CN101471403A

CN101471403A - Led报废片再利用方法

Info

Publication number: CN101471403A
Application number: CNA2007101861277A
Authority: CN
Inventors: 谢建春
Original assignee: SHENZHEN FANGDA GUOKE OPTICAL ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN FANGDA GUOKE OPTICAL ELECTRONIC TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2007-12-27
Filing date: 2007-12-27
Publication date: 2009-07-01

Abstract

本发明涉及一种LED报废片再利用方法，包括以下步骤：刻蚀步骤A：采用化学刻蚀法依次刻蚀所述报废片上的P型层、发光层、和N型掺杂层，并保留表面平整未掺杂的u－GaN层。利用化学刻蚀法对报废片进行处理，避免了现有技术的机械打磨对衬底的应力损伤，能够更好的将报废片回收再用，实现了报废片回收再利用价值。另外，可以在u－GaN层上制备微结构的图形衬底，对于后到MOCVD生长LED全结构能有效释放外延层应力，改善结晶质量，提高LED流明效率。

Description

LED报废片再利用方法

技术领域

本发明涉及LED(发光二极管)芯片的制备方法，更具体地说，涉及一种LED报废片再利用的方法。

背景技术

GaN(氮化镓)是近年来受到普遍关注的第三代化合物半导体。其优越的物理、化学性质，使其在光电子、微电子等领域有着巨大的应用潜力。早在本世纪二、三十年代，就有一批科学家从事GaN的研究。由于难于获得高质量的材料，其研究和应用受到了很大的限制，在八十年代之前，GaN的研究一直局限在材料的性质研究上。直到八十年代末期，两步生长法的提出和P型GaN的实现克服了GaN的研究障碍，极大地推动了GaN材料和器件研究的发展。使GaN的研究成为近年来应用物理研究的一大焦点。

由于GaN-InN材料体系的能带宽度为1.9-3.4ev，覆盖了从红光到紫外波段很大一部分可见光的范围，使其在全彩显示、交通指示灯、平板显示器和室内照明等领域都得到广泛应用。GaN具有直接带隙、热稳定性好、化学性质稳定、热导率高等特点，使得GaN器件具有高效、节能、长寿命、免维护、环保、高稳定性等优点。GaN的这些优点使其在电学器件的研究中也有巨大的应用价值。在照明领域，专家预计半导体照明光源将成为继白炽灯、荧光灯之后的一种新型固态冷光源，替代白炽灯和荧光灯也是大势所趋，仅仅是一个时间问题。从目前的发展趋势来看，高亮度白色发光二极管(Light EmittingDiodes，简称LED)将成为无汞、节能的绿色光源。随着技术的提升，亮度的提高，光色的丰富和显色性能的改善等，半导体照明材料和器件的应用领域正逐渐从作为辅助照明光源向通用大范围照明光源扩展。

随着LED应用领域的不断扩大，世界LED生产厂商在扩大量产和投入研发力度的同时，都会不同程度的积存大量规格外LED芯片、实验片(如存在波长偏离、芯片亮度不高、高电压、漏电大等缺陷的报废片)。如何实现这些规格外芯片和实验片回收再利用将成为各公司迫切希望解决的难题之一。

目前，各厂商在解决此类问题时通常采用已成熟芯片打磨工艺，即把LED芯片结构利用机械研磨，抛光的方法实现蓝宝石衬底回收再利用，此类方法工艺较为成熟，但其采用机械加工的方法，给芯片造成不同程度的损伤，甚至损坏芯片无法再回收利用；另外，经回收的蓝宝石衬底也无法改善LED发光效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述对报废片的再利用存在的容易造成芯片的损伤的缺陷，提供一种不会造成机械损伤的LED报废片再利用方法。进一步的，可以改善回收的报废片的发光效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造1、一种LED报废片再利用方法，包括以下步骤：

