氮化镓基发光二极管半球形裸芯片、制备方法及制备装置

摘要

本发明公开了一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片、制备方法及制备装置，属于半导体技术领域，半球形裸芯片，包括衬底，所述衬底同一侧由内至外依次层叠有u‑GaN层、n‑GaN层、InGaN/GaN量子阱、p‑GaN层和第一ITO层，形成半球形结构；所述n‑GaN层上设有一个台阶，台阶上设有第二ITO层，所述第二ITO层的上表面设有N电极，第一ITO层的上表面设有P电极。本发明极大的增加了LED发光效率和发光角度，减少了成品LED需要的反射镜等辅助器件，并缩小LED的体积。本发明通过引入旋转装置，通过控制旋转平台的旋转，使得等离子体能够以任意角度轰击芯片表面，在等离子体轰击芯片表面的过程中，刻蚀作用相当于机械加工过程的磨削，从而可以从各个角度进行刻蚀，得到半球形裸芯片。

权利要求

1.一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、在衬底(1)上依次生长u-GaN层(2)、n-GaN层(3)、InGaN/GaN量子阱(4)、p-GaN层(5)，在p-GaN层(5)上蒸镀第一ITO层(6)，得到层叠结构的裸芯片；

步骤二、采用干法刻蚀对步骤(1)所得层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，在刻蚀成半球形裸芯片的过程中，n-GaN层(3)上预留有一个台阶；

步骤三、在n-GaN层(3)预留的台阶上蒸镀第二ITO层(7)，然后在第二ITO层(7)的上表面制作N电极(8)，在第一ITO层(6)的上表面制作P电极(9)，得到所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片；

所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片，包括衬底(1)，所述衬底(1)同一侧由内至外依次层叠有u-GaN层(2)、n-GaN层(3)、InGaN/GaN量子阱(4)、p-GaN层(5)和第一ITO层(6)，形成半球形结构；

所述u-GaN层(2)、n-GaN层(3)、InGaN/GaN量子阱(4)、p-GaN层(5)和第一ITO层(6)的横截面为圆形，其半径满足以下关系：u-GaN层 > n-GaN层 > InGaN/GaN量子阱 > p-GaN层 >第一 ITO层；

所述n-GaN层(3)上设有一个台阶，台阶上设有第二ITO层(7)，所述第二ITO层(7)的上表面设有N电极(8)，所述第一ITO层(6)的上表面设有P电极(9)；

所述步骤二中的干法刻蚀的装置包括干法刻蚀机(10)、旋转装置(11)和制作平台(12)，制作平台(12)安装于旋转装置(11)上，旋转装置(11)带动制作平台(12)旋转并可实现升降，干法刻蚀机(10)固定于制作平台(12)上方，用于对层叠结构的裸芯片进行刻蚀。

2.根据权利要求1所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，所述衬底(1)采用蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓和氮化铝中的一种。

3.根据权利要求1所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，所述步骤二中，刻蚀的具体过程为：先将整个层叠结构的裸芯片刻蚀为半球形结构；

然后在n-GaN层(3)上刻蚀出一个平面台阶，用于放置N电极(8)。

4.根据权利要求1所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀为ICP方法或者RIE方法。

5.根据权利要求1所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，所述干法刻蚀机(10)为电感耦合等离子体刻蚀机或者反应离子刻蚀机。

6.根据权利要求1所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，所述旋转装置(11)的驱动方式采用手动、电机或者液压驱动中的一种。

7.根据权利要求1所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，其特征在于，所述旋转装置(11)的旋转通过编程或人工控制。

说明书

氮化镓基发光二极管半球形裸芯片、制备方法及制备装置

技术领域

[0001] 本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片、制备方法及制备装置。

背景技术

[0002] 发光二极管(LED)作为代替白炽灯和荧光灯的新一代环保光源，与传统照明光源相比，LED具有效率高、能耗低、寿命长、无污染、体积小、色彩丰富等诸多优点。

