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發光二極管晶粒的制作方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201010611477.5

申請日:

2010.12.29

公開號:

CN102544248B

公開日:

2015.01.07

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效號牌文件類型代碼:1604號牌文件序號:101322524142IPC(主分類):H01L 33/00專利申請號:2010106114775申請日:20101229|||公開
IPC分類號: H01L33/00(2010.01)I; H01L33/04(2010.01)I; H01L33/12(2010.01)I 主分類號: H01L33/00
申請人: 展晶科技(深圳)有限公司; 榮創能源科技股份有限公司
發明人: 凃博閔; 黃世晟
地址: 518109 廣東省深圳市寶安區龍華街道辦油松第十工業區東環二路二號
優先權:
專利代理機構: 深圳市賽恩倍吉知識產權代理有限公司 44334 代理人: 汪飛亞
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201010611477.5

授權公告號:

102544248B||||||

法律狀態公告日:

2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

一種發光二極管晶粒的制作方法,通過在發光二極管晶粒底部形成一層二氧化硅圖案層,在半導體發光結構生長完成之后,利用第一種蝕刻液把二氧化硅圖案層去除。此時,在側向蝕刻的過程中,第二種蝕刻液將進入到發光二極管晶粒的底部并從底部開始蝕刻。該方法可有效加快半導體發光結構形成倒錐狀結構的過程,從而提高發光二極管晶粒的出光效率,并有效降低蝕刻過程所需的溫度。

權利要求書

1: 一種發光二極管晶粒的制作方法, 其包括以下步驟 : 提供一基板, 基板上形成有二氧化硅圖案層, 該圖案層將基板分割成多個外延生長區 域; 在外延生長區域生長半導體發光結構, 控制外延生長的條件, 使相鄰的半導體發光結 構之間具有間隙以顯露出部分二氧化硅圖案層 ; 利用第一種蝕刻液去除二氧化硅圖案層 ; 利用第二種蝕刻液對半導體發光結構進行側向蝕刻, 所述第二種蝕刻液注入半導體發 光結構之間的間隙以及二氧化硅圖案層去除后所留下的間隙中, 從而使半導體發光結構形 成倒錐狀的結構 ; 在半導體發光結構的部分區域上蝕刻出電極平臺, 然后在半導體發光結構表面制作電 極; 將基板沿半導體發光結構之間的間隙進行切割, 形成多個發光二極管晶粒。
2: 如權利要求 1 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述基板選自藍寶 石基板、 碳化硅基板和氮化硅基板其中之一。
3: 如權利要求 2 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述基板為圖形化 藍寶石基板。
4: 如權利要求 1 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述第一種蝕刻液 為氫氟酸與氟化銨混合而成的緩沖蝕刻液。
5: 如權利要求 1 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述第二種蝕刻液 為氫氧化鉀溶液。
6: 如權利要求 5 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在對半導體發光結 構進行側向蝕刻的過程中, 所述蝕刻過程在低于 100 度的溫度下進行。
7: 如權利要求 6 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在對半導體發光結 構進行側向蝕刻的過程中, 所述氫氧化鉀溶液的濃度為 2 摩爾每升到 7 摩爾每升之間, 蝕刻 的時間在 5 分鐘至 30 分鐘之間。
8: 如權利要求 7 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在溫度為 75 度情況 下, 利用濃度為 2 摩爾每升的氫氧化鉀溶液對半導體發光結構側向蝕刻 15 分鐘。
9: 如權利要求 1 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述半導體結構包 括沿遠離基板方向依次排列的 GaN 緩沖層、 n 型 GaN 層、 InGaN/GaN 多量子阱結構以及 p 型 GaN 層。
10: 如權利要求 9 所述的發光二極管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在電極的制作過程 中, 將部分半導體結構蝕刻至 n 型 GaN 層, 然后在 p 型 GaN 層和 n 型 GaN 層表面分別制作 p 型接觸電極和 n 型接觸電極。

