一种高亮度发光二极管的芯片及其制造方法与流程

本发明涉及半导体
技术领域：
，特别涉及一种高亮度发光二极管的芯片及其制造方法。
背景技术：
：半导体发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)具有体积小、耗电量低、使用寿命长、安全可靠性高、卫生环保等优点，广泛应用于指示灯、显示屏、照明等领域。目前AlGaInP基LED芯片包括GaAs衬底、以及依次层叠在GaAs衬底上的N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层，P型电极设置在GaP窗口层上，N型电极设置在GaAs衬底上。在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：虽然AlGaInP基LED芯片具有极高的内量子效率，但是AlGaInP的折射率(约为2.9)与空气的折射率相差很大，AlGaInP基LED和空气的交界面的全反射临界角约为20°，有源层产生的光仅有很小一部分(约3％)可以射出到空气中，加上GaAs衬底会吸收有源层发出的光，造成AlGaInP基LED芯片的外量子效率不佳。技术实现要素：为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片及其制造方法。所述技术方案如下：一方面，本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片的制造方法，所述制造方法包括：在GaAs衬底的第一表面上依次外延生长N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层；在所述GaP窗口层上设置至少两个P型电极；在所述GaAs衬底的第二表面上的所有区域设置N型电极，得到芯片半成品，所述第二表面为与所述第一表面相反的表面；在所述GaP窗口层上沿所述芯片半成品外延生长的方向切割所述芯片半成品，形成从所述GaP窗口层延伸至所述GaAs衬底的切割道，所述切割道将所述芯片半成品分成至少两个芯片，每个芯片包括一个所述P型电极；通过所述切割道湿法腐蚀所述GaAs衬底，所述第一表面与所述第一表面的相邻表面的夹角从直角变成钝角；沿所述切割道的延伸方向劈裂所述芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。在本发明一种可能的实现方式中，所述在所述GaP窗口层上设置至少两个P型电极，包括：采用电子束蒸发技术在所述GaP窗口层上形成欧姆接触层；采用化学气相沉积技术在所述欧姆接触层上形成临时保护层；利用合金炉管对所述欧姆接触层进行高温处理，所述欧姆接触层在所述临时保护层的限制下渗入所述GaP窗口层形成欧姆接触；去除所述临时保护层，并采用电子束蒸发技术在所述欧姆接触层上形成打线粘结层；利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的所述打线粘结层和所述欧姆接触层，所述GaP窗口层在欧姆接触的作用下变成粗化表面，留下的所述打线粘结层和所述欧姆接触层形成所述P型电极。在本发明另一种可能的实现方式中，所述在所述GaP窗口层上设置至少两个P型电极，包括：采用电子束蒸发技术在所述GaP窗口层上形成欧姆接触层和打线粘结层；利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的所述打线粘结层和所述欧姆接触层，形成所述P型电极；采用化学气相沉积技术在所述打线粘结层和所述GaP窗口层上形成临时保护层；利用合金炉管对所述欧姆接触层进行高温处理，所述欧姆接触层在所述临时保护层的限制下渗入所述GaP窗口层形成欧姆接触；去除所述临时保护层。可选地，所述欧姆接触层的材料采用Au、Cr、Pt、AuBe、AuZn、Ti、Ni中的一种或多种，所述临时保护层的材料采用SiO2、SiN中的一种或两种，所述打线粘结层的材料采用Au、Al、Cr、Pt、AuBe、AuZn、Ti、Ni中的一种或多种。可选地，所述高温处理的温度为480℃，所述高温处理的时间为10min以上。在本发明又一种可能的实现方式中，所述通过所述切割道湿法腐蚀所述GaAs衬底，所述第一表面与所述第一表面的相邻表面的夹角从直角变成钝角，包括：在所述N型电极上涂覆一层光刻胶；将氨水、双氧水、水混合在一起，得到弱碱性溶液；将所述芯片半成品放入所述弱碱性溶液中，所述弱碱性溶液通过所述切割道进入所述芯片半成品内腐蚀所述GaAs衬底，将所述第一表面与所述第一表面的相邻表面的夹角腐蚀成钝角；从所述弱碱性溶液中取出所述芯片半成品，并去除所述光刻胶。