[0003] GaN基发光二极管的裸芯片结构主要有正装结构、倒装结构和垂直结构。目前，这些裸芯片结构为方形，由于方形LED的层叠结构，上层结构将下层结构阻挡，具有电子空穴复合发光的下层结构发出的光因为上层结构的存在，无法往更大的角度发射，尤其是结构中心发出的光，被限制在结构夹层之间，这种方形LED裸芯片减小了LED发光效率和发光角度。

[0004] 现有技术中，为了提高LED的发光率，常采用光刻胶回流技术结合刻蚀工艺，对P-GaN表面粗化、电流扩展层表面粗化和电流扩展层表面图形化，但是通常量产的P-GaN层较薄，刻蚀后对裸芯片表面损伤很大，且光刻胶回流过程复杂，时间长，可控性差。因此如何提高LED的发光效率和发光角度是亟需技术人员解决的问题。

发明内容

[0005] 针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片、制备方法及制备装置，制备的半球形裸芯片能够有效提高LED的发光效率和发光角度。

[0006] 本发明提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片，包括衬底，所述衬底同一侧由内至外依次层叠有u-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱、p-GaN层和第一ITO层，形成半球形结构；

[0007] 所述u-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱、p-GaN层和第一ITO层的横截面为圆形，其半径满足以下关系：u-GaN层>n-GaN层>InGaN/GaN量子阱>p-GaN层>第一ITO层；

[0008] 所述n-GaN层上设有一个台阶，台阶上设有第二ITO层，所述第二ITO层的上表面设有N电极，所述第一ITO层的上表面设有P电极。

[0009] 作为优选，所述衬底采用蓝宝石、硅、碳化硅、砷化镓、氮化镓和氮化铝中的一种。

[0010] 本发明提供所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，包括以下步骤：

[0011] (1)在衬底上依次生长u-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱、p-GaN层，在p-GaN层上蒸镀第一ITO层，得到层叠结构的裸芯片；

[0012] (2)采用干法刻蚀对步骤(1)所得层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，在刻蚀成半球形裸芯片的过程中，n-GaN层上预留有一个台阶；

[0013] (3)在n-GaN层预留的台阶上蒸镀第二ITO层，然后在第二ITO层的上表面制作N电极，在第一ITO层的上表面制作P电极，得到所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片。

[0014] 作为优选，所述步骤(2)中，刻蚀的具体过程为：

[0015] 先将整个层叠结构的裸芯片刻蚀为半球形结构；

[0016] 然后在n-GaN层上刻蚀出一个平面台阶，用于放置N电极。

[0017] 作为优选，所述干法刻蚀为ICP方法或者RIE方法。

[0018] 作为一个总的发明构思，本发明还提供了制备所述氮化镓基发光二极管半球形裸芯片所采用的制备装置，包括干法刻蚀机、旋转装置和制作平台，制作平台安装于旋转装置上，旋转装置带动制作平台旋转并可实现升降，干法刻蚀机固定于制作平台上方，用于对层叠结构的裸芯片进行刻蚀。

[0019] 进一步，所述干法刻蚀机为电感耦合等离子体刻蚀机(ICP)或者反应离子刻蚀机(RIE)。

[0020] 进一步，所述旋转装置的驱动方式采用手动、电机或者液压驱动中的一种。

[0021] 进一步，所述旋转装置的旋转通过编程或人工控制。

[0022] 本发明采用干法刻蚀对层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，通过等离子体进行刻蚀，使得气体以等离子体形式存在，根据被刻蚀材料的不同，选择合适的气体，与材料进行反应，实现刻蚀去除。进一步地，利用电场对等离子体进行引导和加速，使其具备一定能量，当其轰击被刻蚀物的表面时，会将被刻蚀物材料的原子击出，实现刻蚀。干法刻蚀的优点为：各向异性好，选择比高，可控性、灵活性、重复性好，操作安全，易实现自动化，无化学废液，处理过程未引入污染，洁净度高。

