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    • 专利摘要:
    本实用新型公开了一种高光提取效率的LED芯片结构，包括：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。本实用新型利用沉积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。
    公开号:CN214336735U
    申请号:CN202023082850.0U
    申请日:2020-12-18
    公开日:2021-10-01
    发明作者:张秀敏
    申请人:Purui Wuxi R & D Co ltd；
    IPC主号:H01L33-22
    专利说明:
    [n0001] 本实用新型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。
    [n0002] 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。
    [n0003] 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，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。
    [n0004] 本实用新型所采用的技术方案如下：
    [n0005] 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。
    [n0006] 作为上述技术方案的进一步改进：
    [n0007] 不规则的形貌为由多个分散的半椭球组成的粗面。
    [n0008] ITO膜经制作掩膜和腐蚀后形成图形化的ITO层。
    [n0009] 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。
    [n0010] 所述形成的N-GaN台阶位于芯片结构的边缘位置。
    [n0011] 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。
    [n0012] 本实用新型的有益效果如下：
    [n0013] 本实用新型利用沉积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。本实用新型利用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。本实用新型采用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。
    [n0014] 图1为本实用新型的结构示意图。
    [n0015] 图2为本实用新型中台阶侧壁的示意图。
    [n0016] 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。
    [n0017] 下面结合附图，说明本实用新型的具体实施方式。
    [n0018] 如图1所示，本实用新型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。
    [n0019] 参照图1，本实用新型所述高光提取效率的LED芯片结构的制作方法，包括以下步骤：
    [n0020] 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-organic Chemical Vapor Deposition，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。
    [n0021] 步骤S2：利用磁控溅射技术在芯片结构上镀ITO膜（ITO，Indium Tin Oxide，氧化铟锡），利用退火炉的高温快速退火（RTA，Rapid Thermal Annealing），使ITO膜和P-GaN层形成良好的欧姆接触。
    [n0022] 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。
    [n0023] 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。
    [n0024] 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，Inductively Coupled Plasma，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。
    [n0025] 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，Buffered Oxide Etch，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。
    [n0026] 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。
    [n0027] 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。
    [n0028] 在本实用新型中，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。
    [n0029] 以上描述是对本实用新型的解释，不是对实用新型的限定，在不违背本实用新型精神的情况下，本实用新型可以作任何形式的修改。
    权利要求:
    Claims (6)
    [0001] 1.一种高光提取效率的LED芯片结构，其特征在于：在芯片衬底上依次生长N-GaN层、量子阱层和P-GaN层，在P-GaN层上设有ITO膜，在此基础上利用沉积SiO2技术和酸腐液形成Si团簇，N-GaN层刻蚀形成N-GaN台阶，Si团簇刻蚀后在台阶侧壁(3)上形成不规则的形貌(4)。
    [0002] 2.根据权利要求1所述的高光提取效率的LED芯片结构，其特征在于：不规则的形貌(4)为由多个分散的半椭球组成的粗面。
    [0003] 3.根据权利要求1所述的高光提取效率的LED芯片结构，其特征在于：ITO膜经制作掩膜和腐蚀后形成图形化的ITO层(2)。
    [0004] 4.根据权利要求1所述的高光提取效率的LED芯片结构，其特征在于：所述台阶侧壁(3)是ICP刻蚀后与芯片表面之间的落差形成的侧面或斜坡。
    [0005] 5.根据权利要求1所述的高光提取效率的LED芯片结构，其特征在于：所述形成的N-GaN台阶位于芯片结构的边缘位置。
    [0006] 6.根据权利要求1所述的高光提取效率的LED芯片结构，其特征在于：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)。
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    同族专利:
    公开号 | 公开日
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    2021-10-01| GR01| Patent grant|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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