CN103378219A - 一种发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管的制造方法，首先采用皮秒激光器按预设路径对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理以在所述蓝宝石衬底内部形成内切图案，使蓝宝石衬底特定部位的结构发生变化，然后生长外延，制作发光外延结构，减薄所述蓝宝石衬底，然后沿内切图案进行裂片以完成制造。本发明采用先对蓝宝石衬底进行激光内切再进行发光层外延的工艺方法，可以避免由于激光直接或间接的对氮化镓照射而造成的损伤，有益于发光二极管发光亮度的提高及最终产品的良率提高，也避免了先在蓝宝石表面形成走道而造成发光外延产生边界效应的问题。本发明的制造方法工艺稳定，可重复性高，适用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体领域，特别是涉及一种发光二极管的制造方法。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由III-IV族化合物，如GaAs(砷化镓)、GaP(磷化镓)、GaAsP(磷砷化镓)等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子(少子)一部分与多数载流子(多子)复合而发光。
近年来，制造高集成、高性能的半导体产品的半导体工业相继发展半导体薄片加工技术。为了提高生产效率，各处的半导体产品使用半导体薄片加工技术把几个到几千万个半导体仪器集成到一块称为“晶片”的高纯度衬底上。一块几英寸晶片上要制造的芯片数目达几千片，在封装前要把它们分割成单个电路单元。传统的分割方法是用金刚石砂轮刻划，导致晶片表面应受机械力而产生辐射状裂纹。
激光划片是指把高峰值功率的激光束聚焦在半导体晶片表面，使晶片材料表面产生高温汽化，从而打出连续的盲孔，形成沟槽状。调节脉冲重叠量可精确控制刻槽深度，在施加机械力，很容易使晶片等材料沿沟槽整齐断开，达到分割易碎材料的目的。有利于提高晶片的利用率。相对于机械式划片工艺，激光划片工艺具有更多优点。这些优点包括消耗成本低、维护费用少、产能高、晶圆面积利用率高等。激光工艺更易于进行自动化操作，从而降低人力成本。
现有发光二极管的制作方法是在蓝宝石衬底上制作N-GaN层、量子阱层、P-GaN层及电极等发光外延结构，然后再采用激光进行划片，这种激光划片的方法不可避免地使激光直接或间接地照射在发光外延结构上，往往会造成发光外延结构的损伤，增加了晶体内部的缺陷，从而影响了发光二极管的发光效率的提高，并且降低了产品的良率。还有一种方法是先对蓝宝石衬底进行划片处理，先在蓝宝石表面形成走道，再生长外延，这种方法往往会造成蓝宝石衬底表面不平整，外延时容易产生边界效应，同样不利于发光二极管的性能的提高。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管的制造方法，用于解决现有技术中在激光划片过程中造成发光二极管内部损伤从而降低产品良率及产品发光效率或者在蓝宝石衬底表面形成走道而造成发光外延产生边界效应的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：1)提供一蓝宝石衬底，按预设路径对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理，以在所述蓝宝石衬底内部形成内切图案；2)在具有内切图案的蓝宝石衬底上表面依次形成N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层及透明导电层；3)依据所述内切图案定义出多个发光二极管阵列，并于各该阵列上制备P电极及N电极；4)从所述蓝宝石衬底下表面对所述蓝宝石衬底进行减薄，直至露出所述蓝宝石衬底内部的内切图案；5)依据所述内切图案进行裂片，以完成所述发光二极管的制造。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述激光内切处理为通过控制激光的波段、频率、功率向所述蓝宝石衬底发射激光脉冲，以使所述蓝宝石衬底的内部结构产生应变或松弛，并保持其表面的平整。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述步骤1)中采用皮秒激光器对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理。
优选地，所述激光内切处理采用的激光波段为1064nm，激光频率为50～100KHz，激光功率为0.5～10W。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述内切图案的平面形状为矩形、正方形或三角形。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述内切图案的中心平面离所述蓝宝石衬底上表面的距离为10～400um。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述内切图案的厚度为3～12um。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述内切图案由多个结构松弛的微型腔体间隔排列而成，且相邻两微型腔体的中心距离为1～20um。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述步骤3)中，先刻蚀各该发光二极管阵列以获得欲制备N电极的N-GaN平台，然后于所述N-GaN平台制备N电极，并于所述透明导电层上制备P电极。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述步骤5)中，沿所述蓝宝石衬底露出的内切图案对所述蓝宝石衬底及阵列进行剥离，以获得多个与所述内切图案形状一致的发光二极管芯片。