可选地，所述弱碱性溶液中氨水、双氧水、水的体积比为2：1：18或者2：1：5，所述弱碱性溶液腐蚀的温度为18～22℃，所述弱碱性溶液腐蚀的时间为7～15min。另一方面，本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片，所述芯片包括GaAs衬底、以及依次层叠在所述GaAs衬底的第一表面上的N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层、P型电极，N型电极设置在所述GaAs衬底的第二表面上，所述第二表面为与所述第一表面相反的表面，所述第一表面与所述第一表面的相邻表面的夹角为钝角。可选地，所述GaP窗口层设置所述P型电极的表面为粗化表面。可选地，所述第二表面与所述第一表面的边长差为15～30μm。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将GaAs衬底进行外延生长的表面与其相邻表面的夹角从直角腐蚀成钝角，GaAs衬底呈梯形结构，一方面改变光线的出光角度，有源层产生的光的入射角度容易满足临界角要求而射出，有效减少了出光界面的全反射，避免光线限制在LED芯片内被损耗，提高LED芯片的出光效率，另一方面减少了LED芯片内吸收光的GaAs衬底，进一步提高LED芯片的出光效率，最终提高AlGaInP基LED芯片的外量子效率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本发明实施例一提供的一种高亮度发光二极管的芯片的制造方法的流程示意图；图2a-图2d是本发明实施例一提供的芯片半成品制造过程中的结构示意程图；图3是本发明实施例五提供的一种高亮度发光二极管的芯片的结构示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。实施例一本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片的制造方法，参见图1，该制造方法包括：步骤101：在GaAs衬底的第一表面上依次外延生长N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层。在本实施例中，N型限制层为N型AlInP层，有源层包括交替层叠的两种Al组分含量不同的AlGaInP层，P型限制层为P型AlInP层。步骤102：在GaP窗口层上设置至少两个P型电极。在本实施例的一种实现方式中，该步骤102可以包括：采用电子束蒸发技术在GaP窗口层上形成欧姆接触层；采用化学气相沉积技术在欧姆接触层上形成临时保护层；利用合金炉管对欧姆接触层进行高温处理，欧姆接触层在临时保护层的限制下渗入GaP窗口层形成欧姆接触；去除临时保护层，并采用电子束蒸发技术在欧姆接触层上形成打线粘结层；利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的打线粘结层和欧姆接触层，GaP窗口层在欧姆接触的作用下变成粗化表面，留下的打线粘结层和欧姆接触层形成P型电极。在本实施例的另一种实现方式中，该步骤102可以包括：采用电子束蒸发技术在GaP窗口层上形成欧姆接触层和打线粘结层；利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的打线粘结层和欧姆接触层，形成P型电极；采用化学气相沉积技术在打线粘结层和GaP窗口层上形成临时保护层；利用合金炉管对欧姆接触层进行高温处理，欧姆接触层在临时保护层的限制下渗入GaP窗口层形成欧姆接触；去除临时保护层。需要说明的是，电极直接沉积在GaP窗口层上是无法与GaP窗口层之间形成欧姆接触的，本发明一方面创造高温环境，使作为电极底部的欧姆接触层上下渗透，另一方面利用临时保护层的阻挡作用，使欧姆接触层只能向下渗透到GaP窗口层内形成欧姆接触。欧姆接触层与GaP之间形成欧姆接触之后，作为电极顶部的打线粘结层形成在欧姆接触层上时，即可与欧姆接触层之间形成欧姆接触。可选地，欧姆接触层的材料可以采用Au、Cr、Pt、AuBe、AuZn、Ti、Ni中的一种或多种。可选地，临时保护层的材料可以采用SiO2、SiN中的一种或两种。可选地，打线粘结层的材料可以采用Au、Al、Cr、Pt、AuBe、AuZn、Ti、Ni中的一种或多种。可选地，高温处理的温度可以为480℃，高温处理的时间可以为10min以上。步骤103：在GaAs衬底的第二表面上的所有区域设置N型电极，得到芯片半成品。在本实施例中，第二表面为与第一表面相反的表面。