CN101517753A - 发光二极管及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种发光二极管及其制造方法。在所述方法中，形成半导体层，并且在所述半导体层上形成掩模层。使激光辐照到掩模层的划片区域上以将所述半导体层分为多个发光二极管。蚀刻划片区域，然后移除掩模层。接着使所述多个发光二极管彼此分离。

Description

发光二极管及其制造方法
技术领域
实施方案涉及发光二极管及其制造方法。
背景技术
通过在衬底上形成化合物半导体之后分离多个单元芯片的划片工艺来制造发光二极管(LED)。
划片工艺将是将激光辐照到衬底或化合物半导体上。在激光辐照期间，与利用激光辐照的划片区域相邻接的衬底或化合物半导体可受到损伤。
由LED的有源层产生的一部分光通过所述划片区域发射至外部。然而，光难以通过衬底或化合物半导体的被激光损伤的部分，这最终降低了LED的光效率。
发明内容
技术问题
实施方案提供发光二极管(LED)及其制造方法。
实施方案提供具有改善的光效率的LED及其制造方法。
技术方案
一个实施方案提供一种制造发光二极管(LED)的方法，包括：形成半导体层；在所述半导体层上形成掩模层；使激光辐照到掩模层的划片区域上以将所述半导体层分为多个发光二极管；蚀刻所述划片区域；移除掩模层；和分离所述多个发光二极管。
一个实施方案提供一种制造发光二极管的方法，包括：在衬底上形成半导体层；在所述半导体层上形成掩模层；使激光辐照到衬底的划片区域上以将衬底分为多个发光二极管；蚀刻所述划片区域；移除掩模层；和分离所述多个发光二极管。
一个实施方案提供一种发光二极管，包括：衬底；在所述衬底上的半导体层；在所述半导体层上的电极，其中所述衬底或半导体层具有至少一个具有预定倾角的蚀刻后的侧表面。
在附图和以下的描述中阐述了一个或更多个实施方案的细节。其它特征会通过说明和附图以及通过权利要求而变得显而易见。
有益效果
实施方案可提供发光二极管(LED)及其制造方法。
实施方案可提供具有改善的光效率的LED及其制造方法。
附图说明
图1～6是说明根据第一实施方案的发光二极管(LED)及其制造方法的截面图。
图7～11是说明根据第二实施方案的LED及其制造方法的截面图。
实施方式
现在将详述发光二极管(LED)及其制造方法，在附图中对其示例进行说明。
图1～6是说明根据第一实施方案的LED及其制造方法的截面图。
参考图1，在衬底10上形成半导体层20、第一电极31和第二电极41，以形成LED。
衬底10可包括例如蓝宝石衬底。半导体层20具有化合物半导体的多堆叠结构，下面将在图6中对其进行更完全的描述。
可选择性地蚀刻半导体层20的一部分，并且在半导体层20的蚀刻后的部分上形成第一电极31。因此，即使在相同的半导体层20上形成第一和第二电极31和41，它们也具有彼此不同的高度。
为描述方便起见，图1～6的实施方案说明截面图，该截面图说明形成第一、第二和第三LED 51、52和53的工艺。
参考图2，在半导体层20、第一电极31和第二电极41上形成掩模层60。
在划片工艺期间，掩模层60保护半导体层20并且由可被湿蚀刻或干蚀刻的材料形成。下文将详细描述用于掩模层60的材料。
在图2中，附图标记61表示划片区域。在该实施方案中，使用激光辐照设备将激光辐照到划片区域61上，因此将半导体层20分为第一、第二和第三LED 51、52和53。
参考图3，当辐照激光到划片区域61上时，划片区域61中的掩模层60、半导体层20和衬底10被移除。
在激光辐照期间，被激光辐照的划片区域61中的层受到损伤，导致形成具有不平表面的损伤区域12，如图3所示。
由LED的有源层发射的光没有通过而是在损伤区域12被吸收，因此在本实施方案中，移除损伤区域12以改善LED的光效率。
损伤区域12的移除可使用湿蚀刻或干蚀刻工艺来实施。
湿蚀刻工艺使用第一蚀刻剂来实施，所述第一蚀刻剂包括以下物质中的至少一种：盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(蚀刻剂)(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3)。第一蚀刻剂的温度为200～400℃。
