CN103681981B - 一种功率型发光二极管的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种功率型发光二极管的制作方法，先于蓝宝石衬底表面制作u‑GaN层，并刻蚀该u‑GaN层形成由多个走道隔成多个独立的u‑GaN单元；于各该u‑GaN单元表面溅射周期性的介质层，并将其刻蚀成多个六角阵列排列且具有预设图案的介质层单元；然后沉积LED结构外延层、清理走道、制备电极、背面激光内切、背镀反射镜，最后裂片完成芯片制备。采用较薄的u‑GaN层进行晶胞隔离，可以大大减小隔离时对u‑GaN层及晶胞侧壁的损伤，制作图形化的介质层可以有效的提高发光二极管的亮度，采用激光内切，不但可以提高LED芯片的出光效率，并且可以大大降低芯片制备过程中的碎片率。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种功率型发光二极管的制作方法。
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。
一般的功率型发光二极管的制备方法可以采用PSS蓝宝石衬底为基板采用MOCVD沉积发光二极管外延结构，或者采用平片蓝宝石衬底为基板，采用MOCVD沉积发光二极管外延结构，然后对p-GaN层表面进行粗化，然后进行发光二极管芯片的制备。发光二极管芯片的制备一般包括以下步骤：外延清洗-发光二极管晶胞隔离-N面台阶刻蚀-绝缘层沉积-涂保护胶—正划—绝缘层制备—ITO蒸镀—ITO光刻—P和N焊盘及电极桥接蒸镀—开双孔—衬底背减薄-背镀反射镜-裂片。按照上述方法制备发光二极管的缺点是：发光二极管亮度提升有限，并且发光二极管晶胞隔离较为困难，对于PPS蓝宝石衬底，由于凸PSS包的存在，使得凸包与凸包之间GaN难以完全刻蚀；另外，若将发光二极管外延层刻透（6um以上），需要较长时间的刻蚀，会对刻蚀侧壁及表面造成损伤，会大大降低整个发光二极管芯片的出光效率。
因此，提供一种新型的功率型发光二极管的制作方法实属必要。
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功率型发光二极管的制作方法，用于解决现有技术中功率型发光二极管亮度提升有限，晶胞隔离比较困难容易导致器件失效，刻蚀较厚的发光外延层成本较高的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种功率型发光二极管的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤：
1）提供一蓝宝石衬底，于所述蓝宝石衬底上制备u-GaN层；
2）刻蚀所述u-GaN层至所述蓝宝石衬底形成多个走道，以隔出多个相互独立的u-GaN单元；
3）于各该u-GaN单元上形成介质层；
4）对各该介质层进行图案化处理，以在各该u-GaN单元表面的形成多个周期性排列且具有预设图案的介质层单元；
5）于上述结构表面形成发光外延层；
6）清除各该走道内的发光外延层，并于所述发光外延层中刻蚀出N电极制备区域，然后制备P电极及N电极，形成多个发光二极管晶胞；
7）依据各该发光二极管晶胞对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理；
8）对所述蓝宝石衬底进行减薄；
9）于所述蓝宝石衬底背表面制作背镀反射镜；
10）对上述结构进行裂片以获得多个独立的发光二极管晶胞。
在本发明的功率型发光二极管的制作方法中，采用化学气相沉积法或氢化物气相外延法制备所述u-GaN层。
优选地，所述u-GaN层的厚度2~5um。
作为本发明的功率型发光二极管的制作方法一种优选方案，所述介质层为SiO2层、SiO2与Ti2O5周期性溅射层或SiO2与Ta2O5周期性溅射层。
优选地，所述介质层的厚度为60~1200nm。
作为本发明的功率型发光二极管的制作方法一种优选方案，所述介质层单元的形状为正六边形、圆形、矩形、正方形或菱形。
作为本发明的功率型发光二极管的制作方法一种优选方案，所述介质层单元呈六角阵列排列。
作为本发明的功率型发光二极管的制作方法一种优选方案，所述步骤6）中，采用选择性腐蚀技术或感应耦合等离子刻蚀技术清除各该走道内的发光外延层。
在本发明的功率型发光二极管的制作方法所述步骤8）中，采用激光对减薄后的蓝宝石衬底进行2次内划处理。
在本发明的功率型发光二极管的制作方法所述步骤9）中，采用裂片刀的方式进行裂片。
如上所述，本发明的功率型发光二极管的制作方法，具有以下有益效果：先于蓝宝石衬底表面制作u-GaN层，并刻蚀该u-GaN层形成由多个走道隔成多个独立的u-GaN单元；于各该u-GaN单元表面溅射周期性的介质层，并将其刻蚀成多个六角阵列排列且具有预设图案的介质层单元；然后沉积LED结构外延层、清理走道、制备电极、背面激光内切、背镀反射镜，最后裂片完成芯片制备。采用较薄的u-GaN层进行晶胞隔离，可以大大减小隔离时对u-GaN层及晶胞侧壁的损伤，制作图形化的介质层可以有效的提高发光二极管的亮度，采用激光内切，不但可以提高LED芯片的出光效率，并且可以大大降低芯片制备过程中的碎片率。
附图说明
图1~图2显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤1）所呈现的结构示意图。
