[發明專利]具有導光柱的高壓LED芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201210476252.2
• 申請日: 2012-11-22
• 公開（公告）號: CN103022298A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 王洪;葉菲菲;黃華茂;吳躍鋒
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20;H01L27/15;H01L33/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及LED芯片領域，特別涉及高壓LED芯片的制備技術。

背景技術

隨著外延生長技術的完善和多量子阱結構的發展,?高亮度LED的內量子效率已有了很大的改善。目前，LED芯片的光提取效率已經成為限制LED發光效率的主要因素。現有提高芯片的光提取效率的技術途徑，主要有芯片塑性技術、分布布拉格（DBR）反射鏡技術、倒裝技術、表面粗化技術和光子晶體技術。這些技術都在不同程度上提高了GaN基發光二極管的發光亮度，但它們都集中于改善芯片的正面的出光效率。發光二極管發光的性質為自發輻射，沒有方向性，可以近似看作各向同性發光。因此，以上技術對LED芯片的側面發光出光效率并無改善。

現有的提高側面出光效率的技術有六邊形芯片以及平行四邊形芯片，通過改變多邊形內角的大小，使在芯片某一側面發生全反射的光線可在另一側面出射，達到提高光提取效率的目的，但是這種多邊形的芯片外形在芯片切割方面具有一定難度，不利于大規模量產。

發明內容

針對LED芯片面臨的主要問題，本發明提供了具有導光柱的高壓LED芯片，該結構制作方便，能夠提高高壓LED芯片的出光效率。本發明采用如下技術方案：

一種具有導光柱的高壓LED芯片，通過光刻工藝，在高壓芯片每顆晶粒單元的側面形成具有傾斜角度的導光柱，所述側面包含外延層側面和襯底側面，導光柱的橫截面形狀是波浪形、三角形或半圓形的周期性結構。

進一步改進的，所述每顆晶粒單元的側面具有正梯形底角的傾斜角度，正梯形的底角是30°-150°。

進一步改進的，相鄰兩顆晶粒單元之間刻蝕有隔離槽，隔離槽的深度向下延伸至藍寶石層。

本發明還提供一種具有導光柱的高壓LED芯片的制備方法，其包括如下步驟：

（1）通過光刻工藝，利用感應耦合等離子（ICP）刻蝕約11000?-15000??深度，在每顆LED晶粒的表面刻蝕出N型GaN臺面，使每顆LED晶粒的N型GaN露出；

（2）在外延片的表面沉積厚度5000??-10000??的SiO₂保護層，并在SiO2層上面制作4μm-7μm的光刻膠保護層，以制備高壓LED芯片的隔離槽，同時在每顆小晶粒的側面制備導光柱結構；

（3）在外延片表面蒸鍍氧化銦錫（ITO）透明導電層，通過光刻工藝，采用化學蝕刻方法，僅保留P型GaN上的ITO透明導電層，用以提高電流在P型GaN表面分布的均勻性；之后，在外延片表面沉積厚度為2000??-7000??的SiO₂絕緣層，通過光刻、濕法刻蝕，在溝槽間電極連接處制作橋接絕緣層；

（4）通過光刻工藝，在所述P電極區和N電極區分別制作P電極和N電極，同時在橋接絕緣層上蒸鍍連接電極，使一顆LED晶粒的P電極與另一LED晶粒的N電極通過連接電極連接，多顆LED晶粒之間通過連接電極連接形成串聯電路，構成完整的高壓LED芯片。

進一步的，步驟（2）中隔離槽和導光柱的制備具體包括：首先通過光刻工藝在所述光刻膠保護層制備隔離槽圖案和導光柱圖案，導光柱圖案是分布在每個小晶粒邊緣的橫截面為波浪形、三角形或半圓形的周期性結構；再利用BOE溶液蝕刻SiO₂保護層，使小晶粒之間的GaN暴露，從而將隔離槽圖案和導光柱圖案轉移到SiO₂層；然后利用感應耦合等離子（ICP）刻蝕，將隔離槽圖案和導光柱圖案轉移到GaN層，其中，在ICP刻蝕過程中，通過調節刻蝕氣體BCl₃和Cl₂的比例，比例范圍在1：1~1：20，以形成每顆小晶粒的正梯形側面角度，從而制備具有側面傾斜角度的導光柱。

與現有技術相比，本發明的有益效果及優點：導光柱能夠改變光束由GaN基發光二極管材料傳播至空氣時的入射角以避免全反射，同時能夠避免光束在該GaN基發光二極管內部重復反射而造成的損耗，達到提高高壓LED芯片的側面出光效率的目的。同時具有側面角度的這種結構能夠保證蒸鍍連接橋時不出現短路，側壁出光能夠增大每顆晶粒的發光面積，同時能夠減少晶粒側面發出的光線在晶粒與晶粒之間、晶粒與襯底之間以及晶粒內部發生來回折反射造成的損耗，由此提升了芯片亮度，提高了器件可靠性。

附圖說明

圖l為實施方式中刻蝕出N型GaN臺面后高壓LED芯片的側視圖。

圖2為實施方式中隔離槽刻蝕后高壓LED芯片的側視圖。

圖3?為實施方式中隔離槽刻蝕后高壓LED芯片單個晶粒單元的俯視圖。