如上所述，本发明的发光二极管的制造方法，具有以下有益效果：采用皮秒激光器按预设路径对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理以在所述蓝宝石衬底内部形成内切图案，使蓝宝石衬底特定部位的结构发生变化，然后制作发光外延结构，减薄所述蓝宝石衬底至内切图案，然后沿内切图案进行裂片以完成制造。本发明采用先对蓝宝石衬底进行激光内切再进行发光层外延的工艺方法，可以避免由于激光直接或间接的对氮化镓照射而造成的损伤，有益于发光二极管发光亮度的提高及最终产品的良率提高，也避免了先在蓝宝石表面形成走道而造成发光外延产生边界效应的问题。本发明的制造方法工艺稳定，可重复性高，适用于工业生产。
附图说明
图1a～2b显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤1)所呈现的结构示意图。
图3显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤2)所呈现的结构示意图。
图4显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤3)所呈现的结构示意图。
图5显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤4)所呈现的结构示意图。
图6显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤5)所呈现的结构示意图。
元件标号说明
11 蓝宝石衬底
111 微型腔体
112 内切图案
12 N-GaN层
13 量子阱层
14 P-GaN层
15 透明导电层
16 N电极
17 P电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图1a至图6。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1a～图6，如图所示，本发明提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：
如题1a～2b所示，首先进行步骤1)，提供一蓝宝石衬底11，按预设路径对所述蓝宝石衬底11进行激光内切处理，以在所述蓝宝石衬底11内部形成内切图案112。
所述激光内切处理为通过控制激光的波段、频率、功率向所述蓝宝石衬底11发射激光脉冲，以使所述蓝宝石衬底11的内部结构产生应变或松弛，并保持其表面的平整。当然，在其它的实施例中，可以采用Si衬底、SiC衬底等半导体衬底对所述蓝宝石衬底11进行替代。
在本实施例中，中采用皮秒激光器对所述蓝宝石衬底11进行激光内切处理。所述激光内切处理采用的激光波段为1064nm，激光频率为50～100KHz，激光功率为0.5～10W。当然，在其它的实施例中，可以根据衬底材料的变化和实际需求对以上参数进行调整。
在本实施例中，所述内切图案112的平面形状为矩形、正方形或三角形。当然，可以调整皮秒激光器的激光照射路径而获得如菱形或其它多边形形状，也可以获得预期的所有图案形状。
所述内切图案112的中心平面离所述蓝宝石衬底11上表面的距离为10～400um。在本实施例中，所述内切图案112的中心平面离所述蓝宝石衬底11上表面的距离为20～100um，在此范围激光脉冲在蓝宝石衬底11材料中的衰减较少，可以非常精确的确定激光作用的位置和作用的范围，以保证工艺的一致性和稳定性。当然，在其它的实施例中，可根据衬底材料的性质和激光入射能量控制其作用的位置和作用的范围。
由于激光对蓝宝石衬底11有一定的作用范围，因此所述内切图案112具有一定的厚度，其厚度跟据激光的能量和衬底材料的性质确定。在本实施例中，所述内切图案112的厚度为3～12um。当然，在其它的实施例中也可以超出此厚度范围。
所述内切图案112由多个结构松弛的微型腔体111间隔排列而成，且相邻两微型腔体111的中心距离为1～20um。由于激光脉冲具有一定的频率，在所述蓝宝石衬底11作用时会依据预设的路径形成具有特定间隔的微型腔体111，该微型腔体111由于激光的作用而具有一定的应变或松弛，也可能为微型空腔，所述特定间隔的长度依据激光的频率及其移动速度决定。在本实施例中，所述微型腔体111呈橄榄球状或水滴状腔体。
如图3所示，然后进行步骤2)，在具有内切图案112的蓝宝石衬底11上表面依次形成N-GaN层12、量子阱层13、及P-GaN层14及透明导电层15。
在本实施例中，以(CH3)3Ga(三甲基镓)为Ga(镓)源，NH3为N源，SiH4(硅烷)用作为N型掺杂剂，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述蓝宝石衬底11上生长N-GaN层12；以(CH3)3In(三甲基铟)为In(铟)源，(CH3)3Ga为Ga源，NH3为N源，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述N-GaN层12上生长InGaN/GaN量子阱层13；(CH3)3Ga为Ga源，NH3为N源，Mg(C5H5)2(二茂镁)作为P型掺杂剂，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述的InGaN/GaN量子阱层13上生长P-GaN层14。当然，生长方式可采用普通的二维生长法或者悬空生长法，可根据需要可以选择更多不同的生长方式。然后在所述P-GaN层14上制备透明导电层15，所述透明导电层15的材料可为ITO、ATO、FTO或AZO，在本实施例中为ITO。