刻蚀步骤A：采用化学刻蚀法依次刻蚀所述报废片上的P型层、发光层、和N型掺杂层，并保留表面平整未掺杂的u-GaN层。

本发明的LED报废片再利用方法还包括：在刻蚀步骤A之前的预处理步骤：

B1：清洗所述报废片的金属电极及表面保护层；

B2：在经过步骤B1处理的报废片上形成补平层，所述补平层补平报废片上的N电极区域，同时也在报废片P电极上形成多余层；

B3：剥离所述P电极上的多余层。

本发明的LED报废片再利用方法还包括：图形衬底制备步骤C：在经步骤A处理后的报废片上制备图形，形成具有图形的衬底。

本发明的LED报废片再利用方法还包括：外延生长步骤D：在步骤C形成的图形衬底上生长出LED全结构。

在本发明的LED报废片再利用方法的所述步骤C中，将所述报废片放入加热的KOH溶液中进行腐蚀，形成倒六角锥形图形GaN衬底。

在本发明的LED报废片再利用方法中，所述溶液容度为45％，温度100℃，腐蚀时间为120s。

在本发明的LED报废片再利用方法的所述步骤A中，采用ICP刻蚀法对所述报废片进行刻蚀，其刻蚀气体采用Ar₂/Cl₂气氛，刻蚀深度为所述报废片中P型层、发光层、N型掺杂层和少量u-GaN层厚度的总和。

在本发明的LED报废片再利用方法的所述步骤B2中，采用PECVD法蒸镀SiO₂补平层，并且在所述P电极上同样形成SiO₂多余层；其蒸镀厚度与所述刻蚀深度相匹配。

在本发明的LED报废片再利用方法中，所述蒸镀温度为低频300℃；SiO₂层的厚度为0.1-4um。

在本发明的LED报废片再利用方法的所述步骤B3中，采用光刻剥离工艺，采用稀释的HF溶液剥离所述P电极上的SiO₂多余层。

实施本发明的LED报废片再利用方法，具有以下有益效果：利用化学刻蚀法对报废片进行处理，避免了现有技术的机械打磨对衬底的应力损伤，能够更好的将报废片回收再用，实现了报废片回收再利用价值。另外，可以在u-GaN层上制备微结构的图形衬底，对于后到MOCVD生长LED全结构能有效释放外延层应力，改善结晶质量，提高LED流明效率。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明第一实施例的LED报废片再利用方法完成清洗处理的芯片的示意图；

图2是本发明第一实施例的LED报废片再利用方法完成蒸镀SiO₂掩膜处理的芯片的示意图；

图3是本发明第一实施例的LED报废片再利用方法完成剥离多余SiO₂掩膜处理的芯片的示意图；

图4是本发明第一实施例的LED报废片再利用方法完成刻蚀处理的芯片的示意图；

图5是本发明第一实施例的LED报废片再利用方法完成图形生成处理的芯片的示意图；

图6是本发明第二实施例的LED报废片再利用方法应用的报废片的示意图；

图7是本发明第二实施例的LED报废片再利用方法完成刻蚀处理的芯片的示意图；

图8是本发明第二实施例的LED报废片再利用方法完成图形生成处理的芯片的示意图。

具体实施方式

如图1至图5所示，是本发明的LED报废片再利用方法的第一实施例，应用于具有u-GaN结晶品质良好的报废片(即报废片的u-GaN层未受到破坏)，并且在本实施例中的报废片为制备了金属电极的报废片，该报废片具有P型GaN101、发光层102、N型GaN103、u-GaN104、缓冲层105和蓝宝石衬底106。并且，在P型GaN上做有P型电极区域107，在N型GaN上做有N型电极区域108。该方法包括报废片的预处理步骤、刻蚀步骤、图形衬底制备步骤、以及外延生长步骤等。

首先对报废片进行预处理。先清洗掉金属电极，采用清洗液把报废片表面的P电极和N电极的金属、ITO电极以及表面的SiO₂保护层去除，得到没有电极的报废片，如图1所示。

此时报废片的P型GaN的电极区域和N型GaN的电极区域之间形成落差，为了便于下一步的刻蚀，需要将N型电极区域补平，这里采用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)蒸镀SiO₂掩膜层，在N电极区域形成补平层110，在P电极上形成多余层109，如图2所示。蒸镀的SiO₂掩膜层的温度通常为低频300℃；而蒸镀的厚度根据后一道工序的刻蚀比决定，通常为0.1-4um。例如，后一道刻蚀工序采用ICP刻蚀，在Ar2/Cl2中刻蚀GaN和SiO2的刻蚀比为1:0.8时，假定刻蚀GaN厚度为4um，则要求蒸镀SiO₂厚度为3.2um.依此类推。其目的是为了在刻蚀过程中，保证能够同时刻蚀到u-GaN层，避免对u-GaN层的过渡刻蚀。

