀凸起的高度，優(yōu)選該掩模板20的高度為5-15微米。該掩模板20面向蒸發(fā)源或者靶源的一面為上表面21，與上表面21相對的面為下表面22。該通孔23可以為圓柱形通孔，即位于上表面21中的第一形狀231的大小與位于下表面中的第二形狀232的大小一致，如圖3所示。該通孔23也可以為圓臺狀通孔，該第一形狀231’的大小小于第二形狀232’的大小，如圖4所示?？梢孕纬删哂袌A錐狀凸起的粗糙結(jié)構(gòu)，獲取較高出光效率。在真空鍍膜時，粗糙結(jié)構(gòu)的原材料分子(或者原子或者離子)是沉積在掩模板20上且同時通過通孔23沉積在GAN晶圓片上，在沉積的過程中，通孔23的第一形狀 231 (231’ )限定的大小會由于第一形狀231 (231’ )上沉積有粗糙結(jié)構(gòu)材料而慢慢變小，直至完全被該材料填滿(即通孔23的上面被鍍膜材料為密封)，因此，在鍍膜過程，由于鍍膜材料的通行面積逐漸的縮小，所以沉積在GAN晶圓片表面的沉積材料就越來越少，形成底下大上面小的錐狀凸起，由于各通孔23的陣列排布和通孔之間的間距，從而在GAN晶圓片的表面形成規(guī)則錐狀凸起結(jié)構(gòu)，達(dá)到更好的出光，提升了出光效率。優(yōu)選圓臺狀通孔，在該錐狀凸起的高度小于掩模板的厚度時，鍍膜材料可以將第一形狀填滿。因此，錐狀凸起的尖部不會與第一形狀中的鍍膜材料接觸，分離掩模板與GAN 晶圓片，會較圓柱形通孔要容易并且不會破壞錐狀凸起的尖部形狀。該第二形狀、第一形狀的大小關(guān)系由掩模板的厚度和真空鍍膜機(jī)的參數(shù)決定。當(dāng)然也可以由該第二形狀、第一形狀的大小及掩模板的厚度決定真空鍍膜機(jī)的參數(shù)。一般該第二形狀的大小大于等于該第一形狀的大小。該第二形狀可以為圓形或者多邊形，并沒有特別的限制。如圖6所示，該方法形成的GAN發(fā)光二極管外延片，包括GAN晶圓片和位于該GAN 晶圓片表面的錐狀凸起的粗糙結(jié)構(gòu)500，該GAN晶圓片包括藍(lán)寶石襯底100以及依次位于該藍(lán)寶石襯底100上的N型GAN層200、發(fā)光層300和P型GAN層400。優(yōu)選該錐狀凸起為圓錐凸起，達(dá)較高出光效率。該圓錐凸起的底面直徑為2. 5-4. 5微米，其母線與GAN晶圓片表面所成的角度為 100-120度，且圓錐凸起的間距為2-3微米，對發(fā)光二極管的光取出最佳，可實現(xiàn)在原有基礎(chǔ)增加10% -15%的出光效率。一般3英寸的GAN發(fā)光二極管外延片，可以獲得約4500個GAN發(fā)光二極管芯片。
如圖7所示，該圖示出了發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。該GAN發(fā)光二極管芯片是在上述GAN發(fā)光二極管外延片的基礎(chǔ)上通過制作電極和崩裂分離而形成(這方法為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的技術(shù)，在此不再贅述。)，因此，就結(jié)構(gòu)而言，該發(fā)光二極管芯片比發(fā)光二極管外延片多第一電極60和第二電極70，該第一電極60與P型GAN電連接，該第二電極 70與N型GAN電連接。圖5是發(fā)明實施例的鍍膜中真空鍍膜機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖5所示，該真空鍍膜機(jī)10包括擋板(未示出)、抽氣系統(tǒng)(未示出)、通過抽氣接口 150與抽氣系統(tǒng)連接的腔體110、位于腔體一端部的公轉(zhuǎn)板120、位于公轉(zhuǎn)板120上的自轉(zhuǎn)板130和位于腔體與公轉(zhuǎn)板120正對著的另一端部的源固定部140。該段中的“上” 是指固定在其上，例如自轉(zhuǎn)板130固定在公轉(zhuǎn)板120上，具體，本實施例是指自轉(zhuǎn)板130固定位于在公轉(zhuǎn)板120的下面。首先，將GAN晶圓片30固定到自轉(zhuǎn)板130上；其次，將掩模板20緊貼固定到GAN晶圓片30上；采用磁鐵固定方法固定，減少掩模板固定對鍍膜的影響。其實也可以先將掩模板20緊貼固定到GAN晶圓片30上形成GAN晶圓片組件，然后再將GAN晶圓片組件固定到自轉(zhuǎn)板130上，該掩模板20位于源固定部140和GAN晶圓片之間。該緊貼是指掩模板20與GAN晶圓片30之間理想狀態(tài)是沒有間隙，當(dāng)然，在現(xiàn)實工藝中，只要該間隙在合理范圍內(nèi)也認(rèn)為是緊貼固定。