CN117438515A - 一种led芯片粗化方法及led芯片 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种LED芯片粗化方法及LED芯片，该方法通过基于n‑AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n‑AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域，其中，远离图形化电极的待粗化区域为初始待粗化区域，靠近图形化电极的待粗化区域为终止待粗化区域，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间为中间待粗化区域；由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n‑AlGaInP粗化层，具体的，从远离图形化电极的待粗化区域开始依次对划分的多个粗化区域进行粗化，大大增加了粗化面积，提升了出光效率。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED芯片粗化方法及LED芯片。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件，由于其体积小、亮度高、能耗低等特点，吸引了越来越多研究者的注意。
其中，AlGaInP基四元系发光二极管通常使用GaAs作为衬底，并在此衬底上依次生长其余晶格匹配的外延层。由于窄带隙的GaAs对于光的吸收作用较强，因而通常使用倒装或反极性的芯片制备方法，即去除GaAs衬底后，将其余外延层键合至另一宽带隙衬底（如Si等）上，同时在非出光侧制备诸如全方向反射镜（ODR）等结构增加光的出射。然而，常见倒装或反极性芯片结构中的窗口层与空气具有较大的折射率差，导致光从窗口层出射到空气中时会在界面处发生强烈的全反射，使得LED芯片的发光效率大幅降低。
目前，业界广泛采用的是将LED出光面表面粗化的方式提升出光率，但是，传统的粗化方式由于溶液腐蚀的不可控制性，通常形成无规则的粗化形貌，且容易发生电极下方的欧姆接触层被腐蚀的情况，因而增加了LED芯片的电压，同时芯片的稳定性和良率也受到一定影响；此外，为防止芯片电极下方发生侧蚀，这种粗化方式一般需要在电极周围预留部分面积用作粗化保护，从而减少了芯片的发光面积，降低了LED的亮度。
发明内容
基于此，本发明的目的是提供一种LED芯片粗化方法及LED芯片，旨在解决现有技术中，传统的粗化方式不利于提高LED亮度的问题。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片粗化方法，用于对LED芯片的n-AlGaInP粗化层进行粗化，所述方法包括：
基于n-AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n-AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域，其中，远离图形化电极的待粗化区域为初始待粗化区域，靠近图形化电极的待粗化区域为终止待粗化区域，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间为中间待粗化区域；
由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层。
进一步的，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，当刻蚀得到当前待粗化区域后，进行粗化处理的过程中，同时对当前待粗化区域和已粗化区域进行粗化处理。
进一步的，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，各待粗化区域进行粗化处理时，粗化处理时间均不大于T/n，其中，T表示为腐蚀n-AlGaInP粗化层至极限粗化深度所用的时间，n表示为待粗化区域数量。
进一步的，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，对终止待粗化区域进行粗化处理时，粗化处理时间最短。
进一步的，所述基于n-AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n-AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域的步骤中，以等分矩形的形式，将n-AlGaInP粗化层表面分区。
进一步的，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，采用化学溶液对各待粗化区域进行粗化处理。
进一步的，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，首先在LED芯片表面涂抹光刻胶进行粗化保护，以使光刻胶覆盖图形化电极和n-AlGaInP粗化层，随后利用预先制备的各光刻版，分别对n-AlGaInP粗化层上的各待粗化区域进行保护套刻，随后进行显影，暴露出各待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层，以对n-AlGaInP粗化层上暴露的各待粗化区域进行粗化处理；
