[发明专利]一种利用两次划片制备的GaN基发光二极管芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用两次划片制备的GaN基发光二极管芯片及制备方法，属于光电子技术领域。

背景技术

发光二极管(LED)作为一个发光器件，具有工作寿命长、耗电低、响应时间快、体积小、易调光调色、对环境无污染等优点，被人们称之为绿色光源。而高亮度LED光源的出现特别是GaN基蓝绿色LED的崛起使LED的用途发生了革命性的变革。

从理论上讲，当我们在LED的PN结上施加正向电压时，PN结会有电流流过，电子和空穴在PN结过渡层中复合会产生光子，然而并不是每一对电子-空穴对复合的载流子都会产生光子，由于LED的PN结作为杂质半导体，存在着因材料品质缺陷，位错等因素，以及工艺上的种种缺陷，会产生杂质电离、本征激发散射和晶格散射等问题，使电子从激发态跃迁到基态时会与晶格电子或离子交换能量而产生无辐射跃迁，也就是不产生光子，这部分能量将不转换成光能而转换成热能损耗在PN结内。这样就降低了芯片的内量子效率。然而存在的另一个关于LED光子逸出率的问题，即外量子效率问题，由光的传播理论中的光线折射定律可以知道，两种不同材料的界面在折射系数不相同时，对于入射光，当超出临界角范围时将被反射回芯片内而不能逸出到空气中，从而使得外量子效率大大降低。加之由于LED要引出电极，固定在引线框架上等原因，使得外量子效率变得更低。

相比内量子效率，外量子效率还存在很大的提升空间，就是要从LED芯片结构、封装结构、材料折射系数等综合多方面因素加以解决，来提高最终光出射效率。目前通过工艺和结构上的改进可以有效提高芯片的出光效率，归纳起来有如下几种有效方法：

(1)透明衬底技术；

(2)芯片表面粗化法；

(3)芯片倒梯形结构；

(4)侧壁腐蚀(side wall etch)。

例如中国专利CN101834251公开了一种发光二极管的制备方法，通过对GaN半导体外延层进行划片形成划道，并用酸液腐蚀形成侧壁，从而改变光的传播路径增加光子逸出率，有效提高LED芯片的亮度。该发明专利中酸液主要作用是将划片生成物通过腐蚀进行清除，使得划道两侧N型GaN层被腐蚀出一定的侧壁。酸液腐蚀的侧壁倾角主要受划片划道宽度的影响，这里只是起到一定的清洗作用，并不能获得更宽的划道与特定的侧壁倾角。

专利CN101471289A公开一种背镀晶片的切割方法，经磨片后在晶片的切割道处贴保护膜，蒸镀背镀，再取下保护膜进行激光划片。由于本发明的背镀晶片的切割方法在蒸镀前贴有保护膜，切割时再撕掉，从背面切割同样能够看到晶片背面，从而提高了切割的效率和精准度。

专利CN101552312A提供了一种发光二极管芯片的制作方法，将正面划片工艺在制作N、P电极之前进行，利用制作N、P电极中的刻蚀工艺将激光辐照切割过程中形成的融化层，以及沉积在发光二极管晶片侧面和表面电极上的残渣沉积移除，优化了芯片的光电参数和发光二极管芯片的成品率。

专利CN102054851公开了一种发光二极管及其制造方法，包括生长模板(衬底和一薄层氮化物)，将模板通过光刻及刻蚀工艺或划片工艺被分割成多个独立单元，每个独立单元的尺寸和最终芯片的尺寸完全一样，模板经腐蚀后的在各独立单元的侧壁上形成有微观结构，然后在上表面依次生长有N-GaN层，量子阱层，P-GaN层；所述N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层的侧壁相对所述模板悬空，且形成有第一出光角度。

LED环球在线报道了一种六边形LED芯片，六边形LED芯片在成本、效率以及束剖面等方面都有众多优势。其中一项便是在封装之后的光能输出量。蜂窝型TM芯片所产生的束剖面非常接近光学设计中使用的圆形镜片的圆形切面。但是，传统四边形或三角形芯片的束剖面在与圆形镜片结合时，往往会发生变化。

对于LED芯片中到达芯片侧壁的光，其侧壁就是光的出射表面，存在一个全反射角的问题，针对GaN基LED器件，最理想的形状为球形出光面，发光区域可视做点光源，不会发生任何全反射，为避免Fresnel反射影响，还可加增透膜，提取效率将有可能达到100％，然而在现有的工艺条件几乎不能实现，而且成本将会相当高。另一种结构为平头倒金字塔结构(TIP)，最早被应用于AlGaInP材料体系的红光LED(λ＝650nm)，这种结构缩短了光子在晶体内的传播路径，减少内部损耗，减小界面角。但蓝宝石衬底很难加工，所以难以实现倒金字塔结构。

发明内容