在损伤区域12的蚀刻期间，掩模层60防止半导体层20受到蚀刻。掩模层60可由几乎不被第一蚀刻剂蚀刻的例如氮化硅(Si3N4)或氧化物基材料诸如二氧化硅(SiO2)形成。
即，第一蚀刻剂对损伤区域12的蚀刻选择性比对掩模层60的蚀刻选择性高。
由于掩模层60几乎不被第一蚀刻剂蚀刻，所以可选择性地蚀刻损伤区域12同时最小化半导体层20的蚀刻量。
干蚀刻可通过感应耦合等离子体/反应性离子蚀刻(ICP/RIE)或RIE来实施。此外，干蚀刻可使用包括BCl3、Cl2、HBr和Ar中的至少一种的第一蚀刻气体来实施。
掩模层60配置为防止半导体层20在损伤区域12的蚀刻期间受到蚀刻，该掩模层60可由几乎不被第一蚀刻气体所蚀刻的氧化物基材料如SiO2、TiO2和ITO或金属材料诸如Cr、Ti、Al、Au、Ni和Pt形成。
即，第一蚀刻气体对损伤区域12的蚀刻选择性比对掩模层60的蚀刻选择性高。
根据蚀刻情况，湿蚀刻和干蚀刻可实施几分钟至几十分钟。图4说明划片区域61的损伤区域12被移除。
参考图5，除去损伤区域12之后，将半导体层20上形成的掩模层60移除。
使用湿蚀刻和干蚀刻中的至少一种可实施掩模层60的移除。
例如，通过使用第二蚀刻剂的湿蚀刻移除掩模层60，第二蚀刻剂包括缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)或氢氟酸(HF)中的至少一种。
由于半导体层20几乎不被第二蚀刻剂蚀刻，所以可选择性地蚀刻掩模层60同时最小化半导体层20的蚀刻量。
即，第二蚀刻剂对掩模层60蚀刻选择性比对半导体层20的蚀刻选择性高。
例如，通过使用包括O2和CF4中至少一种的第二蚀刻气体的干蚀刻来移除掩模层60。
由于半导体层20几乎不被第二蚀刻气体蚀刻，所以可选择性地蚀刻掩模层60同时最小化半导体层20的蚀刻量。
即，第二蚀刻气体对掩模层60蚀刻选择性比对半导体层20的蚀刻选择性高。
此后，对衬底10和半导体层20施加物理冲击，使得第一LED 51、第二LED 52和第三LED 53通过划片区域61而彼此分离。
在对衬底10和半导体层20施加物理冲击之前，可实施研磨(lapping)过程以减小衬底10的厚度。研磨过程可通过化学机械抛光(CMP)、干蚀刻、湿蚀刻和使用浆料的机械抛光中的至少一种工艺来实施。
图6说明通过划片区域分离的第一LED 51。
第一LED 51包括在衬底10上形成的半导体层20、第一电极31和第二电极41。
半导体层20包括缓冲层21、n-型半导体层22、有源层23、p-型半导体层24和透明电极层25。
缓冲层21减小衬底10和n-型半导体层22之间的应力并且使得半导体层能够容易地生长。缓冲层21可具有AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN和AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN中的至少一种结构。
n-型半导体层22可包括掺杂有硅的GaN层，并且可通过供给包含n-型掺杂剂如NH3、三甲基镓(TMGa)和Si的硅烷气体来形成。
有源层23可具有由InGaN/GaN形成的单量子阱或多量子阱(MQW)结构。p-型半导体层24可由三甲基铝(TMAl)、双(乙基环戊二烯基)镁(EtCp2Mg)或氨(NH3)形成。
透明的电极层25由材料诸如ITO、ZnO、RuOx、TiOx和IrOx形成。第一电极31可由钛(Ti)形成，第二电极41可由金属材料诸如镍(Ni)形成。
当对第一和第二电极31和41供给电源时，第一LED 51从有源层23发出光。
在图6中，示例性说明点光源70。从点光源70发射的一部分光被衬底10反射并且通过第一LED 51的侧面发射至外部。
由于通过湿蚀刻或干蚀刻已经移除第一LED 51侧面上的损伤区域12，所以在第一LED 51的侧面处几乎不吸收光，因此能够有效地发射光至外部。
图7～11是说明根据第二实施方案的LED及其制造方法的截面图。
参考图7，在衬底10上形成半导体层20、第一电极31和第二电极41，以形成LED。此外，在半导体层以及第一电极31和第二电极41上形成掩模层60和支撑元件80。