[0023] 与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：

[0024] (1)本发明提供的氮化镓基发光二极管半球形裸芯片，包括衬底，所述衬底同一侧由内至外依次层叠有u-GaN层、n-GaN层、InGaN/GaN量子阱、p-GaN层和第一ITO层，形成半球形结构，突破了传统裸芯片的结构只能为方形结构的思维，极大的增加了LED发光效率和发光角度，减少了成品LED需要的反射镜等辅助器件，并缩小LED的体积。

[0025] (2)本发明提供的氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，克服了传统加工方法只能垂直材料表面进行刻蚀的技术偏见，通过干法刻蚀的方式得到半球形裸芯片，制备工艺简单，成本低，易于实施，可以大规模推广。

[0026] (3)本发明提供的氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备装置，通过引入旋转装置，通过控制旋转平台的旋转，使得等离子体能够以任意角度轰击裸芯片表面，在等离子体轰击裸芯片表面的过程中，刻蚀作用相当于机械加工过程的磨削，从而可以从各个角度进行刻蚀，得到半球形裸芯片。

附图说明

[0027] 图1为实施例中氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的侧视图。

[0028] 图2为实施例中氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的俯视图。

[0029] 图3为实施例中氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备装置的立体图。

[0030] 图4为实施例中氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备装置的剖视图。

[0031] 图中：1—衬底；2—u-GaN层；3—n-GaN层；4—InGaN/GaN量子阱；5—p-GaN层；6—第一ITO层；7—第二ITO层；8—N电极；9—P电极；10—干法刻蚀机；11—旋转装置；12—制作平台。

具体实施方式

[0032] 下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0033] 下面结合附图和实施例对本发明方案作进一步的阐述。

[0034] 本发明提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片，如图1～2所示，包括衬底1，衬底同一侧由内至外依次层叠有u-GaN层2、n-GaN层3、InGaN/GaN量子阱4、p-GaN层5和第一ITO层6，形成半球形结构；

[0035] u-GaN层2、n-GaN层3、InGaN/GaN量子阱4、p-GaN层5和第一ITO层6的横截面为圆形，其半径满足以下关系：u-GaN层2>n-GaN层3>InGaN/GaN量子阱4>p-GaN层5>第一ITO层6；

[0036] n-GaN层2上设有一个台阶，台阶上设有第二ITO层7，所述第二ITO层7的上表面设有N电极8，第一ITO层的上表面设有P电极9。

[0037] 本发明提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，包括以下步骤：

[0038] (1)在衬底1上依次生长u-GaN层2、n-GaN层3、InGaN/GaN量子阱4、p-GaN层5，在p-GaN层上蒸镀第一ITO层6，得到层叠结构的裸芯片；

[0039] (2)采用干法刻蚀对步骤(1)所得层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，在刻蚀成半球形裸芯片的过程中，n-GaN层3上预留有一个台阶；

[0040] (3)在n-GaN层3预留的台阶上蒸镀第二ITO层7，然后在第二ITO层7的上表面制作N电极8，在第一ITO层6的上表面制作P电极9，得到氮化镓基发光二极管半球形裸芯片。

[0041] 本发明还提供了制备氮化镓基发光二极管半球形裸芯片所采用的制备装置，如图3～4所示，包括干法刻蚀机10、旋转装置11和制作平台12，制作平台12安装于旋转装置11上，旋转装置11带动制作平台12旋转并可实现升降，干法刻蚀机10固定于制作平台12上方，用于对层叠结构的裸芯片进行刻蚀。

[0042] 实施例1

[0043] 本发明提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，包括以下步骤：

[0044] (1)在蓝宝石衬底1上依次生长u-GaN层2、n-GaN层3、InGaN/GaN量子阱4、p-GaN层5，在p-GaN层上蒸镀第一ITO层6，得到层叠结构的裸芯片；

[0045] (2)采用ICP方法对步骤(1)所得层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，在刻蚀成半球形裸芯片的过程中，n-GaN层3上预留有一个台阶；

