CN100490059C - 一种高亮度发光二极管芯片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种高亮度发光二极管芯片的制备方法，是将半切工艺用光刻腐蚀法替代，用光刻胶作腐蚀保护层，通过选择性曝光、显影、化学腐蚀的方法，完成共GaAs衬底负极，分离发光二极管芯片的正极。具体方法是发光二极管芯片在完成常规工艺后，在测试前进行以下步骤：(1)匀胶；(2)烘烤；(3)曝光；(4)显影；(5)烘烤；(6)腐蚀。本发明采用化学腐蚀方法完全替代了常规工艺中的“半切”，只需对芯片进行最后完全分离时的切割，完全不接触PN结面，避免了对PN结硬性的损伤，提高了器件的合格率，生产效率提高了一倍。化学腐蚀形成的PN结发光区为光亮完整的碗状台面，有利于向四周发射的光出射，LED芯片的发光亮度比常规方法能增加10%。

Description

一种高亮度发光二极管芯片的制备方法

技术领域

本发明涉及发光二极管的制备方法。

背景技术

高亮度发光二极管(LED)作为新型高效固态光源，具有发光效率高、体积小，重量轻、寿命长、节能、安全、绿色环保、响应速度快等显著优点，在背光源、景观装饰照明、交通信号灯、大屏幕显示、汽车信号灯及照明等领域发挥着越来越重要的作用。高亮度发光二极管按颜色可分为红色、黄色、蓝色、绿色等。用MOCVD外延在碳化硅、蓝宝石衬底上生长InGaN、GaN等结构可获得蓝色、绿色高亮发光二极管；在GaAs衬底上外延AlGaInP材料可获得颜色覆盖范围从红色、橙色、黄色，到黄绿波段的发光二极管。

由于高亮度LED管芯主要应用于点阵显示、交通灯、户内外显示屏，汽车尾灯等高端用途，因此对高亮度LED可靠性要求较高。首先需要在GaAs衬底上外延生长AlGaInP高亮度LED发光结构(如图1所示，在GaAs衬底1上自下而上依次设有反射层2、N限制层3、有源层4、P限制层5和窗口层6)，再进行常规的清洗、电极制作、光刻、减薄等半导体工艺制作，窗口层上面制作电极图形，窗口层采用GaP材料，GaAs衬底和GaP窗口层之间的各层统称为外延层。常规工艺完成后，与普通亮度LED不同，高亮LED必须对LED芯片进行逐个测试，保证亮度、波长、电压、反向漏电流等参数都能达到使用标准。通常，AlGaInP/GaAs体系红光、橙光、黄光、黄绿光的高亮发光二极管的测试流程都是先进行半切，再进行测试。“半切”即为用金刚石砂轮刀在30000转以上的转速下将已做好电极的晶元进行切割，切割的深度大于整个发光二极管外延层的厚度，这样就将高亮发光二极管芯片的正极(P区)完全分离，GaAs衬底做为公共的负极(N区)，形成了分立的发光二极管管芯(如图2所示)。最后用自动测试机对分离的LED芯片逐个点亮，检测每只LED的光学、电学参数。常规半切工艺分离管芯如图3所示，半切工艺的LED晶片如图4所示，半切工艺是与LED晶片完全是硬接触，管芯边缘呈锯齿状，不整齐。LED芯片半切测试后还需将发光二极管管芯完全分离，必须进行二次切割，所以每一个芯片都要切割两次，占用设备使用的时间较长，生产效率较低。半切过程中，由于金刚刀砂轮的高速转动，而且和GaAs材料完全是硬接触，因此在半切过程中产生大量的崩裂，在对发光的PN结来说是一个较大的损伤，严重的会造成反向漏电，降低成品率。

发明内容

本发明针对现有高亮度发光二极管制备技术的不足，提供一种生产效率高、管芯发光亮度高、器件合格率高的高亮度发光二极管芯片的制备方法。

本发明是将半切工艺用光刻腐蚀法替代，用光刻胶作腐蚀保护层，通过选择性曝光、显影、化学腐蚀的方法，完成“共GaAs衬底负极，分离发光二极管芯片的正极”。

具体方法是首先需要在GaAs衬底上外延生长AlGaInP高亮度LED发光结构，在GaAs衬底上自下而上依次设有反射层、N限制层、有源层、P限制层和窗口层，再进行常规的清洗、电极制作、光刻、减薄半导体工艺制作，窗口层上面制作电极图形，窗口层采用GaP材料，GaAs衬底和GaP窗口层之间的各层统称为外延层，发光二极管芯片在完成常规的清洗、电极制作、光刻和减薄工艺后，进行测试前按以下步骤进行：

