一種發(fā)光二極管芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管芯片及其制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述LED芯片包括襯底、以及依次層疊在襯底的第一表面的N型層、發(fā)光層、P型層，P型層上設(shè)有延伸至N型層的凹槽，P型層上依次層疊有電流阻擋層、透明導(dǎo)電層、P型電極，N型層上設(shè)有N型電極，N型層、凹槽的側(cè)壁和透明導(dǎo)電層上覆蓋有鈍化層，襯底的第二表面設(shè)有反射層，襯底的第二表面為與襯底的第一表面相反的表面，LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°，LED芯片的底面為反射層的表面，LED芯片的側(cè)面為L(zhǎng)ED芯片的底面的相鄰表面。本發(fā)明可以提高LED的出光效率。
【專利說(shuō)明】
_種發(fā)光二極管芯片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管芯片及其制備方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]GaN基發(fā)光二極管(Light Emitting D1des，簡(jiǎn)稱LED)作為固態(tài)照明光源，具有節(jié)能、環(huán)保、可靠性高、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于照明、信號(hào)顯示、背光源、車燈和大屏幕顯示等領(lǐng)域，是目前研究的熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)有的LED芯片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的N型層、發(fā)光層、P型層，P型層上設(shè)有延伸至N型層的凹槽，N型層上設(shè)有N型電極，P型層上設(shè)有P型電極。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]GaN的折射率和空氣的折射率相差很大，從芯片發(fā)光層發(fā)出的光，僅有一部分光可以從器件內(nèi)部射出，大部分光都被限制在GaN內(nèi)，導(dǎo)致LED的出光效率較低。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)LED的出光效率較低的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管芯片及其制備方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管LED芯片，所述LED芯片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底的第一表面的N型層、發(fā)光層、P型層，所述P型層上設(shè)有延伸至所述N 型層的凹槽，所述P型層上依次層疊有電流阻擋層、透明導(dǎo)電層、P型電極，所述N型層上設(shè)有 N型電極，所述N型層、所述凹槽的側(cè)壁和所述透明導(dǎo)電層上覆蓋有鈍化層，所述襯底的第二表面設(shè)有反射層，所述襯底的第二表面為與所述襯底的第一表面相反的表面，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°，所述LED芯片的底面為所述反射層的表面，所述LED芯片的側(cè)面為所述LED芯片的底面的相鄰表面。
[0008]可選地，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的底面的夾角為110°?130°。
[0009]優(yōu)選地，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的底面的夾角為125°。
[0010]可選地，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、硅襯底或碳化硅襯底。[0011 ]可選地，所述反射層為分布式布拉格反射鏡DBR或全方位反射鏡0DR。
[0012]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管LED芯片的制備方法，所述制備方法包括:
[0013]在襯底的第一表面依次生長(zhǎng)N型層、發(fā)光層、P型層；
[0014]在所述P型層上開設(shè)延伸至所述N型層的凹槽；
[0015]在所述凹槽內(nèi)形成延伸至襯底的切割道，所述切割道的側(cè)壁與所述襯底的第一表面的夾角大于〇°且小于90°;
[0016]在所述P型層上依次形成電流阻擋層、透明導(dǎo)電層、P型電極，在所述N型層上形成N 型電極，并在所述透明導(dǎo)電層、所述凹槽的側(cè)壁和所述N型層上覆蓋鈍化層；
