专利名称：一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，尤其是涉及一种具有隐形切割和侧壁蚀刻相结合的氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法。
背景技术：
目前，适合商用的蓝绿光LED都是基于GaN的III-V族化合物半导体材料。由于GaN基LED外延片的P-GaN层空穴浓度小，且P-GaN层厚度较薄，绝大部分发光时从P-GaN层透出。而P-GaN层不可避免地对光有吸收作用，导致LED芯片外量子效率不高，大大降低了 LED的发光效率。采用氧化铟锡层作为电流扩展层的透射率较高，但导致LED电压要高一些，寿命也受到影响。另外，在外加电压下，由于存在电流扩散不均匀，一些区域电流密度很大，影响LED寿命。总之，在外部量子效率方面，现有GaN基LED还是显得不足，一方面与 电流非均匀分布有关，另一方面则是与当光发射至电极会被电极本身所吸收有关。为此，改善LED发光效率的研究较为活跃，主要技术有采用表面(界面)粗化技术、生长布布拉格反射(DBR)结构、透明衬底技术、衬底剥离技术、倒装芯片技术以及异形芯片技术。其中表面(界面)粗化是较为简单有效的方式之一，诸如图形化衬底、外延表面粗化、透明导电层粗化、光子晶体等针对出光面或者衬底的粗化技术已经被广泛采用并获得明显效果。目前，C-Plane (晶面(0001))蓝宝石基板是普遍使用的蓝宝石基板，采用湿法蚀刻工艺对蓝宝石基板或外延层的侧壁进行粗化界面并改变发光二极管外形尺寸是常用手段。但是，在LED激光正划之后做侧壁湿法腐蚀过程中，往往会出现由于LED的平行于蓝宝石平边方向(晶向[10-10]或[-1010])的侧壁较垂直于平边方向(晶向[1-210]或[-12-10])的腐蚀速度不一样，导致腐蚀工艺时间、温度控制很难把握，如腐蚀时间较短或温度较低，容易发生平行于平边方向的侧壁往往腐蚀不够的现象，激光正划后留下的烧痕、碎屑等副产物不易清洗干净，进而影响出光效率、降低漏电不良率；如腐蚀时间较长或温度较高，容易出现垂直于平边方向的侧壁往往腐蚀过头，影响工艺控制的稳定性。申请号为200810042186. I的中国专利公开了一种发光二极管芯片制造方法，在做芯片的常规工艺之前，采用掩膜技术，用激光划片技术、ICP技术或RIE技术对芯片的走道刻蚀至蓝宝石衬底或刻入蓝宝石衬底5 50微米，再用磷酸(温度为100-220度)、熔融的KOH或加热的浓KOH溶液对芯片的侧壁和暴露在侧壁的N-GaN进行湿法腐蚀，使芯片形成倾斜角小于90度的侧壁或使芯片侧壁底部与蓝宝石衬底部分脱离，形成侧壁向内悬空3 40微米，采用SC-2溶液和有机溶液清洗外延片，再进行ICP或RIE刻蚀至N-GaN，最后做常规工艺。但是，该发明对发光二极管芯片不管是平行于平边方向的侧壁，还是垂直于平边方向的侧壁均采用激光划片技术后做腐蚀，容易出现发光二极管芯片平行于平边方向的侧壁清洗不干净，影响取光效率、漏电不良率和劈裂良率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种采用隐形切割和侧壁蚀刻技术相结合制作高亮度发光二极管的方法。本发明可以充分发挥隐形切割和侧壁蚀刻技术的优点，有效地增加发光二极管的侧壁出光，提升出光效率，降低漏电不良率，提高劈裂良率。一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于制作步骤如下
(1)提供蓝宝石衬底，在其上生长发光外延层；
(2)在所述外延层上生长保护层，构成LED晶片；
(3)在所述晶片正面垂直于平边的方向上形成纵向沟道，使得LED晶片暴露出纵向侧
壁； (4)在与所述纵向沟道相交的方向上，采用隐形切割从正面穿透划出横向沟道，使得LED横向侧壁获得一系列不贯通的孔洞结构；
(5)采用湿法蚀刻对上述纵向侧壁和横向侧壁进行腐蚀，使得LED晶片纵向侧壁获得一系列贯通的孔洞结构，由于溶液的流动贯穿作用，所述横向侧壁不贯通的孔洞结构腐蚀后呈贯通的孔洞结构；
