用于发光二极管的芯片塑形的光电化学蚀刻制造技术

执行光电化学（ＰＥＣ）蚀刻以用于由ＩＩＩ－Ｖ半导体材料构成的装置的芯片塑形，以便提取捕集于所述ＩＩＩ－Ｖ半导体材料中的发射成引导模式的光。所述芯片塑形涉及在所述ＰＥＣ蚀刻期间使入射光的角度变化以控制所述ＩＩＩ－Ｖ半导体材料的所得侧壁的角度。所述侧壁可有斜坡也可垂直，以便将所述引导模式散射出所述ＩＩＩ－Ｖ半导体材料，而非将所述引导模式反射回到所述ＩＩＩ－Ｖ半导体材料中。除对所述芯片进行塑形以便提取发射成引导模式的光以外，所述芯片可经塑形以充当透镜，以聚焦其输出光，或以特定方式导引其输出光。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及用于发光二极管(LED)的芯片塑形的光电化学蚀刻(PEC)。
技术介绍
(注意本申请案参考贯穿说明书由括号内的一个或一个以上参考编号(例如， )指示的多个不同公开案。根据这些参考编号排序的这些不同公开案的列表可在下文标题为“参考文献”的章节中找到。这些出版物中的每一者以引用方式并入本文中。)在LED中，尤其在基于GaN(氮化镓)及GaP(磷化镓)的装置中，外部量子效率受到捕集于材料中的发射成引导模式的光的限制。通常，当切割晶片时，所得侧壁平滑且垂直，从而致使大部分光反射回到所述材料中，其在所述材料处最终损失，其中仅小百分比的光提取到空气中。若干个先前专利及研究文章已论述修改LED芯片的几何形状或形状以克服这些问题的益处。举例来说，众所周知，芯片塑形成棱锥几何形状将显著增加提取效率，因为光以小于用于提取到空气中的临界角度入射于斜坡侧壁上具有高得多的可能性。然而， 此类设计通常并非线性(直线)，例如，侧表面(不平行于外延层)以相对于法线(即，表面法线)的不同角度形成。芯片塑形可涉及LED装置及材料的塑形，伴随有衬底材料的塑形，其可具有不同的组成(例如，蓝宝石)。通常，晶片是通过使用斜切刀的机械锯割、外来基座的湿式蚀刻或使用具有倾斜小面的蚀刻掩模或零偏置蚀刻的干式蚀刻塑形而塑形成此几何形状。通常，蚀刻为优选方法。然而，在基于III-V半导体的装置中，蚀刻工艺受到限制， 因为不能使用简单的湿式蚀刻。此外，湿式蚀刻及干式蚀刻两者给出的对所得经蚀刻侧壁的角度的控制非常小，因此提供的芯片形状选项较少。因此，此项技术中需要用于基于III-V半导体的装置的芯片塑形的经改善的蚀刻工艺。本专利技术满足此需要。
技术实现思路
为克服上文所描述的现有技术中的限制，且为克服在阅读且理解本专利技术后将变得明了的其它限制，本专利技术揭示一种经执行以用于由III-V半导体材料构成的装置的芯片塑形的PEC蚀刻，以便提取捕集于所述III-V半导体材料中的发射成引导模式的光。所述III-V半导体材料可包含η型层、ρ型层及生长于模板或衬底上的作用区，其中产生光且将所述光发射成所述引导模式的所述作用区位于所述P型层与所述η型层之间中。举例来说，所述III-V半导体材料可为III氮化物半导体材料。举例来说，所述III氮化物材料的定向(生长平面)及所述作用区的发光表面可为m平面或a平面。所述芯片塑形涉及在所述PEC蚀刻期间使入射光的角度变化以控制所述III-V半导体材料的所得表面(例如，侧壁)的角度。所述侧壁可有斜坡也可垂直，以便将所述引导模式散射出所述III-V半导体材料，而非将所述引导模式反射回到所述III-V半导体材料中。举例来说，所述侧壁可成角度，以使得光更有可能以大于总体内部反射(TIR)的临界角度的入射角度入射于侧壁上。 更具体来说，表面中的每一者可为成角度的侧壁，使得所述侧壁在第一遍中朝向装置的顶表面全内反射更多的引导模式，以使得更多的经全内反射的引导模式在光提取的临界角度内入射于所述顶表面处。所述芯片塑形可进一步包含使入射光的角度变化以控制侧壁的平滑度及表面粗糙度。举例来说，侧壁的表面粗糙度可充分小于发射成引导模式的光的波长以防止引导模式的光因表面粗糙度而散射，以使得侧壁的表面对于所述波长为镜面。作为本专利技术的结果， 可获得并非大致由III-V半导体材料的结晶学确定的侧壁角度及侧壁表面粗糙度。然而， 可获得任意平滑或粗糙(包括经图案化)侧壁。除对芯片进行塑形以便提取发射成引导模式的光以外，所述芯片可经塑形以充当透镜，以聚焦其输出光，或以特定方式导引其输出光。