說明書


發光二極管晶粒的制作方法

    技術領域 本發明涉及一種發光二極管晶粒的制作方法, 尤其涉及一種具有高出光效率的發 光二極管晶粒的制作方法。
     背景技術 發光二極管 (Light Emitting Diode, LED) 是一種可將電流轉換成特定波長范圍 的光的半導體元件。 發光二極管以其亮度高、 工作電壓低、 功耗小、 易與集成電路匹配、 驅動 簡單、 壽命長等優點, 從而可作為光源而廣泛應用于照明領域。
     傳統的發光二極管晶粒通常為矩形結構。 由于發光二極管晶粒所用材料與外界空 氣或封裝材料之間的折射率相差較大, 發光二極管晶粒所發出的光線很容易在界面上發生 全反射而返回晶粒內部, 而無法出射到外界。 為提高發光二極管晶粒的光取出效率, 可將發 光二極管晶粒設置成倒錐狀的結構, 而使發光二極管晶粒的側面與底面傾斜。該結構可破 壞光線在側面發生向下的全反射的條件, 從而使光線從發光二極管晶粒中出射。形成上述 倒錐狀結構的一種方法是采用濕蝕刻的方法, 即采用蝕刻液對發光二極管晶粒的側面進行 蝕刻。由于晶粒底部的晶格品質低于晶粒頂部的晶格品質, 晶粒底部的蝕刻速度比晶粒頂 部的蝕刻速度要快, 從而可以形成倒錐狀結構的發光二極管晶粒。 然而, 上述的蝕刻過程需 在大于 170 度的溫度下進行, 并且其蝕刻速度也較為緩慢。
     發明內容 有鑒于此, 有必要提供一種發光二極管晶粒的制作方法, 從而可在較低的溫度下 對發光二極管晶粒進行側向蝕刻, 以使發光二極管晶粒形成倒錐狀的結構。
     一種發光二極管晶粒的制作方法, 其包括以下步驟 :
     提供一基板, 基板上形成有二氧化硅圖案層, 該圖案層將基板分割成多個外延生 長區域 ;
     在外延生長區域生長半導體發光結構, 控制外延生長的條件, 使相鄰的半導體發 光結構之間具有間隙以顯露出部分二氧化硅圖案層 ;
     利用第一種蝕刻液去除二氧化硅圖案層 ;
     利用第二種蝕刻液對半導體發光結構進行側向蝕刻, 所述第二種蝕刻液注入半導 體發光結構之間的間隙以及二氧化硅圖案層去除后所留下的間隙中, 從而使半導體發光結 構形成倒錐狀的結構 ;
     在半導體發光結構的部分區域蝕刻出電極平臺, 然后在半導體發光結構表面制作 電極 ;
     將基板沿半導體發光結構之間的間隙進行切割, 形成多個發光二極管晶粒。
     與現有技術相比, 本發明通過在發光二極管晶粒底部形成一層二氧化硅圖案層, 在半導體發光結構生長完成之后, 利用第一種蝕刻液把二氧化硅圖案層去除。 此時, 在側向 蝕刻的過程中, 第二種蝕刻液將進入到發光二極管晶粒的底部并從底部開始蝕刻, 加快了
     使半導體發光結構形成倒錐狀的結構的過程, 從而有效提高發光二極管晶粒的出光效率, 并可有效降低蝕刻過程中所需的溫度。
     下面參照附圖, 結合具體實施例對本發明作進一步的描述。 附圖說明
     圖 1 是本發明實施例所提供的藍寶石基板的截面示意圖。 圖 2 是圖 1 中的藍寶石基板的俯視示意圖。 圖 3 是在圖 1 中的藍寶石基板上生長半導體發光結構的截面示意圖。 圖 4 是對圖 3 中的二氧化硅圖案層進行腐蝕后的截面示意圖。 圖 5 是對圖 4 中的半導體發光結構進行側面腐蝕后的截面示意圖。 圖 6 是在圖 5 中的半導體發光結構制作電極的過程。 圖 7 是將圖 6 中的基板切割而形成發光二極管晶粒的截面示意圖。 圖 8 是本發明實施例的發光二極管晶粒的光線出射示意圖。 主要元件符號說明 發光二極管晶粒 100 基板 110 二氧化硅圖案層 120 外延生長區域 130 半導體發光結構 140 GaN 緩沖層 141 n 型 GaN 層 142 InGaN/GaN 多量子阱結構 143 p 型 GaN 層 144 間隙 150 空隙 160 電極平臺 170 p 型接觸電極 171 n 型接觸電極 172具體實施方式
     圖 1- 圖 5 為本發明的發光二極管晶粒的制作過程示意圖。
     如圖 1 所示, 首先提供一基板 110, 該基板 110 選自藍寶石基板、 碳化硅基板和氮化 硅基板其中之一。然后在基板 110 上制作二氧化硅圖案層 120。該二氧化硅圖案層 120 將 基板 110 分割成多個外延生長區域 130。在本實施例中, 基板 110 的厚度為 430 微米。所述 二氧化硅圖案層 120 由多條交叉排列形成柵格結構的直線組成, 如圖 2 所示。 所述二氧化硅 圖案層 120 圍成多個正方形的外延生長區域 130, 所述直線的線寬為 20 微米, 所述外延生長 區域 130 的邊長為 300 微米。根據需要, 該基板 110 亦可為圖案化藍寶石基板 (patterned sapphire substrate, PSS)。
     如圖 3 所示, 在外延生長區域 130 生長半導體發光結構 140。該半導體發光結構140 包括沿遠離基板 110 方向依次排列的 GaN 緩沖層 141、 n 型 GaN 層 142、 InGaN/GaN 多 量子阱結構 143 以及 p 型 GaN 層 144。其中, n 型 GaN 層 142 的厚度為 4 微米, p 型 GaN 層 144 的厚度為 0.1 微米。 控制外延生長的條件, 使相鄰的半導體發光結構 140 之間形成間隙 150, 用以顯露出部分二氧化硅圖案層 120。
