[发明专利]LED芯片的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED芯片的制造方法，尤其涉及金属有机化学气相淀积(MOCVD)外延方法生长掺杂锥形结构，以提高取光效率的制造方法。

背景技术

传统的荧光灯中需使用水银蒸汽及铅成分，如果荧光灯破碎，水银蒸汽和铅则会挥发到大气中，成为不断污染空气的源头，并对人体造成伤害。因此，人们正在寻求新一代的照明光源。1964年，世界上第一只红色III-V族稼砷磷(GaAsP)发光二极管(LED，Light Emitting Diode)诞生，这也就预示着固体发光时代的来临，紧接着橙色、黄色和黄绿色LED也相继问世，唯独蓝光LED的空缺造成一直不能实现全色显示。1994年，研制出氮化镓(GaN)LED，实现了蓝光半导体发光，使LED能够发出从红外线到蓝光之间不同波长的光线，从而可能实现由蓝光半导体发光材料转化成白光的白光LED。白光LED无需使用水银蒸汽和铅，且易回收，不会对环境造成污染，从而对环境起到保护作用。由于LED不仅具有节能、环保、寿命长三大优点，还具有体积小、驱动电压低、响应快速、彩色可调、聚光性能好等优点，因此，随着LED发光强度的不断提高，应用领域也不断扩大，并逐步进入照明领域。

随着以氮化物为基础的高亮度LED应用的开发，新一代绿色环保固体照明光源氮化物LED已成为研究的重点，尤其是以第三代半导体氮化镓(GaN)为代表的蓝色LED的开发。以GaN、氮化铟镓(InGaN)和氮化铝镓(AlGaN)合金为主的III族氮化物半导体材料具有宽的直接带隙、内外量子效率高、高热导率、耐高温、抗腐蚀、抗震性、高强度和高硬度等特性，是世界上目前制造高亮度发光器件的理想材料。

由于LED器件的制造一般采用横向结构，体型是长方体，左右两面相互平行，虽然有源区发出的光大部分从P型区的顶部出射，但是，由于半导体材料与空气的折射率差异较大，导致LED光从折射率大的芯片发射到折射率小的空气时，会在半导体与空气的界面发生全发射，未经处理的半导体LED结构表面大约只有很少一部分的光从芯片内部逃逸出来，从而导致芯片的出光效率非常低。由于芯片的出光效率是决定半导体照明芯片的发光效率的主要原因，因此，提升氮化物LED的发光效率和增大光的取出效率对提高器件的外部量子效率起着非常关键的作用。

为了提高外部量子效率，人们正在试图从技术上尝试各种能提高芯片出光率的方法，比如表面粗化(Surface roughing)，破坏光在半导体与空气界面的全反射，增加光的出射效率，提高芯片的光提取效率。另外，比较成功的提高光取出效率的方法是将LED芯片做成倒金字塔形、锥形等。当制作成倒金字塔(TIP，Truncated Inverted Pyramid)形状(侧面与垂直方向成一定角度)时，芯片的四个侧面不再是相互平行，可以使得射到芯片侧面的光，经侧面的反射到顶面，以小于全反射临界角的角度出射；同时，射到顶面大于全反射临界角的光可以从侧面出射，从而大大提高了芯片的出光效率。表面粗化或倒金字塔型的形成是一般是通过蚀刻等工艺改变表面的腐蚀深度、形状和坡度，因此容易造成在各个方向上腐蚀不均匀，甚至造成腐蚀不充分和过蚀的现象。因此，在LED芯片结构中难以形成均匀一致的深度、形状和坡度，提高取光效率的倾斜面也难以准确控制。还会造成裂片等问题，降低产品生产的良率。

为了解决上述问题，提高III族氮化物发光器件来的内部量子效率和出光效率，在实际的实施过程中仍然存在相当大的壁垒，亟待引进能有效改善上述缺陷的新方法，以解决第三代半导体材料使用面临的最主要的问题。

实用新型内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种实现LED芯片的制造方法，以提高氮化物LED的取光效率。

为解决上述问题，本发明提出的一种实现LED芯片的制造方法，包括如下步骤：

提供半导体衬底，在半导体衬底上采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition)依次生长氮化物成核层、非掺杂氮化物层、N型氮化物层、多量子阱、P型氮化物层；

在P型氮化物层上沉积掩膜层；

蚀刻掩膜层以形成周期性图形结构窗口，所述周期性图形结构窗口内暴露出P型氮化物层；

采用金属有机化学气相淀积外延的方法，在周期性图形结构窗口内、P型氮化物层表面上，形成掺杂锥形结构；

去除掩膜层，形成由P型氮化物层和掺杂锥形结构构成的P型外延层。