該掩模板的厚度為10微米，該通孔為圓柱形通孔，該通孔排列為圓形陣列排布， 該通孔的第一形狀的大小為3微米，間距為4微米；然后，開啟抽氣系統(tǒng)，當(dāng)腔體110內(nèi)的真空度達(dá)到0. 001PA時，開啟電子槍，將電子槍高電壓調(diào)到: 伏，調(diào)大電子槍束流預(yù)熔二氧化硅膜料，此時真空度下降。當(dāng)真空度達(dá)到 0. 001ΡΑ時，開偏壓，開偏壓時要慢慢加大到200伏。打開擋板(未示出)開始鍍膜，通過監(jiān)控儀控制鍍膜的厚度，厚度顯示3微米時關(guān)擋板，關(guān)抽氣設(shè)備，進(jìn)氣體升壓。分離掩模板20 與GAN晶圓片30，得到GAN外延片。最后，將GAN外延片放入到退火爐中，在500度中退火。可以增加該粗糙結(jié)構(gòu)與 GAN晶圓片之間的結(jié)合力。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，包括如下步驟 步驟一、提供發(fā)光二極管晶圓片；步驟二、將具有通孔的掩模板緊貼在所述晶圓片的表面，通過真空鍍膜機(jī)在所述晶圓片的表面形成折射率小于1. 5的粗糙結(jié)構(gòu)；步驟三、分離所述掩模板，得到發(fā)光二極管外延片。
2.如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述掩模板為鋼板。
3.如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述通孔具有位于掩模板上表面的第一形狀和位于掩模板下表面的第二形狀，所述第一形狀為圓形。
4.如權(quán)利要求3述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述第一形狀的直徑為2-5微米。
5.如權(quán)利要求3述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述第一形狀的面積小于第二形狀的面積。
6.如權(quán)利要求3所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述通孔為陣列排布。
7.如權(quán)利要求6所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述第一形狀之間的間距為2-3微米。
8.如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述掩膜板的厚度為5-15微米。
9.如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述粗糙結(jié)構(gòu)的材料為二氧化硅、氟化鈣或者氟化鎂。
10.如權(quán)利要求9所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述步驟三之后， 還包括將發(fā)光二極管外延片放入到退火爐中，在500度中退火的步驟。
11.如權(quán)利要求1所述發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述掩模板正對著蒸發(fā)源或靶源。
12.一種發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述發(fā)光二極管外延片由權(quán)利要求1-11任一項所述制作方法制作得到。
13.一種發(fā)光二極管芯片，其特征在于，所述發(fā)光二極管芯片由權(quán)利要求12所述的發(fā)光二極管外延片經(jīng)由制備電極、崩裂而得到。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管外延片、芯片及其制作方法。該發(fā)光二極管外延片的制作方法，具體如下首先，提供發(fā)光二極管晶圓片；其次，將具有通孔的掩模板緊貼在所述晶圓片的表面，通過真空鍍膜機(jī)在所述晶圓片的表面形成折射率小于1.5的粗糙結(jié)構(gòu)；然后，分離所述掩模板，得到發(fā)光二極管外延片。該方法通過掩模板在晶圓片的表面形成粗糙結(jié)構(gòu)形成一種發(fā)光二極管外延片，使得由該發(fā)光二極管外延片制作得到的發(fā)光二極管芯片的出光效率得到有效提升。
文檔編號C23C14/04GK102479891SQ20101057146
公開日2012年5月30日 申請日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
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