CN101140962A - 一种提高芯片亮度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及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，将倒装焊芯片的出光表面——蓝宝石衬底和透明电极氧化铟锡的表面制作光子晶体结构，光子晶体结构有助于降低全反射，从而使得出光亮度提高，使得光取出效率提升50％－90％，在350毫安的电流驱动下可以得到比一般倒装焊芯片多出90％的亮度。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高芯片亮度的方法，尤其涉及一种将芯片衬底表面粗糙化从而提高芯片亮度的方法，属于芯片技术领域。
背景技术
所谓的发光二极管(LED)就是将具备直接能隙的半导体材料做成P/N二极管，在热平衡的条件下，大部份的电子没有足够的能量跃升至导电带。再施以顺向徧压，则电子会跃升至导电带，而电子在原价键带上的原位置即产生空穴。在适当的偏压下，电子、空穴便会在P/N界面区域(P-N Juction)结合而发光，电源的电流会不断地补充电子和空穴给N型半导体和P型半导体，使得电子、空穴结合而发光得以持续进行。LED发光的原理是电子和空穴的结合，电子所带的能量，以光的形式释放出来，称为自发放射。一般LED所放出的光便是属于此种类型。
一般传统的发光二极管LED制作方法是在衬底上外延成长单晶材料结构，通常是负型半导体材料、发光层与正型半导体材料，随着材料与结构的不同，所发出的光颜色也有了变化，例如氮化镓通常用于蓝光与绿光的材料，而且衬底与材料结构有很大的差别，蓝绿与紫光通常以绝缘的蓝宝石为衬底外延铟镓氮结构，而蓝宝石不导电所以蓝绿光制程较复杂，且正负电极都在正面，外延制程后还要经过电极的制作、负极区域的刻蚀、芯片表面的光刻与清洗、发光特性的检测、减薄切割成一颗颗的芯片，所以一颗传统的蓝绿光芯片结构如图1、2所示，可分成正极焊点1、透明电极2、正型氮化镓3、发光层4、负型氮化镓5、蓝宝石衬底6、负极焊点7组成，由于蓝宝石衬底6的散热较差，以及发光层与导热区距离较大，所以传统的发光二极管芯片只能做小面积0.3mm×0.3mm与低电流20毫安mA应用。
随着芯片制程能力不断地提升，发光二极管要求的发光效率与亮度不断地增加，传统的制程已不能满足未来的应用，散热佳、发光效率高与高功率的发光二极管芯片已逐渐走上舞台，倒装焊工艺的发光二极管于是渐渐取代传统的工艺成为大功率芯片的主流，大功率芯片外延的结构与传统的发光二极管结构相同，但芯片制作工艺却不尽相同，如图3所示，它将倒装焊芯片8的衬底变为发光表面，电极与硅热沉芯片9贴合，因此倒装焊芯片8与硅基片9的热沉区很接近，散热效果增加，大电流驱动也不会有余热，所以芯片面积可以加大到1mm×1mm，也可以在大电流300或500mA下使用，进而达到丨瓦的功率。但对于发光效率而言，由于倒装焊芯片8的衬底很光滑，其全反射的光损失大约占50％左右，目前倒装焊技术生产的芯片其发光效率最多只能达到20至30流明/瓦，离照明还有一段距离。
发明内容
本发明的目的是提供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，在倒装焊芯片的蓝宝石衬底的表面上制作光子晶体，其方法为：
(1)首先在倒装焊芯片的蓝宝石衬底的表面11上贴一层0.2微米-0.8微米厚的保护膜层；
(2)然后在保护膜层上涂布光刻胶，用激光曝光机对光刻胶曝光；
(3)在光刻胶的保护下通过电感偶合式反应离子刻蚀机刻蚀保护膜层，达到在蓝宝石衬底的表面形成光子晶体结构，即圆柱形小岛的间距a为0.4微米-1.2微米，圆柱体的高b为0.2微米-0.8微米，圆柱体的直径c为0.2微米-1.0微米；或光子晶体结构，即圆柱形洞的间距f为0.4微米-1.2微米，圆柱形洞的深度e为0.2微米-0.8微米，圆柱形洞的直径d为0.2微米-1.0微米。
更进一步的方法为同时在倒装焊芯片的蓝宝石衬底的表面上和透明电极的表面上制作光子晶体结构，使用步骤1、2和3在蓝宝石衬底的表面形成光子晶体结构，使用步骤2和步骤3的方法在倒装焊芯片的透明电极氧化铟锡的表面制作光子晶体图形。
所述的保护膜为二氧化硅或氮化硅或金属镍；所述的激光曝光机(NanoEngineering Optical System)型号为NEO-500，所述的电感偶合式反应离子刻蚀机型号为Unaxis公司的Shuttleline型；所述的应用反应离子化学刻蚀的方法所使用的气体为氯气或三氯化硼或甲烷。
本发明采用黄光光刻制程和干法刻蚀使芯片原光表面形成凹凸形的二维光子晶体结构，光在光子晶体中由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光比全反射的临界角还小，并可以进入临界角而投射到外面，从而大大改善之前传统LED的全反射问题，大幅度提高了LED的外部量子效率，使得光取出效率提升50％左右，在350毫安的电流驱动下可以得到比一般倒装焊芯片多出50％-90％的光效率。
