一种发光二极管及其制造方法

摘要

本发明公开了一种发光二极管及其制造方法，该发光二极管包括生长模板；所述生长模板包括生长衬底和在生长衬底上生长一薄层氮化物；所述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；所述模板经腐蚀后的在各独立单元的侧壁上形成有微观结构；所述模板经清洗后的上表面依次生长有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。本发明有效地降低了外延结构生长时的位错密度，增加了发光二极管侧壁的出光效率，同时减少了划片工艺中激光照射GaN对芯片造成的损伤，提升了芯片的发光亮度。

权利要求

1.一种发光二极管，其特征在于：所述发光二极管包括模板；所述模板包括生长衬底和在生长衬底上生长一氮化物层；所述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；所述模板经腐蚀后的在各独立单元的侧壁上形成有微观结构；所述模板经清洗后的上表面依次生长有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；所述模板的侧壁形成有第二出光角度。

2.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述模板为AlN或GaN，所述模板的厚度为0.5-5um。

3.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述模板是通过酸性溶液或碱性溶液腐蚀的。

4.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述发光二极管的漏电良率为

82.50％，所述发光二极管的均匀波长分布为7nm。

5.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述生长衬底为蓝宝石衬底或Si衬底或Cu衬底或SiC衬底或图形化衬底。

6.根据权利要求1所述的发光二极管，其特征在于：所述模板，N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层构成所述发光二极管的外延结构。

7.权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，清洗生长衬底，然后在生长衬底表面生长一氮化物层，所述生长衬底和氮化物层统称为模板；再利用光刻和刻蚀工艺，或划片工艺将模板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；

步骤二，通过酸性溶液或碱性溶液在所述模板表面上腐蚀，同时在所述独立单元的侧壁形成微观结构；

步骤三，清洗所述模板；

步骤四，在步骤三中所述的模板上依次生长N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层；所述模板，N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层构成发光二极管的外延结构；并在外延结构生长过程中，利用外延的横向技术，使所述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。

8.权利要求7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：步骤一中，所述模板的侧壁形成有第二出光角度。

说明书

一种发光二极管及其制造方法

技术领域

[0001] 本发明属于半导体技术领域，涉及一种发光二极管及其制造方法。

背景技术

[0002] 通常普遍的正装结构的LED芯片制造工艺是先在蓝宝石衬底上形成N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层等的堆栈外延结构，然后对所述堆栈外延结构进行刻蚀以形成各沟道，由此将堆栈结构分离为多个堆栈单体，如图1所示。各堆栈单体由沟道所分隔开，其中，沟道的深度可视具体工艺而定，通常不超过N-GaN层底部，然后再在已形成的堆栈外延结构上制做各电极。当然也可先在堆栈外延结构上制造出透明电极后，再采用光刻和刻蚀技术刻蚀至N-GaN层，以形成相应的沟道。垂直结构的LED芯片则是对已形成的堆栈外延结构进行划分沟道后，将P-GaN层与另一蓝宝石衬底键合，然后剥离原先的蓝宝石衬底，制造两端电极。然而，不论是正装结构或是垂直结构，现有工艺制造出的发光二极管，其发光亮度难以有较大突破，且在外延生长过程中积累的应力，容易在后续工艺中对发光二极管造成伤害，因此，有必要对现有发光二极管芯片制造方法作进一步改进。

发明内容

[0003] 本发明所要解决的技术问题是：提供一种发光二极管及其制造方法。

[0004] 为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案。

[0005] 一种发光二极管包括模板；所述模板包括生长衬底和在生长衬底上生长一氮化物层；所述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；所述模板经腐蚀后的在各独立单元的侧壁上形成有微观结构；所述模板经清洗后的上表面依次生长有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。