(6)去除保护层；
(7)在外延层表面上制作透明导电层及P、N电极；
(8)经过研磨、劈裂工艺，得多个发光二极管芯粒。本发明的创新之处在于结合隐形切割和侧壁蚀刻技术制作高亮度发光二极管。由于常规工艺采用激光正划，会产生烧痕等副产物，而在平行于平边方向上侧壁难以彻底清洗干净现象尤为严重，所以本发明采用具有全干燥处理特点的隐形切割替换，可以减少副产物的产生，有利于获得干净的侧壁表面，避免或减少发光层发出的光线为副产物所吸收，进一步地，还可以形成周期性不贯通的孔洞结构。更进一步地，在通过酸性溶液或碱性溶液对纵向侧壁腐蚀的同时，溶液从纵向沟道往横向沟道流动，使得横向侧壁周期性不贯通的孔洞结构被蚀刻后扩大并贯通相连，进而获得纵、横侧壁均具有贯穿的周期性分布孔洞结构，这样有利于侧壁出光，可以更大程度上提升发光二极管的发光效率、降低漏电不良率、提高劈裂良率。根据本发明，优选的是，所述发光外延层包括N-GaN层、发光层和P-GaN层。根据本发明，优选的是，所述蓝宝石衬底为图形化衬底。根据本发明，优选的是，所述保护层材料为SiO2或SiNx或TiO2或前述的任意组合
之一 O根据本发明，优选的是，所述纵向沟道的深度大于横向沟道的深度。根据本发明，优选的是，所述纵向沟道的深度为5 50微米。根据本发明，优选的是，所述横向沟道的深度为5 20微米。根据本发明，优选的是，步骤5)中采用磷酸和硫酸混合溶液湿法腐蚀纵向侧壁和横向侧壁。根据本发明，优选的是，所述磷酸和硫酸混合溶液的温度大于或者等于100°C。根据本发明，优选的是，所述湿法蚀刻采用氢氧化钾或者氢氧化钠或者氨水碱性溶液或者前述的任意组合之一。根根据本发明，优选的是，所述湿法蚀刻的时间是5 20分钟。与现有技术相比，本发明的有益效果在于它有效地利用了隐形切割和侧壁蚀刻的优势，增加了发光二极管侧壁的出光效率，同时克服了激光正划工艺对GaN芯片横向侧壁留下的烧痕、碎屑等副产物腐蚀清洗困难的问题，进一步地，发光二极管纵、横侧壁均获得贯穿的周期性分布孔洞结构，更大程度地提升了芯片的发光亮度、提高发光二极管良率。
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图f 11是本发明实施例制备侧壁具有贯穿孔洞的氮化镓基高亮度发光二极管的流程不意剂面图。图中各标号表不101:图形化蓝宝石衬底
102=N-GaN 层
103:发光层 104=P-GaN 层
105:保护层
106:纵向沟道
107:横向沟道
108:横向侧壁孔洞
109:纵向侧壁孔洞
110:透明导电层
111=P电极
112N电极。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明作进一步的描述。一种氮化镓发光二极管的制作方法，其制作步骤包括
如图I所示，在图形化蓝宝石衬底101上采用金属有机化学气相沉积(MOCVD)依次外延生长=N-GaN层102、发光层103和P-GaN层104，外延层厚度为10微米。如图2所示，在外延层表面，即P-GaN层104表面上生长SiO2保护层105，构成LED晶片，其中SiO2保护层的厚度为230纳米，用于湿法腐蚀时保护外延层表面。由于腐蚀时条件较为严酷，SiO2要保证会有比较好的粘附性和致密性，所以该层SiO2成膜条件需要较高温度(300°C)以保证有较好的成膜质量。如图3和4所示，在LED晶片上垂直于平边的方向上，即B轴方向上，采用激光从LED晶片正面往下划出纵向沟道106，使得LED晶片暴露出纵向侧壁，纵向沟道的深度为30微米。如图3和5所示，在LED晶片上平行于平边的方向上，即A轴方向上，采用隐形切割从正面穿透划出横向沟道107，由于隐形切割是将半透明的激光束聚焦在纵向侧壁内部，所以使得LED横向侧壁获得周期性不贯通的孔洞结构108，横向沟道的深度为8微米。
