ＬＥＤ芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种ＬＥＤ芯片及其制备方法，该芯片的边缘呈波纹状或者锯齿状。本发明专利技术提供的制备该芯片的方法包括以下步骤：在外延片上镀透明电极层，并进行ＭＥＳＡ图形光刻；化学蚀刻；等离子体刻蚀；透明电极图形光刻；芯片电极图形光刻；以及金属蒸镀和剥离形成电极，其中，上述ＭＥＳＡ图形光刻所用光刻版的边缘制作成波纹状或者锯齿状。根据本发明专利技术提供的ＬＥＤ芯片具有良好的光取出效率，克服了全反射对光取出效率的影响。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光器件领域，具体而言，涉及一种大尺寸 LED (Light-Emitting Diode)芯片及其制备方法。
技术介绍
LED作为一种节能、环保、低碳的新型发光材料，与传统照明相比较具有不可比拟 的优势。但是目前LED要在照明领域完全替代其他光源，还需要解决如光效不理想，成本 过高，降低芯片发热量，提高LED使用寿命等诸多问题，而这些问题全部都受到LED量子效 率的制约。早期LED发展集中在提高其内部量子效率上，主要采用如下方法通过提高垒 晶的质量及改变垒晶的结构，使电能不易转换成热能，进而间接提高LED的发光效率，从而 可获得70%左右的理论内部量子效率，但是这样的内部量子效率几乎已经接近理论上的极 限。而芯片的光取出效率指的是组件内部产生的光子，在经过组件本身的吸收、折射、 反射后，实际在组件外部可测量到的光子数目。从而可知，影响取出效率的因素还包括LED 芯片材料本身的吸收、芯片的几何结构、芯片所使用的材料的折射率差及组件结构的光散 射特性等。为了最大限度的提高LED芯片的光取出效率，在以往的LED技术改进中，针对 以上所述几点因素做了不同的改进。如芯片几何结构的优化设计有表面粗化、ITOandium Tin Oxide (In203+Sn02))粗化、倒装芯片、垂直结构、光子晶体等等。普通的GaN (氮化镓)基LED均采用蓝宝石作为衬底材料，在其上分别生长N_GaN、 多重量子阱、P-GaN等等层叠结构，再在其表面通过蒸镀或者气相沉积等方式形成透明导电 层、金属电极和钝化层。由于GaN材料和ITO材料的折射率分别为2. 5和2. 1左右，远远大 于空气的折射率。根据斯涅耳定律的关系Ii1Sin θ工=n2sin θ 2，只有小于临界角(Critical Angle) θ。内的光才可以被完全射出，其他的光则被反射回内部或被吸收。经计算该临界角 只有22. 2°的圆锥角。这样由量子阱产生的光仍旧有一大部分光因为全反射而最终消耗在 芯片内部，转化成热能。这样既不利于光的取出，也不利于LED的散热、而影响LED的寿命。 在LED向更大尺寸更高功率方向推进的过程中，这种不利影响将表现得更为突出。因此，如何破坏全反射条件，获得更好的光取出，就需要在图形设计方面进行优化 改良。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种LED芯片及其制备方法，对于几何尺寸较大的芯片尤为适 用。能够解决由于全反射导致的出射光吸收在芯片内部，而影响光取出、LED芯片的散热， 进而影响LED芯片寿命的问题。本专利技术提供了一种LED芯片，该芯片包括外延片，形成在该外延片上的透明电极 层和芯片电极，其中，该芯片的边缘呈波纹状或者锯齿状。进一步地，上述透明电极层表面具有波纹状图案。进一步地，上述芯片边缘的波纹状的圆弧半径为3-5微米，上述锯齿状的纵深为 2-3微米。进一步地，上述透明电极层的厚度为4200-4800A。进一步地，上述透明电极层具有1 1的蚀刻深度。另外，本专利技术提供了一种LED芯片的制备方法，包括以下步骤在外延片上镀透明 电极层，并进行MESA图形光刻；化学蚀刻；等离子体刻蚀；透明电极图形光刻；芯片电极图 形光刻；以及金属蒸镀和剥离形成电极，其中，上述MESA图形光刻所用光刻版的边缘制作 成波纹状或者锯齿状。进一步地，将上述光刻版的切割道制作成波纹状或等边三角形相连的方式。进一步地，上述切割道的波纹状呈相邻两个半圆形沿一个轴线交错相连的方式， 半圆的半径大于2微米，小于等于3微米。进一步地，上述等边三角形的边长为5微米。进一步地，采用ITO蚀刻液对上述透明电极图形光刻完成后的芯片进行蚀刻，获 得1 1的蚀刻深度。