[0017]減薄所述襯底的厚度；
[0018]在所述襯底的第二表面設(shè)置反射層，所述襯底的第二表面為與所述襯底的第一表面相反的表面；
[0019]利用雙束激光器分別沿所述切割道的兩個(gè)側(cè)壁的對(duì)所述襯底進(jìn)行激光切割，切割的深度為所述襯底厚度的1/3?1/2;
[0020]利用雙刀刃劈刀分別沿雙束激光切割的方向進(jìn)行劈裂，得到若干獨(dú)立的LED芯片；[〇〇21]抽取雙刀刃之間的空氣，所述雙刀刃在大氣壓力的作用下夾緊殘留的所述襯底； [〇〇22]移走所述LED芯片；
[0023]向所述雙刀刃之間輸送空氣，所述雙刀刃松開，殘留的所述襯底在重力的作用下落入下方。
[0024]可選地，所述雙刀刃分別與氣囊連接，所述氣囊的輸氣口與氣栗的一個(gè)輸氣口連通，所述氣栗的另一個(gè)輸入口與空氣連通。[〇〇25]可選地，所述制備方法還包括:[〇〇26]對(duì)所述LED芯片進(jìn)行測(cè)試；
[0027]根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)所述LED芯片歸類放置。[〇〇28]可選地，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的底面的夾角為110°?130°。[〇〇29]可選地，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的底面的夾角為125°。
[0030]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0031]通過(guò)LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°，LED芯片的底面為反射層的表面，LED芯片的側(cè)面為L(zhǎng)ED芯片的底面的相鄰表面，LED芯片呈倒梯形結(jié)構(gòu)，一方面增大芯片側(cè)壁的出光面積，另一方面改變光線的出光角度，發(fā)光層產(chǎn)生的光的入射角度容易滿足臨界角要求而射出，避免光線限制在GaN內(nèi)被損耗，提高LED的出光效率?！靖綀D說(shuō)明】
[0032]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0033]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0034]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的襯底的側(cè)面和底面的夾角的示意圖；
[0035]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種LED芯片的制備方法的流程圖；
[0036]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的激光切割的示意圖；
[0037]圖5是本發(fā)明實(shí)施例二提供的雙刀刃劈刀的結(jié)構(gòu)示意圖?！揪唧w實(shí)施方式】[〇〇38]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。[〇〇39]實(shí)施例一
[0040]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種LED芯片，參見(jiàn)圖1，該LED芯片包括襯底1、以及依次層疊在襯底1的第一表面的N型層2、發(fā)光層3、P型層4，P型層4上設(shè)有延伸至N型層2的凹槽100，P型層4上依次層疊有電流阻擋層5、透明導(dǎo)電層6、P型電極7，N型層2上設(shè)有N型電極8，N型層 2、凹槽100的側(cè)壁和透明導(dǎo)電層6上覆蓋有鈍化層9,襯底1的第二表面設(shè)有反射層10,襯底1 的第二表面為與襯底1的第一表面相反的表面。[〇〇411在本實(shí)施例中，LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°，LED 芯片的底面為反射層10的表面，LED芯片的側(cè)面為L(zhǎng)ED芯片的底面的相鄰表面。[〇〇42] 可選地，LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角可以為110°?130°。[〇〇43]優(yōu)選地，LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角可以為125°。
[0044]可選地，襯底1可以為藍(lán)寶石襯底、硅襯底或碳化硅襯底。
[0045]在實(shí)際應(yīng)用中，光從襯底向外出射的臨界角按照如下公式計(jì)算:
[0046]9 =arcsin( 1/n)；
