CN101552312A - 一种发光二极管芯片制作方法 - Google Patents

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朱广敏
郝茂盛
张国义
陈志忠
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田鹏飞
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袁根如
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Abstract

本发明提供一种发光二极管芯片制作方法，该方法包括以下步骤：在蓝宝石衬底上生长N型氮化物层、P型氮化物层以及介于N型氮化物层和P型氮化物层之间的多量子阱层获得发光二极管晶片；(2)利用激光辐照技术对发光二极管晶片进行正面划片直至划入衬底；(3)通过刻蚀工艺对步骤(2)中的发光二极管晶片进行刻蚀并制作N电极，P电极；(4)对步骤(3)中发光二极管晶片进行背面研磨减薄、裂片，得到发光二极管芯片。正面划片在制作N、P电极之前进行，利用制作N、P电极中的刻蚀工艺将激光辐照切割过程中形成的融化层，以及沉积在发光二极管晶片侧面和表面电极上的残渣沉积移除，优化了芯片的光电参数和发光二极管芯片的成品率。

Description

一种发光二极管芯片制作方法
技术领域
本发明涉及发光二极管芯片制作方法，特别涉及一种基于蓝宝石衬底GaN外延片切割成发光二极管芯片的制作方法。
背景技术
GaN基III-V族氮化物是一种重要的属于直接带隙的宽禁带半导体材料，由于其特有的带隙范围，优良的光、电学性质，优异的物理和化学性能，在蓝、绿、紫、紫外光以及白光发光二管、短波长激光二极管、紫外探测器、功率电子器件等光电子器件和电子器件以及特殊条件下的半导体器件等领域中得到广泛的应用。目前蓝宝石衬底是氮化物进行异质GaN发光二极管外延生长最为常用的衬底之一，通过在蓝宝石衬底上依次层叠N型层、有源层和P型层而获得氮化物基发光二极管晶片，再将其切割成发光二极管芯片来制造发光器件。
图1a、1b是传统发光二极管芯片形成的工艺，在蓝宝石衬底14上生长N型氮化物层13、P型氮化物层11以及介于N型氮化物层13和P型氮化物层11之间的多量子阱层12，通过刻蚀工艺刻蚀露出N型层13后，制作N电极20，P电极10，背面研磨减薄之后用激光划片，再用裂片机裂片得到发光二极管芯片，裂片机裂片过程中，裂痕从蓝宝石衬底14向蓝宝石衬底14和N型氮化物层13的接触面延伸，然而，基于蓝宝石衬底14上的氮化物层具有异质外延结构，相对于蓝宝石衬底具有大的晶格失配，存在较大的应力，裂痕到达接触面时不能沿着预定的方向开裂，当裂痕沿着外延层开裂时，导致不良发光二极管芯片的产生。该方法得到的发光二极管芯片形状不规则，成品率低，芯片边缘粗糙。
为了避免以上缺陷，在刻蚀露出N型层13，制作N电极20，P电极10之后，利用激光从发光二极管晶片正面进行辐照切割，使衬底露出或切入部分衬底，如图2a、2b所示，利用该方法得到的发光二极管晶片通常在激光辐照切割的接触面会形成一融化层16，虽然得到形状比较规则的发光二极管芯片，成品率也得到了很大的提升，但在实践中，一方面由于激光处理所得到的残渣容易沉积在发光二极管晶片侧面上或者沉积并覆盖在将要形成的电极表面上，同时附着在侧面上的Ga离子等也会严重影响发光二极管芯片的光电参数，此外，融化层16不透光还会影响发光效率；另一方面激光划片时时常会发生激光烧到GaN层的情况，激光烧伤GaN后芯片的光电参数会发生改变，特别是漏电参数的升高，将导致芯片报废。
发明内容
本发明提供一种发光二极管芯片制作方法，以通过改进芯片制作工艺得到外形规整、光电参数良好的发光二极管芯片。
为了达到上述目的，本发明提供一种发光二极管芯片制作方法，包括以下步骤：(1)在蓝宝石衬底上生长N型氮化物层、P型氮化物层以及介于N型氮化物层和P型氮化物层之间的多量子阱层获得发光二极管晶片；(2)利用激光辐照切割技术对发光二极管晶片进行正面划片直至划入衬底；(3)制作N电极，P电极，通过芯片制程工艺中的刻蚀工艺对步骤(2)中的发光二极管晶片进行刻蚀；(4)对步骤(3)所得到的发光二极管晶片进行背面研磨减薄，再用裂片机裂片得到发光二极管芯片。
进一步地，在所述步骤(2)正面划片前再涂布一层保护膜避免激光辐射造成对发光二极管晶片表面造成损害。
进一步地，在所述步骤(2)中利用激光辐照切割工艺对发光二极管晶片进行正面划片后还包括对发光二极管晶片侧壁进行粗化。
进一步地，在所述步骤(2)划入衬底的深度为20um-50um。
进一步地，在所述步骤(2)激光辐照切割波长为250nm-500nm。
进一步地，在所述步骤(3)刻蚀工艺为感应耦合等离子刻蚀或反应离子刻蚀。
进一步地，在所述步骤(3)刻蚀前还包括在P型氮化物层上制作透明导电层的步骤。
本发明在制作发光二极管芯片的过程中，将利用激光辐照切割技术对发光二极管晶片进行正面划片步骤提前到制作N、P电极之前，利用制作N、P电极时的刻蚀工艺将激光辐照切割过程中形成的融化层，以及沉积在发光二极管晶片侧面和表面电极上的残渣移除，大大优化了芯片的光电参数和发光二极管芯片的成品率。
附图说明
图1a-1b是现有技术中发光二极管芯片制作步骤的剖面示意图；
图2a-2b是现有技术中发光二极管芯片制作步骤的剖面示意图；
图3a-3e是本发明中发光二极管芯片制作方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图给出本发明较佳实施例，以详细说明本发明的技术方案。
请参考图3a，图3a是本实施例中发光二极管晶片的剖面示意图，该发光二极管晶片包括蓝宝石衬底14，其厚度为420um-450um，在蓝宝石衬底14上生长的N型氮化物层13、P型氮化物层11以及介于N型氮化物层13和P型氮化物层11之间的多量子阱层12。其中，在蓝宝石衬底14上生长氮化物层的生长方法优选有机金属气相成长法(MOCVD或MOVPE)，也可以使用分子束外延成长法(MBE)，卤素气相成长法(Halide VPE)、液相成长法(LPE)，也可采用不同的成长法形成各层。为生长出质量更好的发光二极管晶片，在蓝宝石衬底14上生长N型氮化物层13之前先在蓝宝石衬底14表面生长一缓冲层(未图示)，该缓冲层可以是单层，也可以是由材料组分不同的多层。
然后，如图3b所示，图3b是3a所述发光二极管晶片激光辐照切割后的剖面示意图，利用激光辐照切割技术对发光二极管晶片进行正面划片直至划入蓝宝石衬底14内20um-50um深，该激光波长优选地在200nm至560nm之间，在进行激光辐照切割之前，在发光二极管晶片表面均匀地施加水溶性抗蚀剂，以避免在激光辐照切割过程中所产生的污物附着在发光二极管晶片表面，并且干燥施加的抗蚀剂涂层，以产生具有2um厚度的保护膜为宜；在利用激光辐照切割工艺对发光二极管晶片进行正面划片后，为了进一步提高晶片出光效率，优选地可以对发光二极管晶片侧壁进行粗化，粗化技术可以采用公知的干法刻蚀和湿法刻蚀。激光辐照切割过程中会对发光二极管侧面产生灼伤，例如在发光二极管侧面灼伤形成不透明的融化层16，另外还会产生大量的杂物，如产生Ga离子，此步骤中由于电极还未形成，所以产生的Ga离子不会导致发光二极管晶片发生漏电致使发光二极管晶片损坏现象。
在完成对发光二极管晶片辐照切割后，对切割后的发光二极管晶片进行刻蚀，图3c是本实施例中对图3b的发光二极管晶片进行刻蚀后的剖面示意图，该刻蚀步骤采用干法刻蚀(如感应耦合等离子刻蚀或反应离子刻蚀)将N型氮化物层13上部分发光二极管晶片材料以及由激光辐照切割在发光二极管侧面形成的不透明的融化层16腐蚀掉，增加了出光效率；同时蚀刻步骤将激光辐照切割过程中产生的大量杂物清除，因此减少了二极管晶片存在的杂物，提高了制作二极管芯片的成品率。
接着，制作发光二极管晶片电极，如图3d，图3d是本实施例中图3c所述发光二极管晶片制作电极后的剖面示意图，采用光刻、湿法刻蚀、光刻胶剥离、电子束蒸发、溅射方法制作N电极20，P电极10，并进行适当的退火，以形成良好的欧姆接触。最后对上述图3d中所得到的发光二极管晶片进行背面研磨减薄至80um-200um，再用裂片机裂片得到图3e所示的发光二极管芯片。
本发明的方法在制作发光二极管芯片中把激光辐照切割发光二极管晶片步骤提前到制作N、P电极之前，利用制作N、P电极期间所用到的刻蚀工艺将激光辐照切割过程中形成的融化层，以及沉积在发光二极管晶片侧面的残渣沉积移除，避免了传统方法不能完全解决掉因激光辐照切割过程造成对发光二极管晶片的损坏，大大优化了芯片的光电参数和发光二极管芯片的成品率，采用这种方法裂片后得到的发光二极管芯片光电参数好，成品率高、发光二极管芯片排列整齐。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (8)

