太阳城集团

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发光二极管晶粒的制作方法.pdf

摘要
申请专利号:

CN201010611477.5

申请日:

2010.12.29

公开号:

CN102544248B

公开日:

2015.01.07

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情: 授权|||实质审查的生效号牌文件类型代码:1604号牌文件序号:101322524142IPC(主分类):H01L 33/00专利申请号:2010106114775申请日:20101229|||公开
IPC分类号: H01L33/00(2010.01)I; H01L33/04(2010.01)I; H01L33/12(2010.01)I 主分类号: H01L33/00
申请人: 展晶科技(深圳)有限公司; 荣创能源科技股份有限公司
发明人: 凃博闵; 黄世晟
地址: 518109 广东省深圳市宝安区龙华街道办油松第十工业区东环二路二号
优先权:
专利代理机构: 深圳市赛恩倍吉知识产权代理有限公司 44334 代理人: 汪飞亚
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法律状态
申请(专利)号:

太阳城集团CN201010611477.5

授权太阳城集团号:

太阳城集团102544248B||||||

法律状态太阳城集团日:

太阳城集团2015.01.07|||2012.09.05|||2012.07.04

法律状态类型:

授权|||实质审查的生效|||公开

摘要

太阳城集团一种发光二极管晶粒的制作方法,通过在发光二极管晶粒底部形成一层二氧化硅图案层,在半导体发光结构生长完成之后,利用第一种蚀刻液把二氧化硅图案层去除。此时,在侧向蚀刻的过程中,第二种蚀刻液将进入到发光二极管晶粒的底部并从底部开始蚀刻。该方法可有效加快半导体发光结构形成倒锥状结构的过程,从而提高发光二极管晶粒的出光效率,并有效降低蚀刻过程所需的温度。

权利要求书

1: 一种发光二极管晶粒的制作方法, 其包括以下步骤 : 提供一基板, 基板上形成有二氧化硅图案层, 该图案层将基板分割成多个外延生长区 域; 在外延生长区域生长半导体发光结构, 控制外延生长的条件, 使相邻的半导体发光结 构之间具有间隙以显露出部分二氧化硅图案层 ; 利用第一种蚀刻液去除二氧化硅图案层 ; 利用第二种蚀刻液对半导体发光结构进行侧向蚀刻, 所述第二种蚀刻液注入半导体发 光结构之间的间隙以及二氧化硅图案层去除后所留下的间隙中, 从而使半导体发光结构形 成倒锥状的结构 ; 在半导体发光结构的部分区域上蚀刻出电极平台, 然后在半导体发光结构表面制作电 极; 将基板沿半导体发光结构之间的间隙进行切割, 形成多个发光二极管晶粒。
2: 如权利要求 1 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述基板选自蓝宝 石基板、 碳化硅基板和氮化硅基板其中之一。
3: 如权利要求 2 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述基板为图形化 蓝宝石基板。
4: 如权利要求 1 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述第一种蚀刻液 为氢氟酸与氟化铵混合而成的缓冲蚀刻液。
5: 如权利要求 1 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述第二种蚀刻液 为氢氧化钾溶液。
6: 如权利要求 5 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在对半导体发光结 构进行侧向蚀刻的过程中, 所述蚀刻过程在低于 100 度的温度下进行。
7: 如权利要求 6 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在对半导体发光结 构进行侧向蚀刻的过程中, 所述氢氧化钾溶液的浓度为 2 摩尔每升到 7 摩尔每升之间, 蚀刻 的太阳城集团在 5 分钟至 30 分钟之间。
8: 如权利要求 7 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在温度为 75 度情况 下, 利用浓度为 2 摩尔每升的氢氧化钾溶液对半导体发光结构侧向蚀刻 15 分钟。
9: 如权利要求 1 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 所述半导体结构包 括沿远离基板方向依次排列的 GaN 缓冲层、 n 型 GaN 层、 InGaN/GaN 多量子阱结构以及 p 型 GaN 层。
10: 如权利要求 9 所述的发光二极管晶粒的制作方法, 其特征在于, 在电极的制作过程 中, 将部分半导体结构蚀刻至 n 型 GaN 层, 然后在 p 型 GaN 层和 n 型 GaN 层表面分别制作 p 型接触电极和 n 型接触电极。

