[发明专利]一种提高发光芯片光出射窗口出光率的加工方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体发光芯片管芯加工技术领域，具体的说是一种提高发光芯片光出射窗口出光率的加工方法，该方法可提高基于半导体外延技术制备的半导体发光芯片如LED器件或半导体激光器等的出光率。

背景技术

自从20世纪60年代末美国惠普(HP)公司首次实现LED产品量产以来，LED产业已经经历了四十余年的发展历程。随着LED性能持续地提高，应用市场也随之急速扩大，如交通信号灯、汽车刹车灯、尾灯、第三刹车灯等，尤其是高发光效率的LED和有希望替代传统照明的白光LED在最近几年陆续被研发出来，未来高亮度LED市场的发展将会更快速更广泛的成长。白光LED被认为是半导体照明的基础和产业发展重点，也是近几年发展最快的LED领域。

但遗憾的是到目前为止，LED还只能够使用在相当小的范围。因为制备LED的半导体材料折射率很高，以GaN(氮化镓)系结晶为例，在LED元件结晶内部发出的光并没有透出而是在内部反射，最终被材料所吸收。例如n型掺杂的GaN层与蓝宝石基板界面的临界角是47度，p型掺杂的GaN层与封装模具材料如树脂的界面的临界角是38度，超过临界角度的光将被界面全反射而无法透射到芯片外部形成出射光，所以一般LED的输出效率大约只有30％。

目前采用的方法是：

1、在芯片表面制备粗化层

该种技术采用对化合物半导体层表面制作粗糙表面来增加发光层出射光的出射率，其缺点是形成了粗糙的半导体表面，虽然能增加从半导体发光芯片管芯的出光率，但是由于表面形貌的改变降低了器件的接触性能，导致了器件电学特性的恶化，引起电流分布和发光均匀性的改变，并且使器件可靠性和寿命受到影响。

2、在芯片表面制作光学结构晶体制备

该技术通过在凹凸表面生长半导体晶体或对半导体表面粗化技术的改善，通常采用干法刻蚀方法对半导体发光芯片进行处理，在芯片表面形成较为规则的图形结构，增加发光层出射光的出射率。其缺点是不易获得高生长质量的晶体或是形成了粗糙的半导体表面，由于晶体质量差导致电光转换效率不高或表面形貌的改变降低了器件的接触性能，导致了器件电学特性的恶化，引起电流分布和发光均匀性的改变，并且使器件的效率、可靠性和寿命受到影响。

3、申请号：200610101519.4，名称：发光二极管及其制造方法，该发明专利的特征表现为在衬底上生长的n-GaN层具有多个突起的结构提高发光效率和实现更好的光输出性能，是在半导体材料生长过程中加以控制而获得的特殊结构，由于在凹凸不平的图案表面生长发光结构有源层材料会导致材料生长质量降低，从而降低器件性能。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，提供一种在根本上增加半导体发光芯片的出射光通量，使得半导体发光芯片的光亮度得到增强，同时也可获得一定的光汇聚效果的提高发光芯片光出射窗口出光率的 加工方法。

本发明提供的技术解决方案在于：

在出光窗口表面的第一材料层生长完并经第一步刻蚀工序后，在每次进行刻蚀工序前再每次生长一层材料层，其中在第一材料层和之后生长的第二材料层、第三材料层定义为一种或多种材料的层叠结构形成的材料层。

本发明提供的进一步技术解决方案在于：

所述的刻蚀均是当第一材料层一生长完，涂抹光刻胶曝光显影并去除被显影的光刻胶后进行第一步刻蚀，在所得的第一材料层上再次生长一层第二材料层并进行再次刻蚀，或重复多次生长刻蚀循环过程。

所说材料层的厚度为20-20000nm。

出光窗口曝光显影后为网状分布且形状为三角形、正方形、六角形、椭圆形、圆形。

每次刻蚀的深度不超过材料层的厚度。

出光窗口曝光显影并经刻蚀后形成横截面轮廓侧边与衬底平面的内夹角小于或等于90°的立体突起。

所说的材料层可为N层，刻蚀可为N次，N位自然数。

本发明所产生的积极效果在于：