图2a为步骤103执行之后芯片半成品的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为N型限制层，3为有源层，4为P型限制层，5为GaP窗口层，6为P型电极，7为N型电极。步骤104：在GaP窗口层上沿芯片半成品外延生长的方向切割芯片半成品，形成从GaP窗口层延伸至GaAs衬底的切割道。在本实施例中，切割道将芯片半成品分成至少两个芯片，每个芯片包括一个P型电极。在具体实现中，切割道将芯片半成品切成网格状。图2b为步骤104执行之后芯片半成品的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为N型限制层，3为有源层，4为P型限制层，5为GaP窗口层，6为P型电极，7为N型电极。可选地，切割道的最大宽度可以为10～30μm，切割道的深度可以为25～50μm。优选地，切割道的最大宽度可以为15～25μm，切割道的深度可以为30～40μm。步骤105：通过切割道湿法腐蚀GaAs衬底，第一表面与第一表面的相邻表面的夹角从直角变成钝角。图2c为步骤105执行之后芯片半成品的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为N型限制层，3为有源层，4为P型限制层，5为GaP窗口层，6为P型电极，7为N型电极。在本实施例的又一种实现方式中，该步骤105可以包括：在N型电极上涂覆一层光刻胶；将氨水、双氧水、水混合在一起，得到弱碱性溶液；将芯片半成品放入弱碱性溶液中，弱碱性溶液通过切割道进入芯片半成品内腐蚀GaAs衬底，将第一表面与第一表面的相邻表面的夹角腐蚀成钝角；从弱碱性溶液中取出芯片半成品，并去除光刻胶。需要说明的是，由于弱碱性溶液是从切割道进入芯片半成品内，因此GaAs衬底内越靠近GaP窗口层的位置接触的弱碱性溶液越多，腐蚀越快，最终形成梯形结构。容易知道，将氨水、双氧水、水混合在一起之后，会将得到的弱碱性溶液搅拌均匀再使用。腐蚀过程中，光刻胶可以保护GaAs衬底的第二表面不被腐蚀。可选地，弱碱性溶液中氨水、双氧水、水的体积比可以为2：1：18，也可以为2：1：5。可选地，弱碱性溶液腐蚀的温度可以为18～22℃，弱碱性溶液腐蚀的时间可以为7～15min。可选地，光刻胶的厚度可以为2μm以上。可选地，第二表面与第一表面的边长差可以变为15～30μm。步骤106：沿切割道的延伸方向劈裂芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。图2d为步骤106执行之后芯片半成品的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为N型限制层，3为有源层，4为P型限制层，5为GaP窗口层，6为P型电极，7为N型电极。在本实施例的一种实现方式中，该步骤106可以包括：采用切割刀片沿切割道的延伸方向劈裂芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。在本实施例的另一种实现方式中，该步骤106可以包括：采用激光划片机在N型电极上划出与切割道位置相对的划道；采用切割刀片从N型电极一侧沿划道的延伸方向劈裂芯片半成品，将划道与位置相对的切割道连通，得到至少两个相互独立的芯片。可选地，切割刀片的宽度可以为10～15μm，与切割道的尺寸匹配。在实际应用中，可以先对芯片半成品进行光电参数测试，在芯片半成品通过光电参数测试之后，再沿切割道的延伸方向劈裂芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。本发明实施例通过将GaAs衬底进行外延生长的表面与其相邻表面的夹角从直角腐蚀成钝角，GaAs衬底呈梯形结构，一方面改变光线的出光角度，有源层产生的光的入射角度容易满足临界角要求而射出，有效减少了出光界面的全反射，避免光线限制在LED芯片内被损耗，提高LED芯片的出光效率，另一方面减少了LED芯片内吸收光的GaAs衬底，进一步提高LED芯片的出光效率，最终提高AlGaInP基LED芯片的外量子效率。而且GaP窗口层变成粗化表面，也可以改变光线的出光角度，进一步减少出光界面的全反射，提高AlGaInP基LED芯片的外量子效率。实施例二本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片的制造方法，是实施例一提供的制造方法的一种具体实现。具体地，该制造方法包括：步骤201：在GaAs衬底的第一表面上依次外延生长N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层。步骤202：采用电子束蒸发技术在GaP窗口层上形成欧姆接触层，欧姆接触层包括依次层叠的厚度为100埃的Au、厚度为1400埃的AuBe、厚度为2000埃的Au。