步骤一，匀胶：均匀地在发光二极管外延晶片表面涂上正性光刻胶；

步骤二，烘烤：将涂正性光刻胶后的发光二极管外延晶片放入烘箱内，在100～150度温度下烘烤10～30分钟；

步骤三，曝光：通过掩模板在紫外光刻机上曝光，对准原有的电极图形，在各芯片之间的20～50微米宽度的区域内曝光；

步骤四，显影：用弱碱性溶液显影；

步骤五，烘烤：将显影后的发光二极管外延晶片放入烘箱内，在100～150度温度下烘烤15分钟；

步骤六，腐蚀：用化学腐蚀方法，在曝光区域内将GaP窗口层及外延层全部腐蚀，露出GaAs衬底。

本发明采用化学腐蚀方法完全替代了常规工艺中的“半切”，因此只需对芯片进行最后完全分离时的切割，生产效率增加了一倍。化学腐蚀形成的PN结发光区为光亮完整的碗状台面，改变了部分LED光出射的临界角，有利于向四周发射的光出射。经对比，LED芯片的发光亮度比常规方法能增加10％。利用本发明，切割只发生在最后的芯片分离的过程中，完全不接触PN结面，避免了对PN结硬性的损伤，提高了器件的合格率。

附图说明

图1是高亮度LED管芯的结构示意图。

图2是半切后分立的发光二极管管芯结构示意图。

图3是常规半切工艺分离管芯的示意图。

图4是采用半切工艺的LED晶片结构示意图。

图5是本发明的曝光掩模板图形示意图。

图6是本发明腐蚀步骤示意图。

图7是本发明的光刻腐蚀工艺分离管芯的示意图。

图8是采用本发明的光刻腐蚀工艺的LED晶片结构示意图。

图中：1、GaAs衬底，2、反射层，3、N限制层，4、有源层，5、P限制层，6、窗口层，7、电极，8、曝光区域。

具体实施方式

实施例：

本发明是用光刻胶作腐蚀保护层，通过选择性曝光、显影、化学腐蚀的方法，完成共GaAs衬底负极，分离发光二极管芯片正极。具体是在做好LED常规工艺后，进行测试前按以下步骤进行：

1.匀胶：均匀地在发光二极管外延晶片表面涂上正性光刻胶。在匀胶机上进行，匀胶机转速4000转/分，时间20秒。

2.烘烤：将涂正性光刻胶后的发光二极管外延晶片放入烘箱内，在100～150度温度下烘烤10～30分钟。

3.曝光：在紫外光刻机上曝光，掩模板图形如图5所示，对准原有的电极图形，在各芯片之间的20～50微米宽度的曝光区域8内曝光，曝光时间10～30秒。

4.显影：用弱碱性溶液如四甲基氢氧化铵溶液显影20～40秒。

5.烘烤：将显影后的发光二极管外延晶片放入烘箱内，在100～150度温度下烘烤15分钟。

6.腐蚀：用化学腐蚀方法，如将浓磷酸加热到40～60度，在曝光区域内将GaP窗口层及外延层全部腐蚀，露出GaAs衬底，如图6所示。

采用本发明的光刻腐蚀工艺分离管芯如图7所示，采用光刻腐蚀工艺的LED晶片如图8所示。腐蚀的沟槽光亮，呈碗状结构，有利于光出射，还避免了对LED中PN结的硬性损伤。

相对于常规“半切”工艺中的锯片机锯片方法，本发明有以下突出特点：

1常规方法的LED芯片半切测试后还需将发光二极管管芯完全分离，必须进行二次切割，所以每一个芯片都要切割两次，占用设备使用的时间较长，不利于生产效率的提高。利用本发明，化学腐蚀方法完全替代了常规工艺中的“半切”，因此只需对芯片进行最后完全分离时的切割，使锯片机的使用效率增加了一倍。在生产量不变的情况下，可以减少锯片机一半的投资；在锯片机总数不变的情况下，可以增加一倍的产能。

2.化学腐蚀形成的PN结发光区为光亮完整的碗状台面，改变了部分LED光出射的临界角，有利于向四周发射的光出射。经对比，LED芯片的发光亮度比常规方法能增加10％。

3.常规方法半切过程中，由于金刚刀砂轮的高速转动，而且和GaAs材料完全是硬接触，因此在半切过程中产生大量的崩裂，在对发光的PN结来说是一个较大的损伤，严重的会造成反向漏电，降低成品率。利用本发明，切割只发生在最后的芯片分离的过程中，完全不接触PN结面，避免了对PN结硬性的损伤。

Claims (1)

1.一种高亮度发光二极管芯片的制备方法，首先需要在GaAs衬底上外延生长AlGaInP高亮度LED发光结构，在GaAs衬底上自下而上依次设有反射层、N限制层、有源层、P限制层和窗口层，再进行常规的清洗、电极制作、光刻、减薄半导体工艺制作，窗口层上面制作电极图形，窗口层采用GaP材料，GaAs衬底和GaP窗口层之间的各层统称为外延层，其特征是：发光二极管芯片在完成常规工艺后，进行测试前按以下步骤进行：

步骤一，匀胶：均匀地在发光二极管外延晶片表面涂上正性光刻胶；

步骤二，烘烤：将涂正性光刻胶后的发光二极管外延晶片放入烘箱内，在100~150度温度下烘烤10~30分钟；

步骤三，曝光：通过掩模板在紫外光刻机上曝光，对准原有的电极图形，在各芯片之间的20~50微米宽度的区域内曝光；

步骤四，显影：用弱碱性溶液显影；

步骤五，烘烤：将显影后的发光二极管外延晶片放入烘箱内，在100~150度温度下烘烤15分钟；

步骤六，腐蚀：用化学腐蚀方法，在曝光区域内将GaP窗口层及外延层全部腐蚀，露出GaAs衬底。

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