如图6和7所示，采用湿法蚀刻工艺，对LED晶片的纵向侧壁和横向侧壁进行，蚀刻溶液选用250°C的硫酸和磷酸(比例为3 :2)，腐蚀时间为12分钟，使得外延层纵向侧壁获得周期性贯通的孔洞结构109，由于腐蚀溶液从纵向沟道106往横向沟道107流动贯穿作用，横向侧壁周期性不贯通的孔洞结构腐蚀后会呈周期性贯通的孔洞结构108。如图8所示，去除SiO2保护层105后，清洗LED晶片。如图9所示，在外延层表面，即P-GaN层104上制作ITO透明导电层110。如图10和11所示，通过光罩、蚀刻工艺，分布在在ITO透明导电层110和暴露的N-GaN层102上制作P和N电极；经过研磨、劈裂工艺，得发光二极管芯粒，其中图10是发光二极管芯粒的正面剖视图，图11是发光二极管芯粒的侧面剖视图。完成上述步骤后，即可获得如图10和11所示的侧壁具有贯穿孔洞的氮化镓基高亮度发光二极管，相比于仅采用隐形切割或者侧壁腐蚀的发光芯片，由于综合了两者的优 势，并取得了更为突出的技术效果，即发光芯片的取光效率得到更进一步提升，产品良率也大有改善。应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于制作步骤如下 提供生长衬底，在其上生长发光外延层； 在所述外延层上生长保护层，构成LED晶片； 在所述晶片正面垂直于衬底平边的方向上形成纵向沟道，使得LED晶片暴露出纵向侧壁； 在与所述纵向沟道相交的方向上，采用隐形切割从正面穿透划出横向沟道，使得LE D横向侧壁获得一系列不贯通的孔洞结构； 采用湿法蚀刻对上述纵向侧壁和横向侧壁进行腐蚀，使得LED晶片纵向侧壁获得一系 列贯通的孔洞结构，由于溶液的流动贯穿作用，所述横向侧壁不贯通的孔洞结构腐蚀后呈贯通的孔洞结构； 去除保护层； 在外延层表面上制作透明导电层及P、N电极； 经过研磨、劈裂工艺，得多个发光二极管芯粒。
2.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述生长衬底为图形化蓝宝石衬底。
3.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述保护层材料为SiO2或SiNx或TiO2或前述的任意组合之一。
4.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述纵向沟道的深度大于横向沟道的深度。
5.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述纵向沟道的深度为5 50微米。
6.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述横向沟道的深度为5 20微米。
7.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于步骤5)中采用磷酸和硫酸混合溶液湿法腐蚀纵向侧壁和横向侧壁。
8.根据权利6所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述磷酸和硫酸混合溶液的温度大于或者等于ioo°c。
9.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述湿法蚀刻采用氢氧化钾或者氢氧化钠或者氨水碱性溶液或者前述的任意组合之一。
10.根据权利I所述的一种氮化镓基高亮度发光二极管的制作方法，其特征在于所述湿法蚀刻的时间是5 20分钟。
全文摘要
本发明提供一种采用隐形切割和侧壁蚀刻技术相结合制作高亮度发光二极管的方法。本发明有效地利用隐形切割和侧壁蚀刻的优势，克服了激光正划工艺对GaN芯片横向侧壁留下的烧痕等副产物腐蚀清洗困难的问题，增加发光二极管侧壁的出光效率，进一步地，发光二极管纵、横侧壁均获得贯穿的周期性分布孔洞结构，更大程度地提升了芯片的发光亮度、降低漏电不良率、提高劈裂良率。
文档编号H01L33/00GK102832303SQ20121032497
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者郑建森, 林素慧, 彭康伟, 洪灵愿 申请人:安徽三安光电有限公司