CN102456778B - 发光二极管芯片制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种发光二极管芯片制造方法，包括步骤：1)提供硅基板，该硅基板具有通过多个沟槽分隔开的多个磊晶层，每一沟槽底部具有阻隔层；2)在沟槽内填充绝缘材料；3)在磊晶层及绝缘材料顶面形成连续的金属结构；4)去除硅基板、阻隔层及绝缘材料；5)在各磊晶层底面及金属结构顶面形成相应的电极；6)沿沟槽切割金属结构而形成多个独立的发光二极管芯片。该制造方法可提升发光二极管芯片的光输出效率，且可加快发光二极管芯片的散热。
Description
技术领域
本发明涉及一种二极管芯片制造方法，特别是指一种发光二极管芯片制造方法。
背景技术
发光二极管凭借其高光效、低能耗、无污染等优点，已被应用于越来越多的场合之中，大有取代传统光源的趋势。
现有的三族氮化物半导体发光二极管芯片通常是由一蓝宝石基板及生长在蓝宝石基板上的三五族氮化合物发光层所构成的。然而此种结构的芯片由于蓝宝石导热性较差，导致整体散热性能不佳，容易影响芯片的工作寿命。因此，业界目前也有采用硅作为发光二极管芯片的基板材料，以利用硅基板相对较高的热传导率来提升芯片的散热性能。然而，由于硅本身的材料特性，将其作为发光二极管芯片的基板材料将导致发光层的部分光线会被其吸收，进而影响到芯片的出光效率。
发明内容
因此，有必要提供一种出光效率较高的发光二极管芯片制造方法。
一种发光二极管芯片制造方法，包括步骤：
提供硅基板，该硅基板上生长有多个通过间隙彼此隔开的磊晶层，各磊晶层之间的间隙底部具有阻隔层；
在间隙内填充绝缘材料；
在各磊晶层及绝缘材料顶面形成连续的金属结构；
去除硅基板、阻隔层及绝缘材料；
在各磊晶层底面及金属结构顶面形成对应的电极；
沿各间隙切割金属结构而将各磊晶层分离。
此发光二极管制造方法将原生长用硅基板去除，可防止磊晶层所发出的光线被硅基板吸收的情况。并且，由于还在发光二极管芯片的顶面形成有金属镜面反射结构，因此磊晶层所发出的光线可被有效地进行反射，从而提升发光二极管芯片的出光效率。
下面参照附图，结合具体实施例对本发明作进一步的描述。
附图说明
图1示出了制造本发明的发光二极管芯片的第一个步骤。
图2示出了制造本发明的发光二极管芯片的第二个步骤。
图3示出了制造本发明的发光二极管芯片的第三个步骤。
图4示出了制造本发明的发光二极管芯片的第四个步骤。
图5示出了制造本发明的发光二极管芯片的第五个步骤。
图6示出了制造本发明的发光二极管芯片的第六个步骤。
图7示出了制造本发明的发光二极管芯片的第七个步骤。
图8示出了制造本发明的发光二极管芯片的第八个步骤。
图9示出了制造本发明的发光二极管芯片的第九个步骤。
图10示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十个步骤。
图11示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十一个步骤。
图12示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十二个步骤。
图13示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十三个步骤。
图14示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十四个步骤。
图15示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十五个步骤。
图16示出了制造本发明的发光二极管芯片的第十六个步骤。
主要元件符号说明
| 硅基板 | 10 |
| 阻隔层 | 12 |
| 光阻层 | 20 |
| 间隙 | 22 |
| 磊晶层 | 30 |
| 沟槽 | 300 |
| N型半导体层 | 32 |
| 发光层 | 34 |
| P型半导体层 | 36 |
| N型电极 | 38 |
| P型电极 | 39 |
| 绝缘材料 | 40 |
| 反射膜 | 50 |