衬底10可包括例如蓝宝石衬底。半导体层20具有化合物半导体的多堆叠结构。
可选择性地蚀刻半导体层20的一部分，并且在半导体层20的蚀刻后的部分上形成第一电极31。因此，即使在相同的半导体层20上形成第一和第二电极31和41，它们也具有彼此不同的高度。
为描述方便起见，图7～11的实施方案说明截面图，该截面图说明形成第一、第二和第三LED 51、52和53的工艺。
在划片工艺期间，掩模层60保护半导体层20并且由可被湿蚀刻或干蚀刻的材料形成。
支撑元件80防止可由在使用激光辐照设备使激光辐照到衬底10上时对第一、第二和第三LED 51、52和53施加的物理力所导致的第一、第二和第三LED 51、52和53的损伤，然后通过湿或干蚀刻移除由于激光辐照所导致的衬底10的损伤区域。
此外，支撑元件80防止在分离第一、第二和第三LED 51、52和53的工艺完成之前，由外部冲击导致第一、第二和第三LED 51、52和53的分离。
支撑元件80可由以下物质中的至少一种形成：胶带、可湿蚀刻或干蚀刻的材料、金属材料以及晶片衬底。
根据衬底10和半导体层20的厚度，可选择性地形成支撑元件80。因此，可省略支撑元件80。
在图7中，附图标记11表示划片区域。在第二实施方案中，使用激光辐照设备将激光辐照到划片区域11上，因此将衬底10分为第一、第二和第三LED 51、52和53。
在将激光辐照到划片区域11上之前，可实施研磨过程以减小衬底10的厚度。研磨过程可通过化学机械抛光(CMP)、干蚀刻、湿蚀刻和使用浆料的机械抛光中的至少一种工艺来实施。
参考图8，当激光辐照到划片区域11上时，划片区域11的衬底10被选择性地移除。
在激光辐照期间，激光辐照的划片区域11中的层受到损伤，导致形成具有不平表面的损伤区域12，如图8所示。
由LED的有源层发射的光没有通过而被损伤区域12所吸收，因此在本实施方案中移除损伤区域12，以改善LED的光效率。
损伤区域12的移除可使用湿蚀刻或干蚀刻工艺来实施。
湿蚀刻工艺可使用第一蚀刻剂来实施，所述第一蚀刻剂包括以下物质中的至少一种：盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3)。第一蚀刻剂的温度为200～400℃。
在损伤区域12的蚀刻期间，掩模层60防止半导体层20受到蚀刻。掩模层60可由几乎不被第一蚀刻剂蚀刻的例如氮化硅(Si3N4)或氧化物基材料如二氧化硅(SiO2)形成。
由于掩模层60几乎不被第一蚀刻剂蚀刻，所以可选择性地蚀刻损伤区域12，同时最小化半导体层20的蚀刻量。
干蚀刻可使用ICP/RIE或RIE来实施。此外，干蚀刻可使用包括BCl3、Cl2、HBr和Ar中的至少一种的第一蚀刻气体来实施。
配置掩模层60以防止半导体层20在损伤区域12的蚀刻期间受到蚀刻，该掩模层60可由几乎不被第一蚀刻气体蚀刻的氧化物基材料如SiO2、TiO2和ITO或金属材料如Cr、Ti、Al、Au、Ni和Pt形成。
根据蚀刻情况，湿蚀刻和干蚀刻可实施几分钟至几十分钟。图9说明划片区域11的损伤区域12被移除。
参考图9，除去损伤区域12之后，将半导体层20上形成的掩模层60和支撑元件80移除。
根据支撑元件80的类型，可不同地移除支撑元件80。例如，通过撕开来移除由胶带形成的支撑元件80，而通过蚀刻工艺来移除由可蚀刻物质形成的支撑元件80。
使用湿蚀刻和干蚀刻中的至少一种方法可实施掩模层60的移除。
例如，通过使用第二蚀刻剂的湿蚀刻工艺移除掩模层60，第二蚀刻剂包括缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)或氢氟酸(HF)中的至少一种。
由于半导体层20几乎不被第二蚀刻剂蚀刻，所以可选择性地蚀刻掩模层60同时最小化半导体层20的蚀刻量。
例如，通过使用包括O2和CF4中的至少一种的第二蚀刻气体的干蚀刻来移除掩模层60。
由于半导体层20几乎不被第二蚀刻气体蚀刻，所以可选择性地蚀刻掩模层60同时最小化半导体层20的蚀刻量。
此后，对衬底10和半导体层20施加物理冲击，因此使得第一LED 51、第二LED 52和第三LED 53通过划片区域11而彼此分离。
