CN100464437C - 一种提高芯片轴向出光亮度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高芯片轴向出光度的方法，其特征在于，所述方法进一步包括：步骤一，在蓝宝石衬底表面蒸镀上一层厚度在1～50纳米之间的镍金属；步骤二，用600～900摄氏度的温度进行快速退火30～300秒，此时镍金属将形成直径约200～400纳米的小球状，以此作为掩模；步骤三，选择性的刻蚀蓝宝石衬底表面，深度在100～500纳米范围内；步骤四，去除所述蓝宝石衬底上的所述镍金属；步骤五，将所述衬底生长氮化铟镓外延层。本发明的技术方案可以减少出射光的全反射现象并且提高轴向亮度。

Description

一种提高芯片轴向出光亮度的方法
技术领域
本发明涉及一种提高芯片轴向出光亮度的方法，尤其涉及一种将芯片衬底与外延层界面形成纳米级粗糙化结构的方法。
背景技术
一般蓝绿光的发光二极管LED制作方法是在光滑平整的蓝宝石衬底上外延成长氮化铟镓单晶材料结构，分别通过加入硅及镁元素来实现(N)负型及(P)正型半导体材料，并且在有源层里通过调整铟镓的比例来调整发光的波长，外延制程后还要经过芯片表面的光刻与清洗，电极的制作、负极区域的刻蚀、发光特性的检测、减薄切割成分立的芯片，所以一颗传统的蓝绿光芯片结构如图1所示，可分成正极压焊点11、透明电极12、正型氮化镓13、发光层14、负型氮化镓15、蓝宝石衬底16、负极压焊点17组成，另外因为P型透明电极透光率有限，加上导电性不如一般电极，导致电流拥挤致使发光效率下降，因此另一种普遍的结构采用倒装焊如图2所示，在P型氮化镓接触层21上直接镀上导电的欧姆接触且反光性高的金属反射层22，使发出的光经此反射层22反射后透过N型氮化镓23由蓝宝石衬底24射出至外界。
目前虽然电光转换效率可以达到约75％以上，但因为光线从高折射系数的介质入射到低折射系数介质的过程中会在界面处产生全反射现象，从而大大限制了光子逸出发光介质的几率。如图3所示，光线从高折射系数的发光半导体材料15入射到低折射系数的介质16，只有在theta＝Sin-1(n2/n1)构成的出光角内才能逸出，如光路1所示，出光角外光线将在介质中发生全反射(如光路2)使得最后发光的电光转换效率只能达到20％左右。若能在界面处形成粗糙化结构，将使得在出光角外的光被反射回到出光角内，形成出射光的机率增大，此外出光的角度将更集中于轴向，提高轴向亮度，因此不论是正装或是倒装芯片都将因此种结构而增加出光强度。
发明内容
本发明的目的是提出一种提高芯片外部发光效率的方法。
为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种提高芯片轴向出光度的方法，其特征在于，
一种提高芯片亮度的方法，倒装焊芯片的电极与硅热沉芯片贴合，其特征在于，将倒装焊芯片的衬底制造出纳米等级的粗糙化后再成长氮化铟镓外延层，所述方法进一步包括：步骤一，在蓝宝石衬底表面蒸镀上一层厚度在1~50纳米之间的镍(Ni)金属；步骤二，用600~900摄氏度的温度进行快速退火30~300秒，此时镍金属将形成直径约200~400纳米的小球状，以此作为掩模；步骤三，选择性的刻蚀蓝宝石衬底表面，深度在100~500纳米范围内；步骤四，去除所述蓝宝石衬底上的所述镍金属；步骤五，将所述衬底生长氮化铟镓外延层。
比较好的是，所述步骤三中，采用电感耦合式反应离子刻蚀机的方法将蓝宝石衬底表面进行刻蚀。本发明借着控制镍金属的厚度及退火温度可以控制掩膜的大小进而控制刻蚀的区域，刻蚀深度则由ICP刻蚀的时间或功率控制，以控制散射矢量大小如图5所示。此种方法的优点是可以稳定的控制蓝宝石衬底及氮化铟镓外延层界面间的粗糙度使得出光效率得以提升。
附图说明
下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明方法的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
图1传统的蓝绿光芯片结构示意图；
图2倒装焊发光二极管结构示意图；
图3示意了未粗化界面光路示意图；
图4给出本发明方法的实施步骤示意图；
图5示意了已粗化界面光路示意图。
具体实施方式
请参见附图4的(a)～(e)所示，下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
首先参考图4(a)，在蓝宝石衬底41表面蒸镀上一层厚度在1~50纳米之间的镍(Ni)金属42；
其次如图4(b)，用600~900摄氏度的温度进行快速退火30~300秒，此时镍金属42将形成直径约200~400纳米的小球状，以此作为掩模；
在图4(c)中，利用电感耦合式反应离子刻蚀机(ICP-RIE)将反应气体(如氯气、三氯化硼及甲烷等)选择性的刻蚀蓝宝石衬底表面，达到表面粗糙化的效果，刻蚀的深度一般在100~500纳米左右；
图4(d)，将镍金属42用化学溶液腐蚀干净；
图4(e)，最终将此衬底41放入MOCVD炉内依次向上生长N型氮化镓层43、发光层44和P型氮化镓层45形成外延。
图5给出图4外延的粗糙化界面的光路示意图，由于界面的粗化效果，光线从高折射系数的氮化镓外延层43入射到低折射系数的蓝宝石衬底41几率显著提升。因此在此界面制作纳米级的粗糙化结构将有利于提升出光效率。
本发明的上述步骤中，蓝宝石衬底41上的高温退火步骤形成均匀球状分布的镍金属42作为掩膜，然后选择性刻蚀蓝宝石衬底41表面，从而达到表面小粒度且均匀的粗糙化效果，接着将镍金属42去除后生长氮化铟镓外延层。该方法的优点是可以稳定的控制蓝宝石衬底及氮化铟镓外延层界面间的粗糙度使得出光效率得以控制。
前面提供了对较佳实施例的描述，以使本领域内的任何技术人员可使用或利用本发明。对这些实施例的各种修改对本领域内的技术人员是显而易见的，可把这里所述的总的原理应用到其他实施例而不使用创造性。因而，本发明将不限于这里所示的实施例，而应依据符合这里所揭示的原理和新特征的最宽范围。

Claims (2)

1.一种提高芯片轴向出光度的方法，其特征在于，所述方法包括：步骤一，在蓝宝石衬底表面蒸镀上一层厚度在1~50纳米之间的镍金属；
步骤二，用600~900摄氏度的温度进行快速退火30~300秒，此时镍金属将形成直径200~400纳米的小球状，以此作为掩模；
步骤三，选择性的刻蚀蓝宝石衬底表面，深度在100~500纳米范围内；
步骤四，去除所述蓝宝石衬底上的所述镍金属；
步骤五，在所述衬底上生长氮化铟镓外延层。
2.根据权利要求1所述的一种提高芯片轴向出光度的方法，其特征在于，
所述步骤三中，采用电感耦合式反应离子刻蚀机的方法将蓝宝石衬底表面进行选择性刻蚀。
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