[0047]其中，9為臨界角，n為襯底的折射率。[〇〇48]容易知道，藍(lán)寶石襯底的折射率為1.762?1.77，硅襯底的折射率為3.42，氮化硅襯底的折射率為2.648?2.6767,因此藍(lán)寶石襯底的臨界角0為35°，硅襯底的臨界角0為 17°，氮化硅襯底的臨界角0為22°。
[0049]參見(jiàn)圖2,藍(lán)寶石襯底的臨界角余角a為55°，氮化硅襯底的折射率臨界角余角a為 73°，硅襯底的臨界角余角為68°。由于臨界角下，反射光最少，折射光最大，性能最好，因此藍(lán)寶石襯底的側(cè)面和底面的最優(yōu)夾角0為125°，氮化硅襯底的側(cè)面和底面的最優(yōu)夾角P為 107°，硅襯底的側(cè)面和底面的最優(yōu)夾角0為112°。由于材料折射率與溫度和波長(zhǎng)有關(guān)，且入射光的角度也是雜亂無(wú)章的，因此本實(shí)施例中將襯底的側(cè)面和底面的夾角限定為110°? 130。。[0〇5〇] 可選地，反射層10可以為分布式布拉格反射鏡(Distributed Bragg Reflect1n， 簡(jiǎn)稱DBR)或全方位反射鏡(Omn1-Direct1nal Ref lector，簡(jiǎn)稱0DR)。
[0051] 具體地，N型層2為N型GaN層，發(fā)光層3包括交替層疊的InGaN層和GaN層，P型層4為P 型GaN層，電流阻擋層5為Si02層，透明導(dǎo)電層6為氧化銦錫(Indium Tin Oxides，簡(jiǎn)稱IT0) 層，P型電極7為0、？丨^11、11、附^11〇、？(1中的多種材料依次層疊而成小型電極8為0^ Au、T1、N1、A1、Mo、Pd中的多種材料依次層疊而成，鈍化層9為Si02層。[〇〇52]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°， LED芯片的底面為反射層的表面，LED芯片的側(cè)面為L(zhǎng)ED芯片的底面的相鄰表面，LED芯片呈倒梯形結(jié)構(gòu)，一方面增大芯片側(cè)壁的出光面積，另一方面改變光線的出光角度，發(fā)光層產(chǎn)生的光的入射角度容易滿足臨界角要求而射出，避免光線限制在GaN內(nèi)被損耗，提高LED的出光效率。[〇〇53] 實(shí)施例二[〇〇54]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種LED芯片的制備方法，參見(jiàn)圖3，該方法包括:[〇〇55]步驟201:在襯底的第一表面依次生長(zhǎng)N型層、發(fā)光層、P型層。
[0056]在本實(shí)施例中，襯底可以為藍(lán)寶石襯底、硅襯底或碳化硅襯底，N型層為N型GaN層， 發(fā)光層包括交替層疊的InGaN層和GaN層，P型層為P型GaN層。[〇〇57] 具體地，該步驟201可以包括:[〇〇58] 利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(Metal-organic Chemical Vapor D印osit1n，簡(jiǎn)稱M0CVD)設(shè)備在襯底上依次生長(zhǎng)N型層、發(fā)光層、P型層。
[0059] 可選地，在該步驟201之后，該制備方法還可以包括:[〇〇6〇]用王水和511溶液將N型層、發(fā)光層、P型層形成的外延片表面清洗干凈。[〇〇61 ] 其中，511溶液為容量比為5:1:1的H2S〇4、H202、H20的混合液。[〇〇62] 步驟202:在P型層上開設(shè)延伸至N型層的凹槽。[〇〇63] 具體地，該步驟202可以包括:[〇〇64]在P型層上涂覆光刻膠；
[0065]對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；[0〇66] 在光刻膠的保護(hù)下，采用感應(yīng)親合等離子體刻蝕(Inductive Coupled Plasma，簡(jiǎn)稱ICP)技術(shù)刻蝕P型層、發(fā)光層、N型層，形成從P型層延伸到N型層的凹槽；[〇〇67]去除光刻膠。[〇〇68]步驟203:在凹槽內(nèi)形成延伸至襯底的切割道。[〇〇69]在本實(shí)施例中，切割道的側(cè)壁與襯底的第一表面的夾角大于0°且小于90°。[〇〇7〇] 具體地，該步驟203可以包括:[〇〇71]在凹槽內(nèi)涂覆光刻膠；
[0072]對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0073]在光刻膠的保護(hù)下，先采用ICP技術(shù)刻蝕N型層，再用腐蝕溶液對(duì)N型層進(jìn)行腐蝕， 形成從P型層延伸到N型層的切割道；[〇〇74]去除光刻膠。[〇〇75] 步驟204:在P型層上依次形成電流阻擋層、透明導(dǎo)電層、P型電極，在N型層上形成N 型電極，并在透明導(dǎo)電層、凹槽的側(cè)壁和N型層上覆蓋鈍化層。[〇〇76] 在本實(shí)施例中，電流阻擋層為Si02層，透明導(dǎo)電層為IT0層，P型電極為Cr、Pt、Au、 11、附^1、]?〇、？(1中的多種材料依次層疊而成小型電極為0、？1411、11、附^1、]\1〇、？(1中的多種材料依次層疊而成，鈍化層為Si02層。