步骤203：采用化学气相沉积技术在欧姆接触层上形成临时保护层，临时保护层为厚度为1500埃的SiO2。步骤204：利用合金炉管对欧姆接触层进行温度为480℃、时间为20min的高温处理，欧姆接触层在临时保护层的限制下渗入GaP窗口层形成欧姆接触。步骤205：去除临时保护层，并采用电子束蒸发技术在欧姆接触层上形成打线粘结层，打线粘结层包括依次层叠的厚度为500埃的Ti和厚度为2500埃的Au。步骤206：利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的打线粘结层和欧姆接触层，GaP窗口层在欧姆接触的作用下变成粗化表面，留下的打线粘结层和欧姆接触层形成P型电极。步骤207：减薄GaAs衬底，采用电子束蒸发技术在GaAs衬底的第二表面上的所有区域设置N型电极，N型电极包括依次层叠的厚度为100埃的Au和厚度为1600埃的AuGe。步骤208：采用化学气相沉积技术在P型电极上形成临时保护层，并通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触。步骤209：去除临时保护层，采用切割刀片形成从GaP窗口层延伸至GaAs衬底的切割道，切割道的最大宽度为20～25μm，切割道的深度为30～35μm。需要说明的是，在通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触的过程中，高温会对P型电极造成影响，因此需要再次沉积临时保护层对P型电极进行保护。同时鉴于N型电极和P型电极设置区域的不同，N型电极在高温处理的过程中，不需要沉积临时保护层进行保护。步骤210：在N型电极上涂覆一层厚度为2.5μm的光刻胶。步骤211：将氨水、双氧水、水按照2:1:18的体积比混合在一起，搅拌均匀后控制溶液为18～22℃。步骤212：将芯片半成品放入溶液中腐蚀12min。步骤213：从溶液中取出芯片半成品，并去除光刻胶。步骤214：沿切割道的延伸方向劈裂芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。实施例三本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片的制造方法，是实施例一提供的制造方法的另一种具体实现。具体地，该制造方法包括：步骤301：在GaAs衬底的第一表面上依次外延生长N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层。步骤302：采用电子束蒸发技术在GaP窗口层上形成欧姆接触层，欧姆接触层包括依次层叠的厚度为100埃的Au、厚度为1400埃的AuBe、厚度为2000埃的Au。步骤303：采用化学气相沉积技术在欧姆接触层上形成临时保护层，临时保护层为厚度为1500埃的SiO2。步骤304：利用合金炉管对欧姆接触层进行温度为480℃、时间为20min的高温处理，欧姆接触层在临时保护层的限制下渗入GaP窗口层形成欧姆接触。步骤305：去除临时保护层，并采用电子束蒸发技术在欧姆接触层上形成打线粘结层，打线粘结层包括依次层叠的厚度为500埃的Ti和厚度为2500埃的Au。步骤306：利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的打线粘结层和欧姆接触层，GaP窗口层在欧姆接触的作用下变成粗化表面，留下的打线粘结层和欧姆接触层形成P型电极。步骤307：减薄GaAs衬底，采用电子束蒸发技术在GaAs衬底的第二表面上的所有区域设置N型电极，N型电极包括依次层叠的厚度为100埃的Au和厚度为1600埃的AuGe。步骤308：采用化学气相沉积技术在P型电极上形成临时保护层，并通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触。步骤309：去除临时保护层，采用切割刀片形成从GaP窗口层延伸至GaAs衬底的切割道，切割道的最大宽度为20～25μm，切割道的深度为30～35μm。需要说明的是，在通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触的过程中，高温会对P型电极造成影响，因此需要再次沉积临时保护层对P型电极进行保护。同时鉴于N型电极和P型电极设置区域的不同，N型电极在高温处理的过程中，不需要沉积临时保护层进行保护。步骤310：在N型电极上涂覆一层厚度为2.5μm的光刻胶。步骤311：将氨水、双氧水、水按照2:1:5的体积比混合在一起，搅拌均匀后控制溶液为18～22℃。步骤312：将芯片半成品放入溶液中腐蚀7min。