[0006] 作为本发明的一种优选方案，所述光刻及刻蚀工艺，或划片工艺的划刻深度为从所述生长衬底的上表面向下小于等于40cm。

[0007] 作为本发明的另一种优选方案，所述模板为AlN或GaN，所述模板的厚度为0.5-5um。

[0008] 作为本发明的再一种优选方案，所述模板是通过酸性溶液或碱性溶液腐蚀的；所述模板的侧壁形成有第二出光角度。

[0009] 作为本发明的再一种优选方案，所述发光二极管的漏电良率为82.50％，所述发光二极管的均匀波长分布为7nm。

[0010] 作为本发明的再一种优选方案，所述生长衬底为蓝宝石衬底或Si衬底或Cu衬底或SiC衬底或图形化衬底。

[0011] 作为本发明的再一种优选方案，所述模板，N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层构成所述发光二极管的外延结构。

[0012] 一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

[0013] 步骤一，清洗生长衬底，然后在生长衬底表面生长一氮化物层，所述生长衬底和氮化物层统称为模板；再利用光刻和刻蚀工艺，或划片工艺将模板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；

[0014] 步骤二，通过酸性溶液或碱性溶液在所述模板表面上腐蚀，同时在所述独立单元的侧壁形成微观结构；

[0015] 步骤三，清洗所述模板；

[0016] 步骤四，在步骤三中所述的模板上依次生长N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层；所述模板，N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层构成发光二极管的外延结构；并在外延结构生长过程中，利用外延的横向技术，使所述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。

[0017] 作为本发明的一种优选方案，步骤一中，所述模板的侧壁形成有第二出光角度，所述光刻及刻蚀工艺，或划片工艺的划刻深度为从所述生长衬底的上表面向下小于等于40cm。

[0018] 本发明的有益效果在于：它有效地降低了外延结构生长时的位错密度，增加了发光二极管侧壁的出光效率，同时减少了划片工艺中激光照射GaN对芯片造成的损伤，提升了芯片的发光亮度。

附图说明

[0019] 图1为普通发光二极管的工艺结构示意图；

[0020] 图2为本发明的发光二极管管芯结构示意图；

[0021] 图3为本发明的工艺流程图；

[0022] 图4为本发明的模板俯视图。

[0023] 主要组件符号说明：

[0024] 1、生长衬底； 2、氮化物层；

[0025] 3、N-GaN层； 4、量子阱层；

[0026] 5、P-GaN层。

具体实施方式

[0027] 下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

[0028] 实施例

[0029] 一种发光二极管，如图2所示，包括模板；所述模板包括生长衬底1和在生长衬底1上生长一氮化物层2；所述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；所述模板经腐蚀后的在各独立单元的侧壁上形成有微观结构；所述模板经清洗后的上表面依次生长有N-GaN层3，量子阱层4，P-GaN层5；所述N-GaN层3，量子阱层4，和P-GaN层5的侧壁相对所述模板悬空，且形成有第一出光角度。

[0030] 所述光刻及刻蚀工艺，或划片工艺的划刻深度为从所述生长衬底的上表面向下小于等于40cm。所述模板为AlN或GaN，所述模板的厚度为0.5-5um。所述模板是通过酸性溶液或碱性溶液腐蚀的；所述模板的侧壁形成有第二出光角度。所述发光二极管的漏电良率为82.50％，所述发光二极管的均匀波长分布为7nm。所述生长衬底为蓝宝石衬底或Si衬底或Cu衬底或SiC衬底或图形化衬底。所述模板，N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层构成所述发光二极管的外延结构。

[0031] 一种发光二极管的制造方法，包括以下步骤：

[0032] 步骤一，清洗生长衬底，然后在生长衬底表面生长一氮化物层，所述生长衬底和氮化物层统称为模板；再利用光刻和刻蚀工艺，或划片工艺将模板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；

[0033] 步骤二，通过酸性溶液或碱性溶液在所述模板表面上腐蚀，同时在所述独立单元的侧壁形成微观结构；

[0034] 步骤三，清洗所述模板；

[0035] 步骤四，在步骤三中所述的模板上依次生长N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层；所述模板，N-GaN层，量子阱层，和P-GaN层构成发光二极管的外延结构；并在外延结构生长过程中，利用外延的横向技术，使所述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。