进一步的，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间的中间待粗化区域有2个。
进一步的，待粗化区域以等分矩形的形式呈现。
根据本发明实施例当中的一种LED芯片，包括由上述的LED芯片粗化方法制备得到的n-AlGaInP粗化层。
与现有技术相比：本发明提供的LED芯片粗化方法，通过基于n-AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n-AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域，其中，远离图形化电极的待粗化区域为初始待粗化区域，靠近图形化电极的待粗化区域为终止待粗化区域，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间为中间待粗化区域；由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层，具体的，从远离图形化电极的待粗化区域开始依次对划分的多个粗化区域进行粗化，大大增加了粗化面积，提升了出光效率，另外，分次粗化可最终形成粗化深度由图形化电极向外逐渐变深的渐变式粗化形貌，这种形貌可诱导电流的走向，增强了电流的扩展，同时，可减少出光面电极的使用，从而增加芯片的发光面积。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种LED芯片粗化方法的实现流程图；
图2为外延片结构示意图；
图3为芯片结构示意图；
图4为传统粗化处理后的电流走向；
图5为采用本发明LED芯片粗化方法处理后的电流走向；
图6为n-AlGaInP粗化层进行三次粗化处理的流程示意图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
本发明实施例提供了一种LED芯片粗化方法，参考图1，为本发明实施例提供的一种LED芯片粗化方法的实现流程图，具体包括以下步骤：
S1、基于n-AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n-AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域，其中，远离图形化电极的待粗化区域为初始待粗化区域，靠近图形化电极的待粗化区域为终止待粗化区域，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间为中间待粗化区域。
在本发明一实施例中，首先采用金属有机化合物气相沉积（MOCVD）的方法在GaAs衬底0上依次外延生长n-GaAs缓冲层1、n-GaInP腐蚀截止层2、n-GaAs欧姆接触层3、n-AlGaInP粗化层4、n-AlGaInP电流扩展层5、n-AlInP限制层6、有源层7、p-AlInP限制层8、p-GaP层9，得到相应外延片。
在外延片p-GaP层9上依次蒸镀介质膜、金属镜面层后，将二次转移衬底键合至金属镜面层一侧，随后依次去除n面的GaAs衬底0、n-GaAs缓冲层1以及n-GaInP腐蚀截止层2，露出n-GaAs欧姆接触层3。在n-GaAs欧姆接触层3上套刻出电极图形后，即得到刻蚀后的n-GaAs欧姆接触层31，蒸镀n面电极，得到图形化电极15，图形化电极15即n面电极。最后，采用化学溶液去除掉除图形化电极正下方区域外的n-GaAs欧姆接触层3，暴露出n-AlGaInP粗化层4，请参阅图2和图3，图2为外延片结构示意图，图3为芯片结构示意图，其中，10表示为介质层，11表示为金属镜面层，12表示为金属键合层，13表示为二次转移衬底，14表示为p面电极。
需要说明的是，基于n-AlGaInP粗化层4上层叠的图形化电极15，将n-AlGaInP粗化层4表面分区，以形成关于图形化电极15对称的多个待粗化区域的步骤中，以等分矩形的形式（俯视视角），将n-AlGaInP粗化层4表面分区，而为了得到等分矩形形式的待粗化区域，需要预先制备对应形状的光刻版，也即利用光刻版进行保护套刻，显影，暴露出矩形的待粗化区域，在本发明其它实施例当中，待粗化区域也可以为非等分的无规则图形。
S2、由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层。
具体的，在LED芯片表面涂抹光刻胶进行粗化保护，以使光刻胶覆盖图形化电极15和n-AlGaInP粗化层4；利用预先制备的各光刻版，分别对n-AlGaInP粗化层4上的各待粗化区域进行保护套刻，随后进行显影，暴露出各待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层4。此外，当得到当前待粗化区域后，进行粗化处理的过程中，同时对当前待粗化区域和已粗化区域进行粗化处理。