     如圖 4 所示, 使用緩沖蝕刻液 (Buffered Oxide Etch) 去除二氧化硅圖案層 120。 該緩沖蝕刻液由氫氟酸與氟化銨按一定的比例混合而成, 其可有效對二氧化硅圖案層 120 進行蝕刻。當二氧化硅圖案層 120 被完全去除后, 在原二氧化硅圖案層 120 所在的位置形 成有空隙 160。
     如圖 5 所示, 使用氫氧化鉀溶液對半導體發光結構 140 進行側向蝕刻。該氫氧化 鉀溶液的濃度為 2 摩爾每升 (mol/L) 到 7 摩爾每升 (mol/L) 之間, 所述蝕刻的溫度小于 100 度, 蝕刻時間在 5 分鐘到 30 分鐘之間。該氫氧化鉀溶液注入到半導體發光結構 140 之間的 間隙 150 中, 由于液體的流動性, 該氫氧化鉀溶液可進入二氧化硅圖案層 120 去除后所留下 的空隙 160 中。因此, 氫氧化鉀溶液可以從半導體發光結構 140 的側面和底部同時進行蝕 刻, 可有效地使半導體發光結構 140 形成倒錐狀的結構。所述氫氧化鉀溶液對 GaN 的蝕刻 過程的化學反應式如下 :
     優選地, 使用 2 摩爾每升 (mol/L) 的氫氧化鉀溶液, 在 75 度的溫度下對半導體發 光結構 140 側向蝕刻 15 分鐘, 可使半導體發光結構 140 形成倒錐狀結構, 以提高半導體發 光結構 140 的出光效率。其中, 半導體發光結構 140 的側面與底板所在平面的夾角范圍為 57 度到 62 度之間。
     如圖 6 所示, 在半導體發光結構 140 的部分區域蝕刻出電極平臺 170。 即將半導體 發光結構 140 從 p 型 GaN 層 144 延伸到 n 型 GaN 層 142, 顯露出 n 型 GaN 層 142 的表面。然 后分別在 p 型 GaN 層 144 和 n 型 GaN 層 142 的表面制作 p 型接觸電極 171 和 n 型接觸電極 172。該 p 型接觸電極 171 和 n 型接觸電極 172 與外界電源相連接, 為半導體發光結構 140 提供驅動電流而使其發光。
     如圖 7 所示, 將基板 110 沿半導體發光結構 140 之間的間隙進行切割, 從而形成多 個發光二極管晶粒 100。
     如圖 8 所示, 當在 p 型接觸電極 171 和 n 型接觸電極 172 兩端施加正向電壓時, p 型 GaN 層 144 中的空穴和 n 型 GaN 層 142 中的電子將在電場的作用下在 InGaN/GaN 多量子 阱結構 143 中復合, 能量以光線的形式釋放。 當發出的光線傳輸到半導體發光結構 140 的側 面時, 由于半導體發光結構 140 呈倒錐狀結構, 該結構可減小光線在半導體發光結構 140 側 面的入射角, 從而減少光線在側面發生的向下的全反射。 因此, 該倒錐狀的半導體發光結構 140 可以避免因光線在側面發生向下的全反射而返回發光二極管晶粒 100 內部的情況, 提 高了發光二極管晶粒 100 的光出射效率。 如, 從 InGaN/GaN 多量子阱結構 143 中發出的朝向 半導體發光結構 140 頂部的入射角大于 24.6 度的光線將可以在半導體發光結構 140 的頂 部發生全反射, 然后入射到半導體發光結構 140 的側面, 然后從側面出射。同時, 從 InGaN/ GaN 多量子阱結構 143 中發出的朝向半導體發光結構 140 底部的入射角大于 48.6 度的光線 將可以在半導體發光結構 140 的底部發生全反射, 然后再經由半導體發光結構 140 的側面 發生全反射后, 從半導體發光結構 140 的頂面出射。
     在上述實施例中, 由于預先在半導體發光結構 140 的底部形成了二氧化硅圖案層 120。當使用緩沖蝕刻液 (BOE) 去除二氧化硅圖案層 120 后, 半導體發光結構 140 底部 GaN 結構的 N 原子表面 (000-1) 將可以顯露出來。然后再利用氫氧化鉀溶液對半導體發光結構 140 進行側向蝕刻。此時, 由于氫氧化鉀溶液可進入半導體發光結構 140 的底部, 該溶液可 從半導體發光結構 140 的側面和底部同時進行蝕刻, 加快半導體發光結構 140 形成倒錐狀 結構的過程。一般情況下上述蝕刻所遺留下的蝕刻面為 (10-1-1) 和 (11-2-2), 這兩個面 與 (000-1) 平面之間的夾角分別為 57 度和 62 度左右。因此, 由于上述蝕刻過程是在半導 體發光結構 140 的底部和側面同時進行的, 其可以在較低的溫度下 ( 小于 100 度 ) 進行, 從 而縮短了蝕刻所用的時間。
     應該指出, 上述實施方式僅為本發明的較佳實施方式, 本領域技術人員還可在本 發明精神內做其它變化。這些依據本發明精神所做的變化, 都應包含在本發明所要求保護 的范圍之內。

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發光二極管 晶粒 制作方法
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