说明书


发光二极管晶粒的制作方法

    技术领域 本发明涉及一种发光二极管晶粒的制作方法, 尤其涉及一种具有高出光效率的发 光二极管晶粒的制作方法。
     背景技术 发光二极管 (Light Emitting Diode, LED) 是一种可将电流转换成特定波长范围 的光的半导体元件。 发光二极管以其亮度高、 工作电压低、 功耗小、 易与集成电路匹配、 驱动 简单、 寿命长等优点, 从而可作为光源而广泛应用于照明领域。
     传统的发光二极管晶粒通常为矩形结构。 由于发光二极管晶粒所用材料与外界空 气或封装材料之间的折射率相差较大, 发光二极管晶粒所发出的光线很容易在界面上发生 全反射而返回晶粒内部, 而无法出射到外界。 为提高发光二极管晶粒的光取出效率, 可将发 光二极管晶粒设置成倒锥状的结构, 而使发光二极管晶粒的侧面与底面倾斜。该结构可破 坏光线在侧面发生向下的全反射的条件, 从而使光线从发光二极管晶粒中出射。形成上述 倒锥状结构的一种方法是采用湿蚀刻的方法, 即采用蚀刻液对发光二极管晶粒的侧面进行 蚀刻。由于晶粒底部的晶格品质低于晶粒顶部的晶格品质, 晶粒底部的蚀刻速度比晶粒顶 部的蚀刻速度要快, 从而可以形成倒锥状结构的发光二极管晶粒。 然而, 上述的蚀刻过程需 在大于 170 度的温度下进行, 并且其蚀刻速度也较为缓慢。
     发明内容 有鉴于此, 有必要提供一种发光二极管晶粒的制作方法, 从而可在较低的温度下 对发光二极管晶粒进行侧向蚀刻, 以使发光二极管晶粒形成倒锥状的结构。
     一种发光二极管晶粒的制作方法, 其包括以下步骤 :
     提供一基板, 基板上形成有二氧化硅图案层, 该图案层将基板分割成多个外延生 长区域 ;
     在外延生长区域生长半导体发光结构, 控制外延生长的条件, 使相邻的半导体发 光结构之间具有间隙以显露出部分二氧化硅图案层 ;
     利用第一种蚀刻液去除二氧化硅图案层 ;
     利用第二种蚀刻液对半导体发光结构进行侧向蚀刻, 所述第二种蚀刻液注入半导 体发光结构之间的间隙以及二氧化硅图案层去除后所留下的间隙中, 从而使半导体发光结 构形成倒锥状的结构 ;
     在半导体发光结构的部分区域蚀刻出电极平台, 然后在半导体发光结构表面制作 电极 ;
     将基板沿半导体发光结构之间的间隙进行切割, 形成多个发光二极管晶粒。
     与现有技术相比, 本发明通过在发光二极管晶粒底部形成一层二氧化硅图案层, 在半导体发光结构生长完成之后, 利用第一种蚀刻液把二氧化硅图案层去除。 此时, 在侧向 蚀刻的过程中, 第二种蚀刻液将进入到发光二极管晶粒的底部并从底部开始蚀刻, 加快了
     使半导体发光结构形成倒锥状的结构的过程, 从而有效提高发光二极管晶粒的出光效率, 并可有效降低蚀刻过程中所需的温度。
     下面参照附图, 结合具体实施例对本发明作进一步的描述。 附图说明
     图 1 是本发明实施例所提供的蓝宝石基板的截面示意图。 图 2 是图 1 中的蓝宝石基板的俯视示意图。 图 3 是在图 1 中的蓝宝石基板上生长半导体发光结构的截面示意图。 图 4 是对图 3 中的二氧化硅图案层进行腐蚀后的截面示意图。 图 5 是对图 4 中的半导体发光结构进行侧面腐蚀后的截面示意图。 图 6 是在图 5 中的半导体发光结构制作电极的过程。 图 7 是将图 6 中的基板切割而形成发光二极管晶粒的截面示意图。 图 8 是本发明实施例的发光二极管晶粒的光线出射示意图。 主要元件符号说明 发光二极管晶粒 100 基板 110 二氧化硅图案层 120 外延生长区域 130 半导体发光结构 140 GaN 缓冲层 141 n 型 GaN 层 142 InGaN/GaN 多量子阱结构 143 p 型 GaN 层 144 间隙 150 空隙 160 电极平台 170 p 型接触电极 171 n 型接触电极 172具体实施方式
     图 1- 图 5 为本发明的发光二极管晶粒的制作过程示意图。
     如图 1 所示, 首先提供一基板 110, 该基板 110 选自蓝宝石基板、 碳化硅基板和氮化 硅基板其中之一。然后在基板 110 上制作二氧化硅图案层 120。该二氧化硅图案层 120 将 基板 110 分割成多个外延生长区域 130。在本实施例中, 基板 110 的厚度为 430 微米。所述 二氧化硅图案层 120 由多条交叉排列形成栅格结构的直线组成, 如图 2 所示。 所述二氧化硅 图案层 120 围成多个正方形的外延生长区域 130, 所述直线的线宽为 20 微米, 所述外延生长 区域 130 的边长为 300 微米。根据需要, 该基板 110 亦可为图案化蓝宝石基板 (patterned sapphire substrate, PSS)。
     如图 3 所示, 在外延生长区域 130 生长半导体发光结构 140。该半导体发光结构140 包括沿远离基板 110 方向依次排列的 GaN 缓冲层 141、 n 型 GaN 层 142、 InGaN/GaN 多 量子阱结构 143 以及 p 型 GaN 层 144。其中, n 型 GaN 层 142 的厚度为 4 微米, p 型 GaN 层 144 的厚度为 0.1 微米。 控制外延生长的条件, 使相邻的半导体发光结构 140 之间形成间隙 150, 用以显露出部分二氧化硅图案层 120。