更为具体的，在涂抹光刻胶的基础上，首先采用与初始待粗化区域对应的光刻版，进行保护套刻，显影，得到初始待粗化区域，可以理解的，n-AlGaInP粗化层4除初始待粗化区域以外的其它区域在光刻胶的保护下，不受影响，随后对n-AlGaInP粗化层4的初始待粗化区域进行粗化处理，其中，采用粗化液对各待粗化区域进行粗化处理，对n-AlGaInP粗化层4的初始待粗化区域的粗化处理结束后，采用与中间待粗化区域对应的光刻版，进行保护套刻，显影去除指定位置的光刻胶，得到中间待粗化区域，可以理解的，初始粗化区域粗化结束后，再次进行光刻，暴露出的区域为中间待粗化区域和初始已粗化区域，随后对n-AlGaInP粗化层4的中间待粗化区域进行粗化处理，此时，n-AlGaInP粗化层4的初始待粗化区域将进行二次粗化处理，以此类推，若待粗化区域有n个，则当对终止待粗化区域进行粗化处理时，初始待粗化区域便进行了n次粗化处理，与初始待粗化区域相邻的中间待粗化区域便进行了n-1次粗化处理，与上述中间待粗化区域相邻的另一中间待粗化区域便进行了n-2次粗化处理。
需要说明的是，各待粗化区域进行粗化处理时，粗化处理时间均不大于T/n，其中，T表示为腐蚀n-AlGaInP粗化层4至极限粗化深度所用的时间，n表示为待粗化区域数量，同时，对终止待粗化区域进行粗化处理时，粗化处理时间最短，这样设置的目的在于，通过分次浅粗化的方式可以改善粗化形貌，降低出现局部粗化过深的概率，此外，减少靠近电极区域的粗化时间可同步减少电极周围的粗化保护面积，增加发光面，同时降低电极下方欧姆接触层被侧蚀的风险。
请参阅图4和图5，图4为传统粗化处理后的电流走向，图5为采用本发明LED芯片粗化方法处理后的电流走向，相比之下，采用本发明LED芯片粗化方法处理后，增强了电流的扩展。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例1中，待粗化区域数量为三个，即远离图形化电极的初始待粗化区域，靠近图形化电极的终止待粗化区域，以及初始待粗化区域和终止待粗化区域之间的一个中间待粗化区域，初始待粗化区域、中间待粗化区域及终止待粗化区域的形状为等分矩形，另外，请参阅图6，图6为n-AlGaInP粗化层进行三次粗化处理的流程示意图，其中，图6中的标记41表示为初始待粗化区域上进行一次粗化处理的n-AlGaInP粗化层，42表示为中间待粗化区域上未进行粗化处理的n-AlGaInP粗化层，43表示为终止待粗化区域上未进行粗化处理的n-AlGaInP粗化层，44表示为初始待粗化区域上进行二次粗化处理的n-AlGaInP粗化层，45表示为中间待粗化区域上进行一次粗化处理的n-AlGaInP粗化层，46表示为终止待粗化区域上未进行粗化处理的n-AlGaInP粗化层，47表示为初始待粗化区域上进行三次粗化处理的n-AlGaInP粗化层，48表示为中间待粗化区域上进行二次粗化处理的n-AlGaInP粗化层，49表示为终止待粗化区域上进行一次粗化处理的n-AlGaInP粗化层，LED芯片粗化方法具体包括以下步骤：
（1）提供一LED芯片，该LED芯片的结构示意图请参阅图3。
（2）在LED芯片表面涂抹光刻胶进行粗化保护，使其覆盖图形化电极15和n-AlGaInP粗化层4。
（3）利用第一光刻版对远离图形化电极15的初始待粗化区域进行第一次粗化保护套刻，随后进行显影去除指定位置光刻胶，暴露出初始待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层。
（4）对暴露出的初始待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层表面进行化学溶液粗化，需要说明的是，也即对除光刻胶保护区域的其它区域表面进行粗化，具体可以从图6中看出，后续同理。
（5）利用第二光刻版对中间待粗化区域进行第二次粗化保护套刻，随后进行显影去除指定位置光刻胶，暴露出中间待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层。
（6）对暴露出的初始待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层表面和暴露出中间待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层表面进行化学溶液粗化。
（7）利用第三光刻版对终止待粗化区域进行第三次粗化保护套刻，随后进行显影去除指定位置光刻胶，暴露出终止待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层。
（8）对暴露出的初始待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层表面、暴露出中间待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层表面以及暴露出终止待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层表面进行化学溶液粗化。
（9）使用去胶液去除LED芯片表面其余光刻胶，完成粗化。
需要说明的是，在上述步骤中，三次粗化处理的时间均相同。
实施例2