| 蒸镀层 | 60 |
| 金属基板 | 70 |
| 保护层 | 80 |
具体实施方式
请参阅图1-16，示出了制造本发明发光二极管芯片的各工艺流程。
首先，如图1提供一硅基板10。该硅基板10具有一平坦的顶面，以方便进行各种工艺处理。
然后，如图2所示在硅基板10的顶面形成一光阻层20。该光阻层20可以为G-line正型光阻层、I-line正型光阻层、H-line正型光阻层或DUV正型光阻层。可以理解地，该光阻层20还可以为与光罩设计及相关制程相适应的其他类型的负型光阻层。
再如图3所示图形化光阻层20，使之被分离为通过多个间隙22隔开的多个独立的岛状区域。对光阻层20进行图形化可采用曝光与显影相结合的方式。具体而言，可以先在光阻层20上方放置一开设有多个开槽的光罩(图未示)，然后通过紫外线曝光使暴露在光罩开槽内的部分光阻层20发生光化学反应，再通过显影液的作用将发生光化学反应的该部分光阻层20溶解，从而在硅基板10上残留下未经过曝光的岛状光阻层20。
之后，将带有图形化光阻层20的硅基板10置于富氧或纯氮的环境中进行加热，使暴露在各岛状光阻层20之间的间隙22底面的硅基板10表面被氧化或氮化为氧化硅或氮化硅。该加热温度优选在120～150摄氏度，以使反应更加充分。若使用部分特殊耐高温的光阻材料，可进一步将温度提升至200～250摄氏度。如图4所示，该氧化硅或氮化硅在本实施例中为一阻隔层12，可起到阻止相应的半导体结构生长的作用。
随后，以去光阻液洗去硅基板10上的所有的光阻层20，从而如图5所示仅在硅基板10表面留下间隔设置的阻隔层12。
然后如图6所示，在硅基板10表面形成一磊晶层30，该磊晶层30包括依次生长的一N型半导体层32、一发光层34及一P型半导体层36。该磊晶层30的材料可选择自氮化镓、氮化铟镓等三五族氮化物或其他族系的半导体材料，具体取决于实际的光学需求。此外，在N型半导体层32生长之前还可以在硅基板10表面先生长一缓冲层(图未示)，用于改善磊晶层30的生长品质。由于阻隔层12的作用，磊晶层30将不会生长在阻隔层12表面而被隔离形成多个独立的岛状区域。各阻隔层12上方由于未被磊晶层30所填充而形成相应的沟槽300。另外，为避免呈岛状分布的各磊晶层30在阻隔层12表面上方横向生长到一定的程度时发生彼此连接的现象，本实施例中将沟槽300的宽度控制为大于两倍的磊晶层30的高度。
再如图7所示在各磊晶层30之间的沟槽300内填充绝缘材料40，使磊晶层30的顶面与绝缘材料40的顶面齐平。该绝缘材料40可由与光阻层20或阻隔层12相同或相近的材料所制成。优选地，可采用与光阻层20相同的材料制造绝缘材料40，因为光阻材料的孔洞填充性较佳，容易制作与磊晶层30顶面齐平的表面。
然后，如图8所示在磊晶层30及绝缘材料40的顶面通过电子束(E-gun)或等离子体增强化学气相沉积(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，PECVD)等方法形成一连续的反射膜50。该反射膜50可采用铝、金或银等金属材料制成。该反射膜50的作用在于将发光层34的光线反射出发光二极管芯片外，以提升整体的出光效率。
之后，如图9所示通过电子束或等离子体增强化学气相沉积等方法在反射膜50表面继续形成一金属蒸镀层60，其起到一过渡层的作用，用于在反射膜50上接合其他的结构层。该蒸镀层60的材质也可选自铝、金、铬及银等金属材料。
随后如图10所示在蒸镀层60顶面电镀一层金属基板70。该金属基板70的主要作用有三：第一是用于对磊晶层30进行散热，以确保其能够稳定地工作；第二是作为电流传导元件将电流输入发光层34内；第三是作为支撑元件承载磊晶层30。该金属基板70可采用铝、铜、金、银等材料制成，其厚度远大于蒸镀层60及反射膜50的厚度。
然后，如图11所示在上述金属结构(包括金属基板70、反射膜50及蒸镀层60)、磊晶层30及硅基板10的周围形成一保护层80。该保护层80未覆盖硅基板10的底面以使硅基板暴露在外，方便后续的腐蚀过程。保护层80可采用对腐蚀剂有耐性的材料所制成，比如蜡或其他常用的耐腐蚀材料。