图3显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤2）所呈现的结构示意图。
图4~图5显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤3）所呈现的结构示意图。
图6~图7显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤4）所呈现的结构示意图。
图8显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤5）所呈现的结构示意图。
图9~图10显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤6）所呈现的结构示意图。
图11显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤8）所呈现的结构示意图。
图12显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤9）所呈现的结构示意图。
图13显示为本发明的功率型发光二极管的制作方法步骤10）所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 蓝宝石衬底
102 u-GaN层
103 u-GaN单元
104 介质层
1041 SiO2层
1042 Ta2O5层
105 介质层单元
106 发光外延层
1061 N-GaN层
1062 量子阱层
1063 P-GaN层
1064 透明导电层
107 变质腔
108 背镀反射镜
109 P电极
110 N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1~图13。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。
如图1~图13所示，本实施例提供一种功率型发光二极管的制作方法，所述制作方法至少包括以下步骤：
如图1~图2所示，首先进行步骤1），提供一蓝宝石衬底101，于所述蓝宝石衬底101上制备u-GaN层102。
具体地，采用化学气相沉积法或氢化物气相外延法制备所述u-GaN层102，在本实施例中，采用化学气相沉积法制备所述u-GaN层102。所述u-GaN层102的厚度2~5um，在本实施例中为3um。
如图3所示，然后进行步骤2），刻蚀所述u-GaN层102至所述蓝宝石衬底101形成多个走道，以隔出多个相互独立的u-GaN单元103。
具体地，采用ICP刻蚀法刻蚀所述u-GaN层102至所述蓝宝石衬底101形成多个走道，以隔出多个相互独立的u-GaN单元103，在本实施例中，所述u-GaN单元103的形状为矩形或正方形，用于后续的制备过程中实现发光二极管晶胞的隔离，由于刻蚀的u-GaN层102厚度较薄，通过其进行晶胞的隔离可以有效的降低制作时间和生产成本。
如图4~图5所示，然后进行步骤3），于各该u-GaN单元103上形成介质层104。
具体地，采用溅射的方式于各该u-GaN单元103上形成介质层104，所述介质层104为SiO2层、SiO2与Ti2O5周期性溅射层或SiO2与Ta2O5周期性溅射层，所述介质层104的厚度为60~1200nm。在本实施例中，通过交替于各该u-GaN单元103表面溅射SiO2层1041与Ta2O5层1042形成周期性溅射层，周期数为3~10，周期性溅射层的厚度为150nm~300nm，如图5所示。当然，在其它的实施例中，所述介质层104可以由其它介质材料组成，其周期数与厚度也可以根据实际需求进行确定，并不局限于此处所提及的介质材料。
如图6~图7所示，然后进行步骤4），对各该介质层104进行图案化处理，以在各该u-GaN单元103表面的形成多个周期性排列且具有预设图案的介质层单元105。
具体地，刻蚀各该介质层104以对各该介质层104进行图案化处理，将介质层104刻蚀成呈六角阵列排列多个介质层单元105，所述介质层单元105的形状为正六边形、圆形、矩形、正方形或菱形。本实施例以所述介质层单元105的形状为圆形为例进行说明，如图7所示，所述圆形的介质层单元105呈六角阵列排列，此处使各该圆形的半径等于相邻两介质层单元105的距离，这样的阵列结构可以有效地使入射光产生漫反射或折射进入下方的蓝宝石衬底101中，通过折射的光线通过背镀的反射镜进行反射后出光，大大地降低了发光二极管内的全反射概率，能有效地增加发光二极管的出光率。当然，在其它的实施例中，所述介质层单元105也可以是一切预期的形状。
如图8所示，然后进行步骤5），于上述结构表面形成发光外延层。
在本实施例中，以（CH3）3Ga、NH3、SiH4为反应原料，采用金属有机化合物化学气相淀积法在上述结构表面生长N-GaN层；以（CH3）3In、（CH3）3Ga、NH3为反应原料，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述N-GaN层上生长InGaN/GaN量子阱层；以（CH3）3Ga、NH3、Mg(C5H5)2为反应原料，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述的InGaN/GaN量子阱层上生长P-GaN层，最后在所述P-GaN层上形成第一透明导电层，以形成所述的发光外延层，所述第一透明导电层的的材料为ITO、ATO、FTO或AZO。在本实施例中，所述第一透明导电层为ITO层。当然，生长方式可采用普通的二维生长法或者悬空生长法，可根据需要选择更多不同的生长方式。
