一种氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法技术

本发明专利技术涉及一种氮化镓基发光二极管芯片及其制作方法，制作方法包括下述步骤：在外延片表面规划出晶粒区域以及切割道区域；去除切割道区域的保护掩膜，再去除未显影的光刻胶；对切割道区域进行干蚀刻，露出Ｎ型氮化镓并形成侧壁，Ｎ型氮化镓的表面与外延片的衬底的表面的距离为１～１．５μｍ；对侧壁和Ｎ型氮化镓表面在碱性溶液中进行湿蚀刻，形成粗化的Ｎ型氮化镓侧壁和粗化的Ｎ型氮化镓表面；对Ｎ型氮化镓表面进行干蚀刻，利用外延磊晶过程中形成的晶格缺陷，使Ｎ型氮化镓表面形成纳米柱状结构，最后制作成芯片，此种芯片能提升氮化镓基发光二极管芯片的外部发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于氮化镓基发光二极管
，特别涉及一种氮化镓基发光二 极管芯片及其制作方法。
技术介绍
半导体发光二极管应用曰益广泛，特别是在照明方面有取代白炽灯和荧光 灯的趋势，但是目前还面临一些技术上的问题，特别是光取出效率比较低，通常影响光取出效率主要有三个方面的原因 一种是由于材料对光的吸收，另一 种是光在穿过不同介质时产生全反射，还有一种是光的菲涅尔效应损失。目前常规制作发光二极管芯片的技术为，在衬底1上依次外延生长得到发 光二极管的结构，N型GaN层2，有源层3， P型GaN层4，通过蚀刻的方法 得到芯片的切割道和N型GaN的表面5和侧壁6，然后制作透明导电层7，并 形成P型欧姆电极8、 N型欧姆电极9，最后用划片或切割的方法分割成单个晶 粒，也即得到单个的芯片。如图1所示，为常规工艺制作成的发光二极管芯片 的光路图，由于N型GaN折射系数较大，其临界角只有23。左右，因此只有 一部分的侧向光可以直接射出，大部分的侧向光在芯片内部形成全反射而损失 掉，从而导致芯片的外部发光效率比较低。
技术实现思路
有鉴于此，为了解决现有技术中存在的氣化镓基发光二极管芯片外部发光 效率低的问题，本专利技术的主要目的在于提供一种氮化镓基发光二极管芯片及其 制作方法，通过降低发光二极管芯片内部的全反射，增加侧向光的取出，从而 提升发光二极管芯片的外部发光效率。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是这样实现的一,氮化镓基发光二极管芯片，包括露在外面的N型氮化镓的表面和侧壁， 其中，该N型氮化镓的表面为纳米柱状结构，N型氮化镓的侧壁为粗化的侧壁。制作上述氮化镓基发光二极管芯片的方法，包括下述步骤(1 )在氮化镓基发光二极管外延片的表面先生成保护掩膜，再涂上光刻胶， 接着在光刻胶表面光刻并显影，规划出晶粒区域的图形以及切割道区域的图形，(2) 去除切割道区域的保护掩膜，并去除未显影的光刻胶，(3) 在压力大于等于5亳托且小于等于10亳托的条件下，对切割道区域 进行干蚀刻，露出N型氮化镓并形成侧壁，且N型氮化镓的表面与衬底表面的 距离大于等于lpm且小于等于1.5|am,(4) 对侧壁和N型氮化镓表面在碱性溶液中进行时间大于等于30min且 小于等于70min的湿蚀刻，形成粗化的N型氮化镓侧壁和粗化的N型氮化镓表 面，(5) 在压力大于等于5亳托且小于等于30亳托的条件下，对N型氮化镓 表面进行干蚀刻，利用外延生长时N型氮化镓与衬底磊晶过程中形成的晶格缺 陷，使N型氮化镓的表面形成纳米柱状结构，(6) 去除晶粒区域表面的保护掩膜，接着从P型氮化镓表面往下干蚀刻露 出N型氮化镓层，再在P型氮化镓表面形成透明导电膜，进一步制备P型欧姆 电极，最后在该没有经过粗化处理的N型氮化镓的表面制备N型欧姆电极，形 成氮化镓基发光二极管芯片。其中步骤(4)中湿蚀刻的时间大于等于50min且小于等于70min; 步骤(5)中干蚀刻的深度大于等于0.1pm且小于等于l.Opm; 步骤(5)中的压力大于等于15毫托且小于等于30亳托； 所述步骤(4)中N型氮化镓粗化侧壁的均方根粗糙度大于等于2.7nm且 小于等于8.2nm;步骤(4)中N型氮化镓粗化表面的均方根粗糙度大于等于3.6nm且小于 等于13.2nm;，(5)中干蚀刻的宽度大于等于tOpm且小于等于30pm。 与现有技术相比，本专利技术先釆用干蚀刻技术蚀刻切割道，再用碱性溶液浸 泡此外延片，利用湿蚀刻的非等向性蚀刻特性达到粗化侧壁及N型GaN表面 的目的，同时降低发光二极管芯片内部的全反射，且增加侧向光的取出。另外， 通常外延片在外延生长过程中，由于衬底材料和GaN的特性不匹配，在磊晶过 程中容易形成一些晶格缺陷，而且越接近衬底晶格缺陷越多。第一次干蚀刻切 割道后，N型GaN层已接近衬底材料，再次干蚀刻后，可使这些晶格缺陷显现 出来，从而形成具有纳米柱状结构的粗化表面，此粗化表面进一步降低发光二 极管芯片内部的全反射。本专利技术通过干蚀刻与湿蚀刻相结合的方法，增加了光 取出效率，最终提升了发光二极管芯片的外部发光效率。