之后如图12所示通过腐蚀剂将硅基板10完全去除掉，暴露出位于硅基板10上方的磊晶层30底面及阻隔层12。由于保护层80的作用，金属结构被保护起来而未受腐蚀剂的影响。
接着如图13所示通过腐蚀或其他方式去除阻隔层12及绝缘材料40，使各磊晶层30间的沟槽300顶部的反射膜50暴露出来。
随即如图14再将包围金属结构及磊晶层30的保护层80去除，使金属结构及磊晶层30暴露出来。
然后如图15所示，再在各磊晶层30的底面形成N型电极38，并在金属基板70底面对应各磊晶层30的位置处形成多个P型电极39，其中这些P型电极39与N型电极38一一对应。
最后，沿各磊晶层30的沟槽300对金属结构进行切割，从而分割为如图16所示的多个独立的发光二极管芯片。
由于在磊晶层30的顶面形成有金属反射膜50并同时去除了原吸光的硅基板10，因此发光层34发出的光线可被反射膜50反射出发光二极管芯片外，避免由于硅基板10吸光而导致发光二极管芯片出光效率下降的情形。并且，由于采用金属基板70连接P型电极39及磊晶层30，发光二极管芯片由于发光而产生的热量可被金属基板70快速地散发到外部，从而确保其正常工作。此外，通过在硅基板10表面形成多个阻隔层12而使磊晶层30以岛状区域的形式在硅基板10表面生长，可有效减少由于生长过程中的应力累积以及与硅基板10热膨胀系数的差异而导致磊晶层30出现破裂的情形，使磊晶层30的生长品质得到保障。
Claims (10)
1.一种发光二极管芯片制造方法，包括步骤：
1)提供硅基板，该硅基板具有通过多个沟槽分隔开的多个磊晶层，每一沟槽底部具有用于阻挡磊晶层生长的阻隔层；
2)在沟槽内填充绝缘材料；
3)在磊晶层及绝缘材料顶面形成连续的金属结构；
4)去除硅基板、阻隔层及绝缘材料；
5)在各磊晶层底面及金属结构顶面形成相应的电极；
6)沿沟槽切割金属结构而形成多个独立的发光二极管芯片。
2.如权利要求1所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤3)的金属结构包括形成于磊晶层及绝缘材料顶面的反射膜。
3.如权利要求2所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤3)的金属结构还包括在反射膜上形成的蒸镀层。
4.如权利要求3所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：反射膜及蒸镀层通过电子束或等离子体增强化学气相沉积的方式形成。
5.如权利要求3所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤3)的金属结构还包括在蒸镀层上电镀形成的金属基板，金属基板的厚度大于蒸镀层及反射膜的厚度。
6.如权利要求1所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤1)包括如下步骤：
1-1)在硅基板上形成光阻层；
1-2)图形化光阻层，使光阻层被多个暴露出硅基板表面的间隙分隔为不连续的区域；
1-3)将暴露在间隙内的硅基板表面反应为阻隔层；
1-4)去除光阻层；
1-5)在基板表面生长磊晶层。
7.如权利要求6所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤1-3)中硅基板表面通过氧化或氮化为氧化硅或氮化硅。
8.如权利要求6所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：绝缘材料为光阻材料及阻隔层材料中的一种。
9.如权利要求1所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤3)与4)之间还包括在金属结构及磊晶层周围形成保护层的过程，该保护层将硅基板底部暴露在外。
10.如权利要求1所述的发光二极管芯片制造方法，其特征在于：步骤5)中的磊晶层底面为N型电极，金属基板顶面为P型电极。
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