[發明專利]側壁具有微柱透鏡陣列圖案的LED芯片的制造方法

無效

• 申請號: 201210055790.4
• 申請日: 2012-03-05
• 公開（公告）號: CN102544269A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 姚陸軍;肖德元;張汝京;繆炳有
• 申請（專利權）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明屬于發光器件制造領域，尤其涉及一種側壁具有微柱透鏡陣列圖案的LED芯片的制造方法。

背景技術

隨著半導體集成技術的高速發展及電光效率的提高，以III族氮化物為材料的發光二極管(Light?Emitting?Diode，LED)作為一種新型光源，應用越來越廣，已經廣泛運用于交通信號燈、全彩顯示屏、液晶屏的背光源、以及汽車前后燈等，這種新型光源具有節能、環保、壽命長等諸多優點，并有望成為新一代綠色環保固態照明的發展方向。

然而，LED的制造成本和電光效率是制約其替代傳統光源應用于照明行業的速度的主要因素。單顆LED晶粒電光效率低下，那么大功率LED照明燈具必須由更多顆LED晶粒串并聯組成，這直接導致大功率LED照明燈具的成本增加，而且電能轉化為光出射的效率越低，根據能量守恒芯片材料內儲存的熱能就越多、器件結溫上升，燈具在散熱系統的材料選擇、設計會導致LED產業鏈中的各種成本的增加。顯然，若單顆LED的電光效率提高，同樣條件下光出射的數量增多，則相同的大功率LED照明燈具可少配置一些LED晶粒，由電能轉化的熱能更少，燈具在散熱系統的材料選擇、設計方面會減少成本的投入。所以，LED電光效率決定產品的制造成本，兩者成反比例關系。

LED電光效率主要由電流注入效率、內量子效率與取光效率的乘積決定。其中，芯片的電極設計和歐姆接觸電阻影響電流注入效率，一般較好的芯片的電流注入效率可達90％以上。內量子效率主要由外延生長技術、材料特性與能隙結構設計所決定，當前面臨的挑戰主要存在著缺乏合適的襯底材料、高質量、高空穴濃度的p-GaN(P型氮化鎵)摻雜困難、有源層材料InGaN(氮化鎵銦)的位錯密度高等問題，盡管如此，目前GaN(氮化鎵)外延片一般能達到70％以上的內量子效率，并隨著技術的發展還在逐年提高。相比前兩者，取光效率是影響LED電光效率低下的實質性原因。由于LED照明燈具在有源區發出的光大部分從P型區的頂部出射，而半導體材料與空氣的折射率差異比較大，例如GaN材料折射率為2.5，空氣折射率為1.0，會導致光從折射率大的半導體材料到折射率小的空氣時，在兩者的界面處存在全反射，全反射的角度約為23°，因此，大多數光由于全發射而被限制在芯片；同時，光在芯片中橫向傳輸的現象很明顯，又由于半導體材料對光存在一定的吸收，各界面處也對光有一定的損耗，當光在芯片中多次來回傳輸時，會不斷被吸收而損耗掉，未經處理的LED的有源層上產生的光僅有少部分能出射出去。所以，最后導致整個芯片的取光效率較低。

目前，常用的通過提高LED取光效率來提高LED光源芯片的電光效率的工藝包括芯片表面粗化工藝和微透鏡技術。芯片表面粗化技術通常是利用干法或濕化學刻蝕、淀積等方法使原本平整的界面變得有周期性規則(如光子晶體)或隨機的紋理結構，改變某些從有源區發出或在芯片內經反射后的光到達有源區與空氣界面時的入射角，若此時入射角小于23°，光線可有望從圓形光錐內出射，提高取光效率?，F有技術中針對芯片表面粗化工藝而進行的一種在p-GaN面濕化學腐蝕粗化提高光效的方法。眾所周知，一般情況下生長于藍寶石襯底的GaN晶體，朝外的晶面是抗腐蝕性很強的Ga原子面，常規的腐蝕條件很難對表面粗化?；谶@種思想，該方法通過對p-GaN表面再生長一Mg(鎂)高摻雜(10²⁰atoms/cm³)的p-GaN層，因為p-GaN層進行Mg高摻雜后，其Ga面與N(氮)面可實現反轉使易腐蝕的N原子面朝外，然后運用熱堿KOH(氫氧化鉀)溶液可實現表面粗化。即便如此，由于高Mg摻雜的p-GaN層的導電性較差，若太厚勢必會引起正向電壓增大，反之太薄也不利于粗化。所以，該技術存在工藝的復雜性與穩定性問題。