根据本专利技术，将MESA图形的边缘制作成波纹状或者锯齿状，这样极大的提高了侧 边出光的出光面积，另一方面也破坏了侧边出光的全反射条件，使光可以更好的取出。且将 该MESA图形的切割道利用等离子体刻蚀同时制作出相连的几何图形帮助光导出，该几何 图形可以是波纹状或者是以等边三角形的底边与另一等边三角形顶角相连而形成的等边 三角形相连的方式，其特点是符合几何规律排布、彼此相连。这样，在芯片制作过程中增大 了光刻胶与材质表面的接触面积，亦即增大了其相互粘附性，可防止在进行湿法蚀刻或者 显影等操作时出现图形脱落的情况，而通过ITO蚀刻，获得透明电极层几何形貌，并同时进 行芯片表面粗糙化，破坏光在透明电极层临界面的全反射条件，提高了光取出效率。从而， 克服了全反射对光取出的影响，避免导致LED散热不良，进而影响LED芯片寿命等问题。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本申请的一部分，本发 明的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中图1为MESA图形光刻版边缘的图形化设计示意图；图2为MESA图形光刻版的边缘图形以及切割道导光柱示意图；图3为MESA图形光刻版的边缘图形以及切割道导光柱示意图；图4为根据本专利技术的单颗芯粒平面图；图5为图4的单颗芯粒平面图中的方框区域透明导电层的放大图形；图6为根据本专利技术的芯片的实物照片图形；图7为根据本专利技术的一实施例的芯片结构剖视图；以及图8为根据本专利技术的MESA图形光刻版分布图。具体实施例方式下面将对本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益效果作进一步详细的说明。应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对所要求的本专利技术提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本专利技术所属
的普通技 术人员通常理解的相同含义。为达到本专利技术的目的以及其他目的，并提高产品品质，本专利技术提供了一种可以有 效地提高LED芯片光取出效率的途径，通过改变芯片的几何结构，利用现有技术在光电学 薄膜上形成几何图形，进一步优化图形结构，获得更好的光取出效果。本专利技术提供的芯片包括外延片，形成在该外延片上的透明电极层以及芯片电极。 其中，该芯片的边缘呈波纹状或者锯齿状，波纹状的圆弧半径为3-5微米，所述锯齿状的纵 深为2-3微米。专利技术人发现，当芯片边缘的波纹状圆弧半径为3-5微米，锯齿状纵深为2-3 微米时，芯片不仅可以获得精准的图形，易于对位，还增大了出光面积，降低了全反射带来 的出光损失。优选的，锯齿状的尖角角度大于45度。如图1所示，芯片的周围形成波纹状 结构。制备上述LED芯片的方法包括以下步骤在外延片上镀透明电极层，并进行透明 电极图形光刻；MESA(平台)图形光刻；以及芯片电极图形光刻，其中，上述MESA图形光刻 所用光刻版的边缘制作成波纹状或者锯齿状。通过这种对光刻板的设计，替代了传统的直 线型边缘。该波纹状圆弧半径3-5微米，而锯齿状纵深2-3微米为宜。优选的，锯齿状的尖 角角度大于45度。经过计算，改良后的芯片结构要比以往的芯片的边长多出1.5到3倍。 该比例依照芯片尺寸的不同、边缘设计的不同以及形状的差异性而略有起伏。一方面极大 的提高了侧边出光的出光面积，另一方面也破坏了侧边出光的全反射条件。优选地，如图4和图5所示，本专利技术所提供芯片上的透明电极层同样形成波纹状， 通过这种波纹状设计，提高了芯片的光取出效率。通过TCL透明导电层光刻，形成该波纹状 图形，该波纹状呈相邻两个半圆形沿一个轴线交错相连的方式，半圆的半径大于2本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种ＬＥＤ芯片，包括外延片、形成在所述外延片上的透明电极层和芯片电极，其特征在于，所述芯片的边缘呈波纹状或者锯齿状。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚禹，许亚兵，戚运东，罗正加，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：43[中国|湖南]