图11说明通过划片区域11分离的第一LED 51。
第一LED 51包括在衬底10上形成的半导体层20、第一电极31和第二电极41。
半导体层20包括缓冲层21、n-型半导体层22、有源层23、p-型半导体层24和透明电极层25。
缓冲层21减小衬底10和n-型半导体层22之间的应力并且使得半导体层能够容易地生长。缓冲层21可具有AlInN/GaN、InxGa1-xN/GaN和AlxInyGa1-x-yN/InxGa1-xN/GaN中的至少一种结构。
n-型半导体层22可包括掺杂有硅的GaN层，并且可通过供给包含n-型掺杂剂诸如NH3、TMGa和Si的硅烷气体来形成。
有源层23可具有由InGaN/GaN形成的单量子阱或多量子阱(MQW)结构。p-型半导体层24可由三甲基铝(TMAl)、双(乙基环戊二烯基)镁(EtCp2Mg)或氨(NH3)形成。
透明电极层由材料如ITO、ZnO、RuOx、TiOx和IrOx形成。第一电极31可由钛(Ti)形成，第二电极41可由金属材料如镍(Ni)形成。
当对第一和第二电极31和41供给电源时，第一LED 51从有源层23发出光。
在图11中，示例性说明点光源70。从点光源70发射的一部分光被衬底10反射并且通过第一LED 51的侧面发射至外部。
在根据所述实施方案的LED及其制造方法中，描述了具有PN结的LED，所述LED包括n-型半导体层、有源层和p-型半导体层。然而，根据所述实施方案的芯片分离工艺也可用于具有NPN结的LED，其中依次堆叠n-型半导体层、有源层、p-型半导体层和n-型半导体层。
此外，在根据所述实施方案的LED及其制造方法中，描述了具有水平结构的LED的芯片分离工艺，其中在部分移除p-型半导体层、有源层和n-型半导体层之后，在n-型半导体层上形成第一电极，在p-型半导体层上形成第二电极。
然而，所述芯片分离工艺也适用于具有垂直结构的LED，其中依次地形成包括导电衬底的衬底、第一电极、n-型半导体层、有源层、p-型半导体层和第二电极，即，分别在半导体层和衬底之间形成第一电极以及在半导体层上形成第二电极。
在该说明书中对“第一实施方案”、“一个实施方案”、“示例实施方案”等的任何引用，表示与所述实施方案相关的具体的特征、结构、或性能包含于本发明的至少一个实施方案中。在说明书不同地方出现的这些术语不必都涉及相同的实施方案。此外，当结合任何实施方案描述具体的特征、结构或性能时，认为将这种特征、结构或性能与其它的实施方案相关联在本领域技术人员的范围之内。
也应理解当一个元件称为在另一个元件“上”或”下“时，其可以直接在另一个元件上/下，或也可存在一个或更多个中间元件。
工业实用性
根据实施方案的发光二极管(LED)及其制造方法可用于具有各种结构的LED的分离工艺。

Claims (20)

1.一种制造发光二极管(LED)的方法，所述方法包括：
形成半导体层；
在所述半导体层上形成掩模层；
使激光辐照到所述掩模层的划片区域上，以将所述半导体层分为多个发光二极管；
蚀刻所述划片区域；
移除所述掩模层；和
分离所述多个发光二极管。
2.根据权利要求1所述的方法，其中通过湿蚀刻和干蚀刻中的至少一种来实施所述划片区域的蚀刻。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述湿蚀刻使用第一蚀刻物质来实施，所述第一蚀刻物质对所述划片区域的蚀刻选择性比对所述掩模层的蚀刻选择性高。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一蚀刻物质包括盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3)中的至少一种，和
所述掩模层包括氮化硅(Si3N4)或二氧化硅(SiO2)的氧化物基材料。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述干蚀刻使用第一蚀刻物质来实施，所述第一蚀刻物质对所述划片区域的蚀刻选择性比对所述掩模层的蚀刻选择性高。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述第一蚀刻物质包括BCl3、Cl2、HBr和Ar中的至少一种，和