如图4所示，接着进行步骤3)，依据所述内切图案112定义出多个发光二极管阵列，并于各该阵列上制备P电极17及N电极16。
在本实施例中，依据所述内切图案112定义出多个发光二极管阵列，即若所述内切图案112为矩形，则定义的阵列为矩形，若所述内切图案112为周期排列的多个三角形，则定义的阵列为三角形。定义出阵列后，先刻蚀各该发光二极管阵列以获得欲制备N电极16的N-GaN平台，然后于所述N-GaN平台制备N电极16，并于所述透明导电层15上制备P电极17。
如图5所示，接着进行步骤4)，从所述蓝宝石衬底11下表面对所述蓝宝石衬底11进行减薄，直至露出所述蓝宝石衬底11内部的内切图案112。在本实施例中，采用研磨的方式从所述蓝宝石衬底11下表面对所述蓝宝石衬底11进行减薄。
如图6所示，最后进行步骤5)，依据所述内切图案112进行裂片，以完成所述发光二极管的制造。
在本实施例中，沿所述蓝宝石衬底11露出的内切图案112对所述蓝宝石衬底11及阵列进行剥离，即依据以上定义的发光二极管阵列形状进行裂片，以获得多个与所述内切图案112形状一致的发光二极管芯片，以完成所述发光二极管的制造。
综上所述，本发明的发光二极管的制造方法，首先采用皮秒激光器按预设路径对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理以在所述蓝宝石衬底内部形成内切图案，使蓝宝石衬底特定部位的结构发生变化，然后制作发光外延结构，减薄所述蓝宝石衬底至内切图案，然后沿内切图案进行裂片以完成制造。本发明采用先对蓝宝石衬底进行激光内切再进行发光层外延的工艺方法，可以避免由于激光直接或间接的对氮化镓照射而造成的损伤，有益于发光二极管发光亮度的提高及最终产品的良率提高，也避免了先在蓝宝石表面形成走道而造成发光外延产生边界效应的问题。本发明的制造方法工艺稳定，可重复性高，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，至少包括以下步骤：
1)提供一蓝宝石衬底，按预设路径对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理，以在所述蓝宝石衬底内部形成内切图案；
2)在具有内切图案的蓝宝石衬底上表面依次形成N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层及透明导电层；
3)依据所述内切图案定义出多个发光二极管阵列，并于各该阵列上制备P电极及N电极；
4)从所述蓝宝石衬底下表面对所述蓝宝石衬底进行减薄，直至露出所述蓝宝石衬底内部的内切图案；
5)依据所述内切图案进行裂片，以完成所述发光二极管的制造。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述激光内切处理为通过控制激光的波段、频率、功率向所述蓝宝石衬底发射激光脉冲，以使所述蓝宝石衬底的内部结构产生应变或松弛，并保持其表面的平整。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤1)中采用皮秒激光器对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理。
4.根据权利要求3所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述激光内切处理采用的激光波段为1064nm，激光频率为50～100KHz，激光功率为0.5～10W。
5.根据权利要求1～4任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述内切图案的平面形状为矩形、正方形或三角形。
6.根据权利要求1～4任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述内切图案的中心平面离所述蓝宝石衬底上表面的距离为10～400um。
7.根据权利要求1～4任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述内切图案的厚度为3～12um。
8.根据权利要求1～4任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述内切图案由多个结构松弛的微型腔体间隔排列而成，且相邻两微型腔体的中心距离为1～20um。
9.根据权利要求1～4任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤3)中，先刻蚀各该发光二极管阵列以获得欲制备N电极的N-GaN平台，然后于所述N-GaN平台制备N电极，并于所述透明导电层上制备P电极。
10.根据权利要求1～4任意一项所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤5)中，沿所述蓝宝石衬底露出的内切图案对所述蓝宝石衬底及阵列进行剥离，以获得多个与所述内切图案形状一致的发光二极管芯片。
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