步骤313：从溶液中取出芯片半成品，并去除光刻胶。步骤314：沿切割道的延伸方向劈裂芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。实施例四本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片的制造方法，是实施例一提供的制造方法的另一种具体实现。具体地，该制造方法包括：步骤401：在GaAs衬底的第一表面上依次外延生长N型限制层、有源层、P型限制层、GaP窗口层。步骤402：采用电子束蒸发技术在GaP窗口层上形成欧姆接触层和打线粘结层，欧姆接触层包括依次层叠的厚度为100埃的Au、厚度为1400埃的AuBe、厚度为2000埃的Au，打线粘结层包括依次层叠的厚度为500埃的Ti和厚度为2500埃的Au。步骤403：利用光刻技术和刻蚀技术去除部分的打线粘结层和欧姆接触层,形成P型电极。步骤404：采用化学气相沉积技术在打线粘结层和GaP窗口层上形成临时保护层，临时保护层为厚度为1500埃的SiN。步骤405：利用合金炉管对欧姆接触层进行温度为480℃、时间为20min的高温处理，欧姆接触层在临时保护层的限制下渗入GaP窗口层形成欧姆接触。步骤406：减薄GaAs衬底，采用电子束蒸发技术在GaAs衬底的第二表面上的所有区域设置N型电极，N型电极包括依次层叠的厚度为100埃的Au和厚度为1600埃的AuGe。步骤407：通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触。步骤408：去除临时保护层，采用切割刀片形成从GaP窗口层延伸至GaAs衬底的切割道，切割道的最大宽度为20～25μm，切割道的深度为30～35μm。需要说明的是，在通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触的过程中，高温会对P型电极造成影响，因此在通过高温处理使P型电极中的欧姆接触层与GaP窗口层形成欧姆接触之后，并没有立即去除临时保护层，而是将临时保护层保留在通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触之后再去除，以在通过高温处理使N型电极与GaAs衬底形成欧姆接触的过程中，再次利用临时保护层对P型电极进行保护。同时鉴于N型电极和P型电极设置区域的不同，N型电极在高温处理的过程中，不需要沉积临时保护层进行保护。步骤409：在N型电极上涂覆一层厚度为2.5μm的光刻胶。步骤410：将氨水、双氧水、水按照2:1:18的体积比混合在一起，搅拌均匀后控制溶液为18～22℃。步骤411：将芯片半成品放入溶液中腐蚀12min。步骤412：从溶液中取出芯片半成品，并去除光刻胶。步骤413：沿切割道的延伸方向劈裂芯片半成品，得到至少两个相互独立的芯片。将实施例二、实施例三、实施例四得到的芯片、以及进行亮度比对的芯片进行光电参数测试，其中进行比对的芯片没有经过湿法腐蚀(即第一表面与其相邻表面的夹角为直角)，尺寸等均与实施例二、实施例三、实施例四得到的芯片相同，测试后的亮度提升比例如下表一所示：表一表面是否粗化溶液的体积比湿法腐蚀时间亮度提升比例实施例二是2:1:1812min16％实施例三是2:1:57min15％实施例四否2:1:1812min6％实施例五本发明实施例提供了一种高亮度发光二极管的芯片，可以采用实施例一、实施例二、实施例三或者实施例四提供的制造方法制造而成，参见图3，该芯片包括GaAs衬底1、以及依次层叠在GaAs衬底1的第一表面上的N型限制层2、有源层3、P型限制层4、GaP窗口层5、P型电极6，N型电极7设置在GaAs衬底1的第二表面上，第二表面为与第一表面相反的表面，第一表面与第一表面的相邻表面的夹角为钝角。可选地，GaP窗口层设置P型电极的表面可以为粗化表面。GaP窗口层变成粗化表面，可以改变光线的出光角度，减少出光界面的全反射，提高AlGaInP基LED芯片的外量子效率。可选地，第二表面与第一表面的边长差可以为15～30μm。本发明实施例通过将GaAs衬底进行外延生长的表面与其相邻表面的夹角从直角腐蚀成钝角，GaAs衬底呈梯形结构，一方面改变光线的出光角度，有源层产生的光的入射角度容易满足临界角要求而射出，有效减少了出光界面的全反射，避免光线限制在LED芯片内被损耗，提高LED芯片的出光效率，另一方面减少了LED芯片内吸收光的GaAs衬底，进一步提高LED芯片的出光效率，最终提高AlGaInP基LED芯片的外量子效率。上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页1 2 3