本实施例2同样提供一种LED芯片粗化方法，与实施例1的区别在于，待粗化区域数量为四个，即远离图形化电极的初始待粗化区域，靠近图形化电极的终止待粗化区域，以及初始待粗化区域和终止待粗化区域之间的两个中间待粗化区域，四个待粗化区域的形状为等分矩形，四次粗化处理的时间均相同。
实施例3
本实施例3同样提供一种LED芯片粗化方法，与实施例1的区别在于，待粗化区域数量为五个，即远离图形化电极的初始待粗化区域，靠近图形化电极的终止待粗化区域，以及初始待粗化区域和终止待粗化区域之间的三个中间待粗化区域，五个待粗化区域的形状为等分矩形，五次粗化处理的时间均相同。
实施例4
本实施例4同样提供一种LED芯片粗化方法，与实施例1的区别在于，三次粗化处理的时间各不相同，且每次粗化处理的时间逐渐减小。
实施例5
本实施例5同样提供一种LED芯片粗化方法，与实施例1的区别在于，第一次和第二次粗化处理的时间相同，第三次粗化处理的时间最短。
将实施例1至实施例5中最终制备得到的LED芯片与现有技术中的LED芯片在同等条件下进行光效测试，结果如下表所示：
从表中可以发现，采用本发明实施例方法制备得到的LED芯片与现有技术中的LED芯片相比，能够提升光效，其中，最大光效提升为2.98%，需要说明的是，随着待粗化区域数量的增加，光效并不会持续提升，另外，粗化处理时间的不同，并不会对提升光效产生明显影响，但是，由于靠近电极区域的粗化时间的减少，可降低电极下方欧姆接触层被侧蚀的风险，所以，通过本发明实施例4和实施例5的制备方法制备得到的LED芯片的良率相比于实施例1至3来说，提高3%~5%。
本发明实施例还提供一种LED芯片，包括由上述任意实施例当中的LED芯片粗化方法制备得到的n-AlGaInP粗化层。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种LED芯片粗化方法，其特征在于，用于对LED芯片的n-AlGaInP粗化层进行粗化，所述方法包括：
基于n-AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n-AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域，其中，远离图形化电极的待粗化区域为初始待粗化区域，靠近图形化电极的待粗化区域为终止待粗化区域，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间为中间待粗化区域；
由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层。
2.根据权利要求1所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，当得到当前待粗化区域后，进行粗化处理的过程中，同时对当前待粗化区域和已粗化区域进行粗化处理。
3.根据权利要求2所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，各待粗化区域进行粗化处理时，粗化处理时间均不大于T/n，其中，T表示为腐蚀n-AlGaInP粗化层至极限粗化深度所用的时间，n表示为待粗化区域数量。
4.根据权利要求3所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，对终止待粗化区域进行粗化处理时，粗化处理时间最短。
5.根据权利要求4所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，所述基于n-AlGaInP粗化层上层叠的图形化电极，将n-AlGaInP粗化层表面分区，以形成关于图形化电极对称的多个待粗化区域的步骤中，以等分矩形的形式，将n-AlGaInP粗化层表面分区。
6.根据权利要求5所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，采用化学溶液对各待粗化区域进行粗化处理。
7.根据权利要求6所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，所述由初始待粗化区域朝终止待粗化区域，依次对各待粗化区域进行粗化处理，形成由图形化电极向外，粗化高度逐渐降低的n-AlGaInP粗化层的步骤中，首先在LED芯片表面涂抹光刻胶进行粗化保护，以使光刻胶覆盖图形化电极和n-AlGaInP粗化层，随后利用预先制备的各光刻版，分别对n-AlGaInP粗化层上的各待粗化区域进行保护套刻，随后进行显影，暴露出各待粗化区域上的n-AlGaInP粗化层，以对n-AlGaInP粗化层上暴露的各待粗化区域进行粗化处理。
8.根据权利要求1所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，初始待粗化区域和终止待粗化区域之间的中间待粗化区域有2个。
9.根据权利要求1所述的LED芯片粗化方法，其特征在于，待粗化区域以等分矩形的形式呈现。
10.一种LED芯片，其特征在于，包括由权利要求1-9任一项所述的LED芯片粗化方法制备得到的n-AlGaInP粗化层。
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