[0046] 刻蚀的具体过程为：先将整个层叠结构的裸芯片刻蚀为半球形结构；然后在n-GaN层上刻蚀出一个平面台阶，用于放置N电极；

[0047] (3)在n-GaN层3预留的台阶上蒸镀第二ITO层7，然后在第二ITO层7的上表面制作N电极8，在第一ITO层6的上表面制作P电极9，得到氮化镓基发光二极管半球形裸芯片，如图1～2所示。

[0048] 本实施例制备氮化镓基发光二极管半球形裸芯片所采用的制备装置，如图3～4所示，包括电感耦合等离子体刻蚀机10、旋转装置11和制作平台12，制作平台12安装于旋转装置11上，旋转装置11带动制作平台12旋转并可实现升降，旋转装置11的驱动方式采用电机驱动，旋转装置11的旋转通过编程控制，干法刻蚀机10固定于制作平台12上方，用于对层叠结构的裸芯片进行刻蚀。

[0049] 实施例2

[0050] 本发明提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，包括以下步骤：

[0051] (1)在硅衬底1上依次生长u-GaN层2、n-GaN层3、InGaN/GaN量子阱4、p-GaN层5，在p-GaN层上蒸镀第一ITO层6，得到层叠结构的裸芯片；

[0052] (2)采用RIE方法对步骤(1)所得层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，在刻蚀成半球形裸芯片的过程中，n-GaN层3上预留有一个台阶；

[0053] 刻蚀的具体过程为：先将整个层叠结构的裸芯片刻蚀为半球形结构；然后在n-GaN层上刻蚀出一个平面台阶，用于放置N电极；

[0054] (3)在n-GaN层3预留的台阶上蒸镀第二ITO层7，然后在第二ITO层7的上表面制作N电极8，在第一ITO层6的上表面制作P电极9，得到氮化镓基发光二极管半球形裸芯片。

[0055] 本实施例制备氮化镓基发光二极管半球形裸芯片所采用的制备装置，包括反应离子刻蚀机10、旋转装置11和制作平台12，制作平台12安装于旋转装置11上，旋转装置11带动制作平台12旋转并可实现升降，旋转装置11的驱动方式采用液压驱动，旋转装置11的旋转通过编程控制，干法刻蚀机10固定于制作平台12上方，用于对层叠结构的裸芯片进行刻蚀。

[0056] 实施例3

[0057] 本发明提供一种氮化镓基发光二极管半球形裸芯片的制备方法，包括以下步骤：

[0058] (1)在蓝宝石衬底1上依次生长u-GaN层2、n-GaN层3、InGaN/GaN量子阱4、p-GaN层5，在p-GaN层上蒸镀第一ITO层6，得到层叠结构的裸芯片；

[0059] (2)采用ICP方法对步骤(1)所得层叠结构的裸芯片进行刻蚀，以去除层叠结构的边缘材料，在刻蚀成半球形裸芯片的过程中，n-GaN层3上预留有一个台阶；

[0060] 刻蚀的具体过程为：先将整个层叠结构的裸芯片刻蚀为半球形结构；然后在n-GaN层上刻蚀出一个平面台阶，用于放置N电极；

[0061] (3)在n-GaN层3预留的台阶上蒸镀第二ITO层7，然后在第二ITO层7的上表面制作N电极8，在第一ITO层6的上表面制作P电极9，得到氮化镓基发光二极管半球形裸芯片。

[0062] 本实施例制备氮化镓基发光二极管半球形裸芯片所采用的制备装置，包括电感耦合等离子体刻蚀机10、旋转装置11和制作平台12，制作平台12安装于旋转装置11上，旋转装置11带动制作平台12旋转并可实现升降，旋转装置11采用手动驱动，旋转装置11的旋转通过人工控制，干法刻蚀机10固定于制作平台12上方，用于对层叠结构的裸芯片进行刻蚀。