所述掩模层包括选自由SiO2、TiO2和ITO组成的组中的氧化物基材料或选自由Cr、Ti、Al、Au、Ni和Pt组成的组中的金属材料。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩模层通过湿蚀刻来移除，所述湿蚀刻使用第二蚀刻物质来实施，所述第二蚀刻物质对所述掩模层的蚀刻选择性比对所述半导体层的蚀刻选择性高。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述第二蚀刻物质包括缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)和氢氟酸(HF)中的至少一种。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述掩模层通过干蚀刻来移除，所述干蚀刻使用第二蚀刻物质来实施，所述第二蚀刻物质对所述掩模层的蚀刻选择性比对所述半导体层的蚀刻选择性高。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述第二蚀刻物质包括O2和CF4中的至少一种。
11.一种制造发光二极管的方法，所述方法包括：
在衬底上形成半导体层；
在所述半导体层上形成掩模层；
使激光辐照到所述衬底的划片区域上，以将所述衬底分为多个发光二极管；
蚀刻所述划片区域；
移除所述掩模层；和
分离所述多个发光二极管。
12.根据权利要求11所述的方法，包括在所述掩模层上形成支撑元件。
13.根据权利要求11所述的方法，其中使用第一蚀刻物质来实施所述划片区域的蚀刻，所述第一蚀刻物质对所述划片区域的蚀刻选择性比对所述掩模层的蚀刻选择性高，
所述第一蚀刻物质包括盐酸(HCl)、硝酸(HNO3)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钠(NaOH)、硫酸(H2SO4)、磷酸(H3PO4)和Aluetch(4H3PO4+4CH3COOH+HNO3)中的至少一种，和
所述掩模层包括氮化硅(Si3N4)或二氧化硅(SiO2)的氧化物基材料。
14.根据权利要求11所述的方法，其中使用第一蚀刻物质来实施所述划片区域的蚀刻，所述第一蚀刻物质对所述划片区域的蚀刻选择性比对所述掩模层的蚀刻选择性高，
所述第一蚀刻物质包括BCl3、Cl2、HBr和Ar中的至少一种，并且所述掩模层包括选自由SiO2、TiO2和ITO组成的组中的氧化物基材料或选自由Cr、Ti、Al、Au、Ni和Pt组成的组中的金属材料。
15.根据权利要求11所述的方法，其中使用第二蚀刻物质来实施所述掩模层的移除，所述第二蚀刻物质对所述掩模层的蚀刻选择性比对所述半导体层的蚀刻选择性高，所述第二蚀刻物质包括缓冲氧化物蚀刻剂(BOE)和氢氟酸(HF)中的至少一种。
16.根据权利要求11所述的方法，其中使用第二蚀刻物质来实施所述掩模层的移除，所述第二蚀刻物质对所述掩模层的蚀刻选择性比对所述半导体层的蚀刻选择性高，所述第二蚀刻物质包括O2和CF4中的至少一种。
17.根据权利要求12所述的方法，其中所述支撑元件包括以下物质中的至少一种：胶带、可湿蚀刻或干蚀刻的材料、金属材料和晶片衬底。
18.一种发光二极管，包括：
衬底；
在所述衬底上的半导体层；和
在所述半导体层上的电极，
其中所述衬底或所述半导体层具有至少一个具有预定倾角的蚀刻后的侧表面。
19.根据权利要求18所述的发光二极管，其中所述半导体层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，并且所述电极包括分别在所述半导体层和所述衬底之间的第一电极以及在所述半导体层上的第二电极，所述衬底包括导电衬底。
20.根据权利要求18所述的发光二极管，其中所述半导体层包括第一半导体层、有源层和第二半导体层，并且所述电极包括在所述第一半导体层上的第一电极和在所述第二半导体层上的第二电极。
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