[0036] 步骤一中，所述模板的侧壁形成有第二出光角度，所述光刻及刻蚀工艺，或划片工艺的划刻深度为从所述生长衬底的上表面向下小于等于40cm。所述发光二极管的漏电良率为82.50％，均匀波长分布为7nm。

[0037] 所述发光二极管首先在生长衬底上生长一层模版；接着利用光刻技术、ICP技术或RIE技术或划片技术，将所述模板和衬底定义成具有与最终芯片相同大小的网格结构；再利用溶液对已分割的网格结构模板进行腐蚀，所述腐蚀后的模板在侧壁上形成微观结构；最后，生长正常的外延结构制作工艺。

[0038] 本发明的工艺步骤为：

[0039] 1、生长衬底清洗；

[0040] 2、生长氮化物层：在生长衬底表面生长一氮化物层；所述氮化物层的生长方法有PVD，HVPE，MOCVD等；所述生长衬底和氮化物层统称为模板；

[0041] 3、利用光刻及刻蚀工艺，或划片工艺将模板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；所述光刻及刻蚀工艺，或划片工艺的划刻深度为从所述生长衬底的上表面向下小于等于40cm；

[0042] 4、腐蚀：通过酸性溶液或碱性溶液在所述形成独立单元的模板表面上腐蚀，腐蚀模板后，模板的表面可能有位错坑也可能没有，当出现位错坑时，外延生长后有助于提高亮度和减少漏电；同时在所述独立单元的侧壁形成有微观结构；

[0043] 5、模板清洗；

[0044] 6、生长外延结构：在所述的模板上生长发光二极管的外延结构，在二次外延结构生长过程中，利用外延的横向技术，使所述外延结构的侧壁相对所述模板悬空，且形成有出光角度；所述外延结构由下到上依次包括N-GaN层，量子阱层，P-GaN层；

[0045] 7、电极制作；

[0046] 8、研磨；

[0047] 9、裂片。

[0048] 本实施例首先在模板上利用光刻及刻蚀工艺，或划片工艺形成独立单元，对上述形成独立单元的发光二级管的模板进行酸性溶液或碱性溶液腐蚀，在模板表面上腐蚀形成一层位错坑，同时在模板的独立单元的侧壁形成一定的微观结构，所述独立单元的尺寸和最终芯片的尺寸完全一样；清洗模板，在所述具有独立单元的模板上生长发光二级管的外延结构；本发明在二次外延生长过程中，利用外延的横向技术，使芯片的侧壁相对模板悬空，形成一定的出光角度，增加了芯片侧壁的出光效率，同时减少了划片工艺中激光照射GaN对芯片造成的损伤，从而提升了芯片的发光亮度。本发明工艺的结果如表1所示。

[0049] 表1

[0050]炉次编号 WLD范围 Ir良率≤0.2ua MW Vf
FEBHAT9910A16-1(本发明工艺) 452-459 82.50％ 201.4 3.38
FEBHAT9910A17(正常工艺) 452-467 75％ 164.2 3.18

[0051] 表1中，WLD范围表示波长范围，Ir良率表示漏电良率，MW表示光效，Vf表示正向电压。本发明工艺对模板腐蚀后，波长的均匀性优于正常工艺不对模板腐蚀的外延片，本发明工艺中波长的均匀分布为7nm，正常工艺中波长的均匀分布为13nm。本发明工艺的漏电良率为82.50％，比正常工艺的漏电良率提高7％。

[0052] 本发明有效地降低了外延结构生长时的位错密度，增加了发光二极管侧壁的出光效率，同时减少了划片工艺中激光照射GaN对芯片造成的损伤，提升了芯片的发光亮度。

[0053] 这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其他形式、结构、布置、比例，以及用其他元件、材料和部件来实现。