[0077]具體地，形成電流阻擋層，可以包括:
[0078]米用等離子體增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積(Plasma Enhanced Chemical Vapor D印os i t i on，簡(jiǎn)稱PECVD)技術(shù)沉積電流阻擋層；[〇〇79]在電流阻擋層上涂覆光刻膠；
[0080]對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0081]在光刻膠的保護(hù)下，刻蝕電流阻擋層，形成設(shè)定圖形的電流阻擋層；[〇〇82]去除光刻膠。[〇〇83] 具體地，形成透明導(dǎo)電層，可以包括:
[0084]采用采用電子束蒸鍍或磁控濺射技術(shù)形成透明導(dǎo)電層；[〇〇85]在透明導(dǎo)電層上涂覆光刻膠；
[0086]對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0087]在光刻膠的保護(hù)下，刻蝕透明導(dǎo)電層，形成設(shè)定圖形的透明導(dǎo)電層；[〇〇88]去除光刻膠。[0〇89]具體地，形成鈍化層，包括:
[0090] 采用PECVD、常壓化學(xué)氣相淀積(APCVD)或原子層沉積(Atomic Layer Deposit 1n，簡(jiǎn)稱ALD)技術(shù)在透明導(dǎo)電層、N型層、以及凹槽側(cè)壁上沉積鈍化層；[0091 ]在鈍化層上涂覆光刻膠；
[0092]對(duì)光刻膠進(jìn)行曝光和顯影，形成設(shè)定圖形的光刻膠；
[0093]在光刻膠的保護(hù)下，刻蝕鈍化層，形成設(shè)定圖形的鈍化層。
[0094]具體地，形成P型電極和N型電極，可以包括:
[0095]采用電子束蒸鍍或磁控濺射等技術(shù)在透明導(dǎo)電層上形成金屬層；
[0096]剝離光刻膠，形成P型電極和N型電極。[〇〇97]步驟205:減薄襯底的厚度。[〇〇98]具體地，減薄后的襯底的厚度為80?200M1。[〇〇99]步驟206:在襯底的第二表面設(shè)置反射層。
[0100]在本實(shí)施例中，襯底的第二表面為與襯底的第一表面相反的表面。[〇1〇1]在本實(shí)施例中，反射層為DBR或0DR。[〇1〇2] 具體地，該步驟206可以包括:[〇1〇3]采用光學(xué)鍍膜方式在襯底底部形成一層或多層高反射膜。
[0104]步驟207:利用雙束激光器分別沿切割道的兩個(gè)側(cè)壁的對(duì)襯底進(jìn)行激光切割。
[0105]在本實(shí)施例中，切割的深度為襯底厚度的1/3?1/2,如圖4所示。
[0106]步驟208:利用雙刀刃劈刀分別沿雙束激光切割的方向進(jìn)行劈裂，得到若干獨(dú)立的 LED芯片。[〇1〇7] 可選地，LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角可以為110°?130°。[〇1〇8]優(yōu)選地，LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角可以為125°。
[0109]步驟209:抽取雙刀刃之間的空氣，雙刀刃在大氣壓力的作用下夾緊殘留的襯底。
[0110]在具體實(shí)現(xiàn)中，參見(jiàn)圖5,雙刀刃401分別與氣囊402連接，氣囊402的輸氣口與氣栗 403的一個(gè)輸氣口連通，氣栗403的另一個(gè)輸入口與空氣連通。其中，雙刀刃401設(shè)置在擊錘 404的下方。
[0111]步驟210:移走LED芯片。
[0112]步驟211:向雙刀刃之間輸送空氣，雙刀刃松開，殘留的襯底在重力的作用下落入下方。
[0113]在本實(shí)施例的一種實(shí)現(xiàn)方式中，該制備方法還可以包括:
[0114] 對(duì)LED芯片進(jìn)行測(cè)試；
[0115]根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)LED芯片歸類放置。
[0116]具體地，將通過(guò)測(cè)試的LED芯片放置在一起。
[0117]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)LED芯片的側(cè)面與LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°， LED芯片的底面為反射層的表面，LED芯片的側(cè)面為L(zhǎng)ED芯片的底面的相鄰表面，LED芯片呈倒梯形結(jié)構(gòu)，一方面增大芯片側(cè)壁的出光面積，另一方面改變光線的出光角度，發(fā)光層產(chǎn)生的光的入射角度容易滿足臨界角要求而射出，避免光線限制在GaN內(nèi)被損耗，提高LED的出光效率。
