高光提取效率的LED芯片结构及其制作方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种高光提取效率的led芯片结构及其制作方法。

背景技术：

发光二极管（led）是一种将电能转化为光能的固体发光器件，其中gan基的led芯片得到了长足的发展和应用。发光二极管的发光效率主要有两方面因素：器件的内量子效率和外量子效率。由于菲涅尔损失、全反射损失和材料吸收损失的存在，使led芯片的光提取效率降低。光提取效率是指出射到空气中的光子占电子-空穴对通过辐射复合在芯片有源区产生光子的比例，其主要与led的几何结构和材料光学特性有关。为了提高光的提取效率，目前普遍采用粗化结构破坏光子的全反射，来提高光提取效率，同时粗化后的封装芯片的发光亮度更为集中。现有技术中采用的粗化结构存在光提取效率低、制作工艺复杂、工作效率低、成本高等缺点。

技术实现要素：

本申请人针对上述现有技术中采用粗化结构存在的光提取效率低、制作工艺复杂、成本高等缺点，提供了一种结构合理的高光提取效率的led芯片结构及其制作方法，能够通过icp刻蚀技术将暴漏区域的n-gan层刻蚀出来，形成n-gan台阶，同时icp在刻蚀si团簇后在台阶侧壁上形成不规则的形貌，打破光子全反射界面，显著提高光提取效率，而且采用icp刻蚀技术对si团簇和暴漏区域的n-gan层进行刻蚀具有工艺简单、成本低的优点，适合于工业批量生产。

本发明所采用的技术方案如下：

一种高光提取效率的led芯片结构，在芯片衬底上依次生长n-gan层、量子阱层和p-gan层，在p-gan层上镀ito膜，在此基础上利用沉积sio2技术和酸腐液形成si团簇，通过icp刻蚀技术将暴漏区域的n-gan层刻蚀出来，形成n-gan台阶，同时icp在刻蚀si团簇后在台阶侧壁上形成不规则的形貌。

作为上述技术方案的进一步改进：

不规则的形貌为由多个分散的半椭球组成的粗面。

ito膜经制作掩膜和腐蚀后形成图形化的ito层。

所述台阶侧壁是icp刻蚀后与芯片表面之间的落差形成的侧面或斜坡。

所述形成的n-gan台阶位于芯片结构的边缘位置。

在芯片结构表面沉积sio2绝缘层，通过电子束蒸发技术制作n、p焊盘电极。

本发明还采用技术方案如下：

一种高光提取效率的led芯片结构制作方法，包括以下步骤：

步骤s1，提供芯片衬底，利用mocvd设备在芯片衬底上依次生长n-gan层、量子阱层和p-gan层，构成led芯片外延结构；

步骤s2，利用磁控溅射技术在芯片结构上镀ito膜；

步骤s3，ito膜经制作掩膜和腐蚀后形成图形化的ito层；

步骤s4，在芯片结构的表面沉积sio2绝缘层，通过高温形成非晶硅层，利用酸腐液对非晶硅层酸腐留下si团簇；

步骤s5，通过icp刻蚀技术将暴漏区域的n-gan层刻蚀出来，形成n-gan台阶，同时icp在刻蚀si团簇后在台阶侧壁上形成不规则的形貌；

步骤s6，在芯片结构表面沉积sio2绝缘层，通过电子束蒸发技术制作n、p焊盘电极。

作为上述技术方案的进一步改进：

步骤s4中的酸腐液为hf和nh4f混合液。

步骤s5中不规则的形貌为由多个分散的半椭球组成的粗面。

步骤s5中所述台阶侧壁是icp刻蚀后与芯片表面之间的落差形成的侧面或斜坡。

本发明的有益效果如下：

本发明利用沉积sio2技术和酸腐液形成si团簇，通过icp刻蚀技术将暴漏区域的n-gan层刻蚀出来，形成n-gan台阶，同时icp在刻蚀si团簇后在台阶侧壁上形成不规则的形貌，打破光子全反射界面，能够显著提高光提取效率。本发明利用pecvd技术在芯片结构的表面沉积sio2绝缘层，通过高温形成非晶硅层，利用酸腐液比如hf和nh4f混合液，对非晶硅层酸腐留下si团簇，然后对si团簇pcp刻蚀形成不规则的形貌，所产生的形貌比如半椭球使光的提取效率大幅增加，而且工艺具有可靠实用的特点。本发明采用icp刻蚀技术对si团簇和暴漏区域的n-gan层进行刻蚀具有工艺简单、成本低的优点，适合于工业批量生产。