本发明的优点是比一般倒装焊芯片多出50％-90％的光效率。
附图说明
图1为传统的蓝绿光芯片结构示意图；
图2为倒装焊发光二极管结构示意图；
图3为实施例1在衬底表面制作光子晶体结构示意图；
图4为实施例2在衬底表面和透明电极表面制作光子晶体结构示意图。
图5、6为光子晶体结构示意图
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如图3所示，为实施例1在衬底表面制作光子晶体结构示意图，一种提高芯片亮度的方法，倒装焊芯片8的电极与硅热沉芯片9贴合，其特征在于，在倒装焊芯片8的蓝宝石衬底10的表面11上制作光子晶体，其方法为：
(1)首先在倒装焊芯片8的蓝宝石衬底10的表面11上贴一层0.2微米-0.8微米厚的二氧化硅或者氮化硅保护膜层；
(2)然后在保护膜层上涂布光刻胶，用激光曝光机对光刻胶曝光；
(3)在光刻胶的保护下通过使用氯气的电感偶合式反应离子刻蚀机刻蚀二氧化硅或者氮化硅保护膜层，达到在蓝宝石衬底的表面形成光子晶体结构13，如图5所示，即圆柱形小岛的间距a为0.4微米-1.2微米，圆柱体的高b为0.2微米-0.8微米，圆柱体的直径c为0.2微米-1.0微米；或晶体结构14，如图6所示，即圆柱形洞的间距f为0.4微米-1.2微米，圆柱形洞的深度e为0.2微米-0.8微米，圆柱形洞的直径d为0.2微米-1.0微米。
本发明采用黄光光刻制程和干法刻蚀使芯片原光表面形成凹凸形的二维光子晶体结构，光在光子晶体中由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光比全反射的临界角还小，并可以进入临界角而投射到外面，从而大大改善之前传统LED的全反射问题，大幅度提高了LED的外部量子效率，使得发取出效率提升50％左右，在350毫安的电流驱动下可以得到比一般倒装焊芯片多出50％的光效率。
实施例2
如图4所示，为实施例2在衬底表面和透明电极表面制作光子晶体结构示意图，同时在倒装焊芯片8的蓝宝石衬底10的表面11上和透明电极12的表面上制作光子晶体结构，使用步骤1、2和3在蓝宝石衬底10的表面11形成光子晶体结构：
首先在倒装焊芯片9的透明电极氧化铟锡(ITO)12的表面上涂布光刻胶，用激光曝光机(Nano Engineering Optical System)对光刻胶曝光，显影后得到如图5所示或如图6所示图形；在光刻胶的保护下通过电感偶合式反应离子刻蚀机(ICP-RIE)刻蚀透明电极氧化铟锡(ITO)12，得到光子晶体如图5所示或如图6所示。达到使透明电极氧化铟锡(ITO)12表面形成光子晶体结构的效果。同时使用步骤1、2和3在蓝宝石衬底10的表面11形成光子晶体结构。
本发明采用黄光光刻制程和干法刻蚀使芯片透明电极氧化铟锡(ITO)12表面和蓝宝石衬底10的表面11形成二维光子晶体结构，光在光子晶体中由于衍射的关系，可以修正光的角度，修正后的光比全反射的临界角还小，并可以进入临界角而投射到外面，从而大大改善之前传统LED的全反射问题，大幅度提高了LED的外部量子效率，使得发光效率提升90％左右。在350毫安的电流驱动下可以得到比一般正倒装大功率焊芯片多出90％的光效率。
Claims (5)
1.一种提高芯片亮度的方法，倒装焊芯片(8)的电极与硅热沉芯片(9)贴合，其特征在于，在倒装焊芯片(8)的蓝宝石衬底(10)的表面(11)上制作光子晶体，其方法为：
(1)首先在倒装焊芯片(8)的蓝宝石衬底(10)的表面(11)上贴-层0.2微米-0.8微米厚的保护膜层；
(2)然后在保护膜层上涂布光刻胶，用激光曝光机对光刻胶曝光；
(3)在光刻胶的保护下通过电感偶合式反应离子刻蚀机刻蚀保护膜层，达到在蓝宝石衬底的表面形成光子晶体结构(13)，即圆柱形小岛的间距a为0.4微米-1.2微米，圆柱体的高b为0.2微米-0.8微米，圆柱体的直径c为0.2微米-1.0微米；或晶体结构(14)，即圆柱形洞的间距f为0.4微米-1.2微米，圆柱形洞的深度e为0.2微米-0.8微米，圆柱形洞的直径d为0.2微米-1.0微米。
2.根据权利要求1所述的一种提高芯片亮度的方法，其特征在于，同时在倒装焊芯片(8)的蓝宝石衬底(10)的表面(11)上和透明电极(12)的表面上制作光子晶体结构，使用步骤1、2和3在蓝宝石衬底(10)的表面(11)形成光子晶体结构，使用步骤2的方法在倒装焊芯片(8)的透明电极氧化铟锡(12)的表面用光刻的方法制作光子晶体图形。
3.根据权利要求1或2所述的一种提高芯片亮度的方法，其特征在于，所述的保护膜为二氧化硅或氮化硅或金属镍或光刻胶。
4.根据权利要求1或2所述的一种提高芯片亮度的方法，其特征在于，所述的激光曝光机型号为NEO-500。
5.根据权利要求1或2所述的一种提高芯片亮度的方法，其特征在于，所述的应用反应离子化学刻蚀的方法所使用的气体为氯气或三氯化硼或甲烷。
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2006
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