附图说明图1为常规工艺制作成的发光二极管芯片的光路图； 图2为发光二极管外延片的结构示意图； 图3为本专利技术的发光二极管芯片的制作流程图； 图4为本专利技术外延片完成光刻和第一次湿蚀刻后的俯视图； 图5为本专利技术外延片的单个晶粒完成第一次干蚀刻后的结构示意图； 图6为本专利技术外延片的单个晶粒完成第二次湿蚀刻后的结构示意图； 图7为本专利技术外延片的单个晶粒完成第二次干蚀刻后的结构示意图； 图8为放大倍数为80000倍的N型GaN局部纳米柱状结构的扫描电子显 微镜照片；图9为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图； 图IO为本专利技术氮化镓基发光二极管芯片的结构示意图。具体实施方式 实施例1提供一GaN基发光二极管外延片，如图2所示，外延片的结构包括蓝宝石6衬底11、 N型GaN层12、有源层13、 P型GaN层14。衬底的林料除了蓝宝石 以外，也可以是碳化硅、硫化锌或砷化镓。请参照图3,本专利技术所述的氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，包括下 述步骤(1) 在外延片的表面先生成保护掩膜15，再涂上光刻胶，接着利用光刻 掩膜版在光刻胶表面光刻并显影，规划出晶粒区域的图形以及切割道区域16 的图形，(2) 对切割道区域16进行湿蚀刻，蚀刻去除切割道区域16的保护掩膜 15，最后去除未显影的光刻胶，露出晶粒区域表面的保护掩膜15,如图4所示，(3) 在5亳托的压力环境下，利用等离子刻蚀机台主要以化学蚀刻的方式 对切割道区域16进行干蚀刻，露出N型GaN层12并形成侧壁，且干蚀刻后 的N型GaN表面18与蓝宝石衬底11的表面的距离为1.5pm,蚀刻的宽度为 10pm，如图5所示，该蚀刻的宽度与设计的晶粒尺寸大小有关，(4 )在碱性溶液中对侧壁和N型GaN表面18进行湿蚀刻50min,碱性溶 液与N型GaN的反应对N型GaN的侧壁和表面能产生一定的粗化效果，湿法 蚀刻的等向性蚀刻特性对侧壁和N型GaN表面18产生粗化效果，形成粗化的 N型GaN侧壁17和粗化的N型GaN表面18 (如图6所示)，N型GaN侧壁 17的均方根粗糙度为2.7nm, N型GaN表面18的均方根粗糙度为3.6nm，此 粗化的N型GaN侧壁17和表面18通过降低氮化镓基发光二极管芯片内部的 全反射而可以给光线提供更多的出射机会，(5)在5亳托的压力环境下，利用等离子刻蚀机台主要以物理撞击的方式 对完成粗化效应的N型GaN表面18进行干蚀刻，蚀刻的深度为lpm，干蚀刻 的深度与外延片的磊晶结构有关，利用N型GaN12与蓝宝石衬底11磊晶过程 中形成的晶格缺陷，从而使N型GaN的表面18形成纳米柱状结构(如图7所 示)，进一步加大了表面18的粗化效果。图8是通过扫描电子显微镜(SEM) 观察到的放大倍数为80000倍的纳米柱状结构的照片，该纳米柱状结构具有锥 柱高，密度大的粗化表面，进一步降低了氮化镓基发光二极管芯片内部的全反射，(6)去除晶粒区域表面的保护掩膜，接着从P型GaN14表面往下干蚀刻 一适当深度的台阶露出N型GaN层12，再在P型GaN14表面形成透明导电膜 19，进一步制备P型欧姆电极20,最后在该没有经过粗化处理的N本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基发光二极管芯片，包括露在外面的Ｎ型氮化镓的表面和侧壁，其特征在于，所述Ｎ型氮化镓的表面为纳米柱状结构，Ｎ型氮化镓的侧壁为粗化的侧壁。

【技术特征摘要】
1、一种氮化镓基发光二极管芯片，包括露在外面的N型氮化镓的表面和侧壁，其特征在于，所述N型氮化镓的表面为纳米柱状结构，N型氮化镓的侧壁为粗化的侧壁。2、 一种制作权利要求l的氮化镓基发光二极管芯片的方法，其特征在于， 该方法包括下述步骤(1 )在氮化镓基发光二极管外延片的表面先生成保护掩膜，再涂上光刻胶， 接着在光刻胶表面光刻并显影，规划出晶粒区域的图形以及切割道区域的图形，(2) 去除切割道区域的保护掩膜，并去除未显影的光刻胶，(3) 在压力大于等于5毫托且小于等于10亳托的条件下，对切割道区域 进行干蚀刻，露出N型氮化镓并形成侧壁，且N型氮化镓的表面与衬底表面的 距离大于等于l(im且小于等于1.5pm，(4) 对侧壁和N型氣化镓表面在碱性溶液中进行时间大于等于30min且 小于等于70min的湿蚀刻，形成粗化的N型氮化镓侧壁和粗化的N型氮化镓表 面，(5) 在压力大于等于5亳托且小于等于30亳托的条件下，对N型氮化镓 表面进行干蚀刻，利用外延生长时N型氮化镓与衬底暴晶过程中形成的晶格缺 陷，使N型氮化镓的表面形成纳米柱状结构，(6) 去除晶粒区域表面的保护掩膜，接着从P型氮化镓表面往下干蚀刻露 出N型氮化镓层，再在P型氮化镓...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈国聪，王孟源，陆前军，
申请(专利权)人：普光科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：81[中国|广州]