1、一种发光二极管芯片制作方法，该方法包括以下步骤：
(1)在蓝宝石衬底上生长N型氮化物层、P型氮化物层以及介于N型氮化物层和P型氮化物层之间的多量子阱层，以获得发光二极管晶片；
(2)利用激光辐照切割工艺对发光二极管晶片进行正面划片直至暴露出衬底表面或划入衬底内；
(3)通过刻蚀工艺对步骤(2)所得到的发光二极管晶片进行刻蚀，并分别制作N电极和P电极；
(4)对步骤(3)所得到的发光二极管晶片进行背面研磨减薄，再用裂片机裂片得到发光二极管芯片。
2、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在所述步骤(2)之前还包括涂布一层保护膜的步骤，用以避免激光辐照对发光二极管晶片表面造成损害。
3、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在所述步骤(2)中利用激光辐照切割工艺对发光二极管晶片进行正面划片后还包括对发光二极管晶片侧壁进行粗化。
4、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，划入衬底的深度为20um-50um。
5、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，激光辐照切割的波长为250nm-500nm。
6、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在所述步骤(3)中，刻蚀工艺为感应耦合等离子刻蚀或反应离子刻蚀。
7、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，在所述步骤(3)之前还包括在P型氮化物层上制作透明导电层的步骤。
8、如权利要求1所述的发光二极管芯片制作方法，其特征在于，所述步骤(4)中，在进行背面研磨减薄之后、裂片之前，还包括：在发光二极管晶片衬底背面利用激光辐照切割工艺切割衬底。
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Open date: 20091007