完成对报废片的补平工序后，需要剥离P电极上的多余层，以利于下一步的刻蚀。对蒸镀好SiO₂的报废片进行光刻剥离工艺，采用稀释的HF溶液剥离掉P电极区域上的SiO₂多余层。

然后，进行刻蚀工艺：采用化学刻蚀法依次刻蚀报废片上的P型层、发光层、和N型掺杂层，并保留表面平整未掺杂的u-GaN层。其中，刻蚀气体采用Ar2/Cl2气氛，刻蚀深度为报废片中的P型层、发光层、N型掺杂层和少量U-GaN层厚度的总和。采用化学刻蚀法对报废片进行刻蚀，避免了机械打磨对衬底的应力损伤，能够更好的将报废片回收再用，实现了报废片回收再利用价值。

然后，将刻蚀好的报废片进行图形衬底制备处理。经过刻蚀的报废片具有平整的u-GaN表面，将该报废片放入到HOH溶液中进行u-GaN层表面刻蚀，以获得倒六角锥形的图形111。其中KOH溶液的浓度为45％，温度为100℃，刻蚀的时间为120s。图形衬底对于后到MOCVD生长LED全结构能有效释放外延层应力，改善结晶质量，提高LED流明效率。在完成图形衬底的制作后，采用MOCVD法(Metal-organic Chemical Deposition，有机金属化学气相沉积法)在图形衬底上进行外延片LED全结构的生长(即依次生长出N型GaN层、发光层和P型GaN层)，然后再制备电极等。

如图6至图8所示，是本发明的LED报废片再利用方法的第二实施例，其与第一实施例的区别在于，该报废片为未制备金属电极的报废片，其具有平整的P型GaN201、发光层202、N型GaN203、u-GaN204、缓冲层205和蓝宝石衬底206。由于该报废芯片并未制备金属电极，因此无需对报废片进行如第一实施例所述的清洗金属电极、补平电极区域、剥离掩膜层等处理，仅需要执行第一实施例中的刻蚀(得到如图7所示的芯片)、图形衬底制作等步骤即可，在完成图形衬底(如图8所示)的制作后，采用MOCVD法在图形衬底上进行外延片LED全结构的生长(即依次生长出N型GaN层、发光层和P型GaN层)，然后再制备电极等。

Claims

1、一种LED报废片再利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

2、根据权利要求1所述的LED报废片再利用方法，其特征在于，该方法还包括步骤：在刻蚀步骤A之前的预处理步骤：

B1：清洗所述报废片的金属电极及表面保护层；

B3：剥离所述P电极上的多余层。

3、根据权利要求1或2所述的LED报废片再利用方法，其特征在于，该方法还包括：图形衬底制备步骤C：在经步骤A处理后的报废片上制备图形，形成具有图形的衬底。

4、根据权利要求3述的LED报废片再利用方法，其特征在于，该方法还包括：外延生长步骤D：在步骤C形成的图形衬底上生长出LED全结构。

5、根据权利要求3述的LED报废片再利用方法，其特征在于，在所述步骤C中，将所述报废片放入加热的KOH溶液中进行腐蚀，形成倒六角锥形图形GaN衬底。

6、根据权利要求5所述的LED报废片再利用方法，其特征0在于，所述溶液容度为45％，温度100℃，腐蚀时间为120s。

7、根据权利要求1或2所述的LED报废片再利用方法，其特征在于，在所述步骤A中，采用ICP刻蚀法对所述报废片进行刻蚀，其刻蚀气体采用Ar₂/Cl₂气氛，刻蚀深度为所述报废片中P型层、发光层、N型掺杂层和少量u-GaN层厚度的总和。

8、根据权利要求7所述的LED报废片再利用方法，其特征在于，在所述步骤B2中，采用PECVD法蒸镀SiO₂补平层，并且在所述P电极上同样形成SiO₂多余层；其蒸镀厚度与所述刻蚀深度相匹配。

9、根据权利要求8所述的LED报废片再利用方法，其特征在于，所述蒸镀温度为低频300℃；SiO₂层的厚度为0.1-4um。

10、根据权利要求8所述的LED报废片再利用方法，其特征在于，在所述步骤B3中，采用光刻剥离工艺，采用稀释的HF溶液剥离所述P电极上的SiO₂多余层。