举例来说，所述表面可包含一个或一个以上弯曲表面且所述芯片塑形可进一步包含使入射光的角度变化以制作所述弯曲表面 (例如，入射光的角度可对弯曲表面进行塑形及定位以界定聚焦或导引作用区所发射的光的透镜)。因此，所述透镜可包含在所述作用层的顶部上生长并塑形或在衬底或模板中塑形的III氮化物半导体材料层。也可执行PEC蚀刻以将包含多个装置的晶片切割成不同芯片。因此，本专利技术进一步揭示一种LED，其包含III氮化物半导体材料，所述III氮化物半导体材料包含用于产生并发射光的作用区；所述III氮化物材料的具有表面平滑度的一个或一个以上经蚀刻表面；及所述表面的相对于所述作用区的发光表面成一个或一个以上斜坡角度的倾斜度，其中所述倾斜度及所述表面平滑度增强对捕集于所述III氮化物半导体材料中的发射成引导模式的光的提取。最后，本专利技术揭示一种用于制作半导体装置的设备，其包含电化学单元，其用于在PEC蚀刻期间以化学方式蚀刻III-V半导体材料；光源，其用于将入射光发射到所述 III-V半导体材料上；及用于相对于所述电化学单元中的所述III-V半导体材料重新定位所述入射光的构件，其中所述重新定位在所述PEC蚀刻期间使所述入射光的角度变化以控制所述PEC蚀刻的方向，借此控制所述III-V半导体材料的所得侧壁的角度且对由所述 III-V半导体材料构成的所述装置芯片进行塑形以便提取捕集于所述III-V半导体材料中的发射成引导模式的光。附图说明现在参照图式，在所有图式中相同参考编号表示对应部件图1是PEC蚀刻设备的图示。图2是借助有角度照射的PEC蚀刻的图示。图3(a)到(d)包含借助有角度照射PEC蚀刻的样本的扫描电子显微镜(SEM)图像，其中图3(a)是显示一个装置的具有50 μ m的比例尺的较高放大倍数图像，图3(b)是显示3个装置的具有50 μ m的比例尺的图像，图3 (c)是显示多个装置的具有200 μ m的比例尺的较低放大倍数图像，且图3(d)是显示多个装置的具有Imm比例尺的更低放大倍数图像。图4(a)及4(b)是用于蓝宝石上的GaN的LED塑形工艺的第一实例的图示。图5(a)及5(b)是用于蓝宝石上的GaN的LED塑形工艺的第二实例的图示。图6是图解说明本专利技术的方法的流程图。图7到10是可使用本专利技术的PEC蚀刻实现的芯片几何形状的实例，其中所述实例是基于美国专利第7，268，371及7，279，345号，其中图7是具有梯形横截面且基于美国专利第7，268，371号的图2的芯片的横截面示意图，图8是基于美国专利7，268，371的图11 的芯片几何形状的横截面示意图，图9是基于美国专利第7，268，371号的图30的芯片几何形状的横截面示意图，且图10是具有弯曲表面且基于美国专利第7，268，371号的图33的芯片几何形状的横截面示意图。具体实施例方式在优选实施例的以下说明中参照形成本文的一部分的附图，且附图中以图解说明方式显示可以其实践本专利技术的具体实施例。应理解，可利用其它实施例且可在不背离本专利技术范围的情况下做出结构性改变。MM本专利技术描述将PEC蚀刻用于基于III-V半导体的装置(例如，基于GaN及基于GaAs 的LED)的芯片塑形。使用本专利技术的技术，可直接蚀刻当LED生长于III-V衬底上时位于其之间中的材料，且通过使入射光的角度变化，可控制所得侧壁的角度，从而产生斜坡侧壁， 其会将引导模式散射出所述材料而非将其反射回。使用PEC蚀刻，可通过在蚀刻期间控制入射光的方向而获得非线性芯片形状，而不需要使用外来衬底的机械切割或结晶学湿式蚀刻。技术说明侖名法本文中所使用的术语“ (Al,Ga, I本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种用于制作半导体装置的方法，其包含：执行光电化学（ＰＥＣ）蚀刻以用于由ＩＩＩ－Ｖ半导体材料构成的装置的芯片塑形，以便提取捕集于所述ＩＩＩ－Ｖ半导体材料中的发射成引导模式的光。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：阿戴尔·坦博利，
申请(专利权)人：加利福尼亚大学董事会，
类型：发明
国别省市：US