     如图 4 所示, 使用缓冲蚀刻液 (Buffered Oxide Etch) 去除二氧化硅图案层 120。 该缓冲蚀刻液由氢氟酸与氟化铵按一定的比例混合而成, 其可有效对二氧化硅图案层 120 进行蚀刻。当二氧化硅图案层 120 被完全去除后, 在原二氧化硅图案层 120 所在的位置形 成有空隙 160。
     如图 5 所示, 使用氢氧化钾溶液对半导体发光结构 140 进行侧向蚀刻。该氢氧化 钾溶液的浓度为 2 摩尔每升 (mol/L) 到 7 摩尔每升 (mol/L) 之间, 所述蚀刻的温度小于 100 度, 蚀刻太阳城集团在 5 分钟到 30 分钟之间。该氢氧化钾溶液注入到半导体发光结构 140 之间的 间隙 150 中, 由于液体的流动性, 该氢氧化钾溶液可进入二氧化硅图案层 120 去除后所留下 的空隙 160 中。因此, 氢氧化钾溶液可以从半导体发光结构 140 的侧面和底部同时进行蚀 刻, 可有效地使半导体发光结构 140 形成倒锥状的结构。所述氢氧化钾溶液对 GaN 的蚀刻 过程的化学反应式如下 :
     优选地, 使用 2 摩尔每升 (mol/L) 的氢氧化钾溶液, 在 75 度的温度下对半导体发 光结构 140 侧向蚀刻 15 分钟, 可使半导体发光结构 140 形成倒锥状结构, 以提高半导体发 光结构 140 的出光效率。其中, 半导体发光结构 140 的侧面与底板所在平面的夹角范围为 57 度到 62 度之间。
     如图 6 所示, 在半导体发光结构 140 的部分区域蚀刻出电极平台 170。 即将半导体 发光结构 140 从 p 型 GaN 层 144 延伸到 n 型 GaN 层 142, 显露出 n 型 GaN 层 142 的表面。然 后分别在 p 型 GaN 层 144 和 n 型 GaN 层 142 的表面制作 p 型接触电极 171 和 n 型接触电极 172。该 p 型接触电极 171 和 n 型接触电极 172 与外界电源相连接, 为半导体发光结构 140 提供驱动电流而使其发光。
     如图 7 所示, 将基板 110 沿半导体发光结构 140 之间的间隙进行切割, 从而形成多 个发光二极管晶粒 100。
     如图 8 所示, 当在 p 型接触电极 171 和 n 型接触电极 172 两端施加正向电压时, p 型 GaN 层 144 中的空穴和 n 型 GaN 层 142 中的电子将在电场的作用下在 InGaN/GaN 多量子 阱结构 143 中复合, 能量以光线的形式释放。 当发出的光线传输到半导体发光结构 140 的侧 面时, 由于半导体发光结构 140 呈倒锥状结构, 该结构可减小光线在半导体发光结构 140 侧 面的入射角, 从而减少光线在侧面发生的向下的全反射。 因此, 该倒锥状的半导体发光结构 140 可以避免因光线在侧面发生向下的全反射而返回发光二极管晶粒 100 内部的情况, 提 高了发光二极管晶粒 100 的光出射效率。 如, 从 InGaN/GaN 多量子阱结构 143 中发出的朝向 半导体发光结构 140 顶部的入射角大于 24.6 度的光线将可以在半导体发光结构 140 的顶 部发生全反射, 然后入射到半导体发光结构 140 的侧面, 然后从侧面出射。同时, 从 InGaN/ GaN 多量子阱结构 143 中发出的朝向半导体发光结构 140 底部的入射角大于 48.6 度的光线 将可以在半导体发光结构 140 的底部发生全反射, 然后再经由半导体发光结构 140 的侧面 发生全反射后, 从半导体发光结构 140 的顶面出射。
     在上述实施例中, 由于预先在半导体发光结构 140 的底部形成了二氧化硅图案层 120。当使用缓冲蚀刻液 (BOE) 去除二氧化硅图案层 120 后, 半导体发光结构 140 底部 GaN 结构的 N 原子表面 (000-1) 将可以显露出来。然后再利用氢氧化钾溶液对半导体发光结构 140 进行侧向蚀刻。此时, 由于氢氧化钾溶液可进入半导体发光结构 140 的底部, 该溶液可 从半导体发光结构 140 的侧面和底部同时进行蚀刻, 加快半导体发光结构 140 形成倒锥状 结构的过程。一般情况下上述蚀刻所遗留下的蚀刻面为 (10-1-1) 和 (11-2-2), 这两个面 与 (000-1) 平面之间的夹角分别为 57 度和 62 度左右。因此, 由于上述蚀刻过程是在半导 体发光结构 140 的底部和侧面同时进行的, 其可以在较低的温度下 ( 小于 100 度 ) 进行, 从 而缩短了蚀刻所用的太阳城集团。
太阳城集团     应该指出, 上述实施方式仅为本发明的较佳实施方式, 本领域技术人员还可在本 发明精神内做其它变化。这些依据本发明精神所做的变化, 都应包含在本发明所要求保护 的范围之内。

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