附图说明

图1为本发明高光提取效率的led芯片结构的结构示意图。

图2为本发明高光提取效率的led芯片结构中台阶侧壁的示意图。

图中：1、led芯片外延结构；2、ito层；3、台阶侧壁；4、不规则的形貌；5、sio2绝缘层；6、焊盘电极。

具体实施方式

下面结合附图，说明本发明的具体实施方式。

如图1所示，本发明所述的高光提取效率的led芯片结构在芯片衬底上依次生长n-gan层、量子阱层和p-gan层，构成led芯片外延结构1。在p-gan层上镀ito膜，ito膜和p-gan层形成良好的欧姆接触。ito膜经制作掩膜和腐蚀后形成图形化的ito层2。在此基础上利用pecvd（等离子增强化学气相沉积）技术在芯片结构的表面沉积sio2绝缘层5，通过高温形成非晶硅层，利用酸腐液比如hf和nh4f混合液，对非晶硅层酸腐留下si团簇。通过icp刻蚀技术将暴漏区域的n-gan层刻蚀出来，形成n-gan台阶，icp在刻蚀si团簇后在台阶侧壁3上形成不规则的形貌4，比如形成有多个半椭球的粗面。然后在芯片结构表面沉积sio2绝缘层5，通过电子束蒸发技术制作n、p焊盘电极6。所述n-gan台阶的形成是由于icp刻蚀引起的，所形成的台阶侧壁3是icp刻蚀后与芯片表面之间的落差形成的侧面或斜坡，光子可以从该台阶侧壁3出光，以增加光提取效率（见图2）。由于icp对si团簇和gan（氮化镓）的刻蚀速率是不同的，在形成台阶侧壁3的同时形成半椭球等不规则形貌。

参照图1，本发明所述的高光提取效率的led芯片结构制作方法，包括以下步骤：

步骤s1：提供芯片衬底包括但不限于蓝宝石、硅片、碳化硅片或金属，利用mocvd设备（mocvd，metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀）在芯片衬底上依次生长n-gan层、量子阱层和p-gan层，n-gan层、量子阱层和p-gan层覆盖在芯片衬底的整面构成led芯片外延结构1。mocvd是在气相外延生长（vpe）的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。

步骤s2：利用磁控溅射技术在芯片结构上镀ito膜（ito，indiumtinoxide，氧化铟锡），利用退火炉的高温快速退火（rta，rapidthermalannealing），使ito膜和p-gan层形成良好的欧姆接触。

步骤s3：利用正性光刻掩膜技术制作掩膜ito图形，通过ito腐蚀液进行腐蚀，将裸露在外的ito腐蚀掉，形成图形化的ito层2。

步骤s4：利用pecvd技术在芯片结构的表面沉积sio2绝缘层5，通过高温形成非晶硅层，利用酸腐液比如hf和nh4f混合液，对非晶硅层酸腐留下si团簇。

步骤s5：利用正性光刻掩膜技术，制作掩膜图形，通过icp刻蚀技术（icp，inductivelycoupledplasma，感应耦合等离子体刻蚀）将暴漏区域的n-gan层刻蚀出来，形成n-gan台阶。同时，由于icp对si团簇和gan（氮化镓）的刻蚀速率是不同的，在icp刻蚀后si团簇形成的形貌是不规则的，比如在台阶侧壁3上形成半椭球的粗面。

步骤s6：利用pecvd技术在芯片结构表面沉积sio2绝缘层5，利用正性掩膜技术制作光刻图形，用boe溶液（boe，bufferedoxideetch，缓冲氧化物刻蚀液）进行湿法腐蚀制作绝缘层。boe溶液由氢氟酸（49%）与水或氟化铵与水混合而成。

步骤s7：利用负性光刻掩膜技术制作焊盘电极图形，并通过电子束蒸发技术制作n、p焊盘电极6。

步骤s8：利用砂轮刀将芯片衬底上的器件进行切割，并利用裂片技术将芯片分离。通过探针台和分选机设备对切割后的芯片进行光电参数测试并分类，形成成品芯片。

在本发明中，正性光刻掩膜技术是利用正性光刻胶制成掩膜图形的技术，凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以降解反应为主的光刻胶称为正性光刻胶，简称正胶。负性光刻掩膜技术是利用负性光刻胶制成掩膜图形的技术，凡是在能量束（光束、电子束、离子束等）的照射下，以交联反应为主的光刻胶称为负性光刻胶，简称负胶。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，在不违背本发明精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。