如图9~图10所示，接着进行步骤6），清除各该走道内的发光外延层，并于所述发光外延层中刻蚀出N电极110制备区域，然后制备P电极109及N电极110，形成多个发光二极管晶胞。
在本实施例中，采用选择性腐蚀技术或感应耦合等离子刻蚀技术清除各该走道内的发光外延层。然后刻蚀所述透明导电层、P-GaN层、量子阱层形成N-GaN平台作为N电极110制备区域，最后于各该透明导电层上制作P电极109，于各该N-GaN平台制作N电极110，以形成多个发光二极管晶胞。
接着进行步骤7），对所述蓝宝石衬底101进行减薄。采用研磨法或化学腐蚀法对所述蓝宝石衬底101进行减薄处理，在本实施例中，采用研磨法对所述蓝宝石衬底101进行减薄。
如图11所示，接着进行步骤8），依据各该发光二极管晶胞对所述蓝宝石衬底101进行激光内切处理。
具体地，依据各该发光二极管晶胞的位置对所述蓝宝石衬底101发射激光脉冲，以在蓝宝石衬底101的预设位置形成变质结构。当然，对同一位置可以发射一次激光脉冲形成一个变质腔107，也可以发射两次或以上的激光脉冲形成两个或两个以上的变质腔107，即采用激光对减薄后的蓝宝石衬底101进行2次或2次以上的内划处理。
如图12所示，接着进行步骤9），于所述蓝宝石衬底101背表面制作背镀反射镜108。
所述背镀发射镜为金属层或介电层与金属层的复合层。所述介电层可为SiO2、SiO2和TiO2周期性交替、Si3N4等，所述金属层可为Au、Pt、Ag、Al等。
如图13所示，最后进行步骤10），对上述结构进行裂片以获得多个独立的发光二极管晶胞。
具体地，采用裂片刀对准各该通过激光内切形成的变质腔107，然后采用压迫的方式对上述结构进行裂片，获得多个独立的发光二极管晶胞，以完成制作。
综上所述，本发明提供一种功率型发光二极管的制作方法，先于蓝宝石衬底表面制作u-GaN层，并刻蚀该u-GaN层形成由多个走道隔成多个独立的u-GaN单元；于各该u-GaN单元表面溅射周期性的介质层，并将其刻蚀成多个六角阵列排列且具有预设图案的介质层单元；然后沉积LED结构外延层、清理走道、制备电极、背面激光内切、背镀反射镜，最后裂片完成芯片制备。采用较薄的u-GaN层进行晶胞隔离，可以大大减小隔离时对u-GaN层及晶胞侧壁的损伤，制作图形化的介质层可以有效的提高发光二极管的亮度，采用激光内切，不但可以提高LED芯片的出光效率，并且可以大大降低芯片制备过程中的碎片率。。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)
1.一种功率型发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法至少包括以下步骤：
1)提供一蓝宝石衬底，于所述蓝宝石衬底上制备u-GaN层；
2)刻蚀所述u-GaN层至所述蓝宝石衬底形成多个走道，以隔出多个相互独立的u-GaN单元；
3)于各该u-GaN单元上形成介质层；
4)对各该介质层进行图案化处理，以在各该u-GaN单元表面的形成多个周期性排列且具有预设图案的介质层单元；
5)于上述结构表面形成发光外延层；
6)清除各该走道内的发光外延层，并于所述发光外延层中刻蚀出N电极制备区域，然后制备P电极及N电极，形成多个发光二极管晶胞；
7)对所述蓝宝石衬底进行减薄；
8)依据各该发光二极管晶胞对所述蓝宝石衬底进行激光内切处理；
9)于所述蓝宝石衬底背表面制作背镀反射镜；
10)对上述结构进行裂片以获得多个独立的发光二极管晶胞。
2.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：采用化学气相沉积法或氢化物气相外延法制备所述u-GaN层。
3.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述u-GaN层的厚度2～5um。
4.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述介质层为SiO2层、SiO2与Ti2O5周期性溅射层或SiO2与Ta2O5周期性溅射层。
5.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述介质层的厚度为60～1200nm。
6.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述介质层单元的形状为正六边形、圆形、矩形或菱形。
7.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述介质层单元呈六角阵列排列。
8.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤6)中，采用选择性腐蚀技术或感应耦合等离子刻蚀技术清除各该走道内的发光外延层。
9.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤8)中，采用激光对减薄后的蓝宝石衬底进行2次内切处理。
10.根据权利要求1所述的功率型发光二极管的制作方法，其特征在于：所述步骤9)中，采用裂片刀的方式进行裂片。
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