[0118]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，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、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種發(fā)光二極管LED芯片，所述LED芯片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底的第一 表面的N型層、發(fā)光層、P型層，所述P型層上設(shè)有延伸至所述N型層的凹槽，所述P型層上依次 層疊有電流阻擋層、透明導(dǎo)電層、P型電極，所述N型層上設(shè)有N型電極，所述N型層、所述凹槽 的側(cè)壁和所述透明導(dǎo)電層上覆蓋有鈍化層，所述襯底的第二表面設(shè)有反射層，所述襯底的 第二表面為與所述襯底的第一表面相反的表面，其特征在于，所述LED芯片的側(cè)面與所述 LED芯片的底面的夾角大于90°且小于180°，所述LED芯片的底面為所述反射層的表面，所述 LED芯片的側(cè)面為所述LED芯片的底面的相鄰表面。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的 底面的夾角為110°?130°。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的LED芯片，其特征在于，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯片的 底面的夾角為125°。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的LED芯片，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、硅襯 底或碳化硅襯底。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的LED芯片，其特征在于，所述反射層為分布式布拉格 反射鏡DBR或全方位反射鏡ODR。6.—種發(fā)光二極管LED芯片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括:在襯底的第一表面依次生長(zhǎng)N型層、發(fā)光層、P型層；在所述P型層上開設(shè)延伸至所述N型層的凹槽；在所述凹槽內(nèi)形成延伸至襯底的切割道，所述切割道的側(cè)壁與所述襯底的第一表面的 夾角大于0°且小于90°;在所述P型層上依次形成電流阻擋層、透明導(dǎo)電層、P型電極，在所述N型層上形成N型電 極，并在所述透明導(dǎo)電層、所述凹槽的側(cè)壁和所述N型層上覆蓋鈍化層；減薄所述襯底的厚度；在所述襯底的第二表面設(shè)置反射層，所述襯底的第二表面為與所述襯底的第一表面相 反的表面；利用雙束激光器分別沿所述切割道的兩個(gè)側(cè)壁的對(duì)所述襯底進(jìn)行激光切割，切割的深 度為所述襯底厚度的1/3?1/2;利用雙刀刃劈刀分別沿雙束激光切割的方向進(jìn)行劈裂，得到若干獨(dú)立的LED芯片；抽取雙刀刃之間的空氣，所述雙刀刃在大氣壓力的作用下夾緊殘留的所述襯底；移走所述LED芯片；向所述雙刀刃之間輸送空氣，所述雙刀刃松開，殘留的所述襯底在重力的作用下落入 下方。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制備方法，其特征在于，所述雙刀刃分別與氣囊連接，所述氣 囊的輸氣口與氣栗的一個(gè)輸氣口連通，所述氣栗的另一個(gè)輸入口與空氣連通。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述制備方法還包括:對(duì)所述LED芯片進(jìn)行測(cè)試；根據(jù)測(cè)試結(jié)果對(duì)所述LED芯片歸類放置。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯 片的底面的夾角為110°?130°。10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述LED芯片的側(cè)面與所述LED芯 片的底面的夾角為125°。
【文檔編號(hào)】H01L33/20GK106098888SQ201610613142
【公開日】2016年11月9日
【申請(qǐng)日】2016年7月29日 公開號(hào)201610613142.4, CN 106098888 A, CN 106098888A, CN 201610613142, CN-A-106098888, CN106098888 A, CN106098888A, CN201610613142, CN201610613142.4
【發(fā)明人】衛(wèi)婷, 劉小星, 顧小云, 王力明
【申請(qǐng)人】華燦光電（浙江）有限公司