CN103904174B - 发光二极管芯片的制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种激光划片、蚀刻和背镀反射层技术制作发光二极管芯片的方法，采用2次激光偏移背划，增加划宽、划深，形成U型缺口；通过蚀刻作业，可以去除激光划片留下的碎屑并使得U型缺口的表面更为平整；U型缺口使得蓝宝石衬底形成局部倾斜的侧面，该侧面加上衬底背面形成高反射层后，可以更大程度地向上反射从发光层发光的光线，提高发光二极管芯片的出光效率。

Description

发光二极管芯片的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体器件领域，尤其是涉及一种结合激光划片、蚀刻和背镀反射层技术用于发光二极管芯片的制作方法。
背景技术
目前，适合商用的蓝绿光LED通常是基于氮化镓的III-V族化合物半导体材料，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极管、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。
目前制备LED芯片的一般工艺为：1）在蓝宝石衬底上通过外延生长制备GaN半导体层；2）晶片上制备P电极及N电极，并进而通过研磨来减薄该晶片；3）采用背面激光划片技术进行划片工艺；4）通过进行正面裂片获得LED芯片。但是，采用背面激光切割会在切割道内留下烧痕、碎屑等副产物，由于已减薄，该碎屑采用一般化学或物理方式不容易去除干净，会影响LED芯片的出光亮度，此外传统背划方式得到切割道内部尺寸较小，增加划深易导致芯粒烧伤加重。
为了进一步提高LED芯片的出光效率，专利申请号为200910225750.8的中国专利公开了一种LED芯片及其制造方法，包括：a、制作LED芯片原片，将LED芯片原片粘贴在蓝膜(15)上；b、将上述LED芯片原片用激光划片，解离成若干个独立的LED芯片(11)；c、然后通过扩膜将相邻的独立LED芯片(11)拉开，使相邻的独立LED芯片(11)之间具有间隙；d、将蓝膜(15)及独立LED芯片(11)翻转后安置在镀膜夹具上，去掉蓝膜(15)，使每个独立LED芯片(11)衬底(1)的底面和侧面裸露；e、在独立LED芯片(11)衬底(1)的侧面和底面蒸镀反射镜(10)；f、最后，将独立LED芯片(11)从镀膜夹具上取下，得到所述的LED芯片。但是，该工艺是先解离成独立芯片后再做镀膜工艺，过程较为繁琐，成本较高；此外，芯片的侧面为垂直面，不利于反射层的形成（如蒸镀或溅镀等）。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是改进现有技术的上述局限，以进一步提高发光二极管芯片的出光效率和降低制作成本。
具有背镀反射层的发光二极管芯片制作方法，其特征在于：制作步骤如下：
1）提供一蓝宝石衬底；
2）在蓝宝石衬底上形成外延层，其中外延层包括N型层、发光层和P型层；
3）通过光刻及蚀刻技术，使N型层局部露出；
4）分别在P型层和裸露的N型层上制作P电极和N电极；
5）减薄蓝宝石衬底；
6）采用激光沿着蓝宝石衬底背面进行偏移2次划片，形成U型缺口；
7）对U型缺口进行蚀刻作业；
8）在蓝宝石衬底背面及U型缺口上形成分布布拉格反射层；以及
9）从蓝宝石正面裂片，得发光二极管芯片。
本发明的创新之处在于：在制作发光二极管芯片的过程中，结合激光划片、蚀刻工艺和背镀反射层的技术。具体来说，在发光二极管芯片背镀反射层之前增加了采用2次偏移背划后进行蚀刻作业形成U型缺口，由于经过2次激光偏移背划，增加划宽、划深，且避免激光能量过高导致芯粒烧伤，尽可能增大缺口表面积；进一步地，通过蚀刻作业，可以去除激光划片留下的碎屑并使得U型缺口的表面更为平整；更进一步地，U型缺口使得蓝宝石衬底形成局部倾斜的侧面，该侧面加上衬底背面形成高反射层后，可以更大程度地向上反射从发光层发光的光线，提高发光二极管芯片的出光效率。
优选的，还包括在P型层上形成透明导电层，再在透明导电层上制作P电极。
优选的，还包括形成分布布拉格反射层后，再形成金属反射层，构成全方位反射层，金属反射层可选用铝、金或银等。
优选的，所述减薄后蓝宝石衬底的厚度为50~100μm。
优选的，所述蚀刻作业包括干法蚀刻或者湿法蚀刻或者前述组合。
优选的，所述U型缺口的宽度为10~30μm。
优选的，所述U型缺口的深度为20~40μm。
优选的，所述分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成。
优选的，所述高折射率层材料选自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一。
优选的，所述低折射率层材料选自SiO2、SiNx、Al2O3或前述的任意组合之一。
优选的，所述分布布拉格反射层的层数是不少于两层。
与现有技术相比，本发明结合激光划片、蚀刻和背镀反射层技术，其有益效果包括：
（1）采用2次激光偏移背划后再进行蚀刻的方式，制作背部划深槽，利于背镀反射层的形成；（2）当发光层发光时，原本侧面大部分被散射出来，通过改变制程的顺序及做法，即可藉由背镀反射层（如DBR）使光路发生改变，增加芯粒侧部的反射面积，避免光损失，提高光提取率；（3）增加芯片侧面的反射镜面积，减少后段封装工序复合胶对LED芯片因烘烤固化后不稳定现象，增加可靠性，节省封装工序，降低制作成本；（4）衬底背面部分还可设置金属反射层，金属反射层具有良好的导热性及反射率，有利于LED芯片的出光效率的进一步提升及散热性能的改善。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
101：蓝宝石衬底；102：N型层；103：发光层；104：P型层；105：透明导电层；106：P电极；107：N电极；108：掩膜层；109：U型缺口；110：分布布拉格反射层。
图1~10是本发明实施例制作具有背镀反射层的发光二极管芯片的流程示意剖面图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
实施例 1
一种氮化镓基发光二极管芯片的制作方法，其制作步骤包括：
如图1 所示，在蓝宝石衬底101上采用金属有机化学气相沉积（MOCVD）依次外延生长：N型层102、发光层103和P型层104。
如图2 所示，通过光刻及蚀刻技术，使N型层102局部露出。
如图3所示，在外延层表面，即P型层104表面上制作ITO透明导电层105。
如图4所示，通过光刻及蚀刻技术，分别在ITO透明导电层105和暴露的N型层102上制作P电极106和N电极107。
如图5所示，减薄蓝宝石衬底101，背面减薄后的蓝宝石衬底101厚度为85μm。
如图6所示，在蓝宝石背面设置掩膜层108，通过光刻工艺露出切割道。
如图7所示，采用激光沿着蓝宝石衬底背面进行先后偏移切割道中心的2次划片，避免激光能量过高导致芯粒烧伤，增加了划宽、划深，形成U型缺口109，使得蓝宝石衬底形成局部倾斜的侧面。
如图8所示，对U型缺口进行ICP蚀刻作业，去除激光划片留下的碎屑并使得U型缺口的表面更为平整，U型缺口108的宽度为20μm，深度为30μm。
如图9所示，在蓝宝石衬底101背面及U型缺口109上蒸镀20层由高折射率TiO2和低折射率SiO2材料交替组成的分布布拉格反射层110，使得蓝宝石衬底局部侧面及背面均设置有具有高反射性的分布布拉格反射层，如此增加了芯片侧面的反射镜面积，可以更大程度地向上出光；此外，减少后段封装工序复合胶对LED芯片因烘烤固化后不稳定现象，增加可靠性，节省封装工序，降低制作成本。
如图10所示，从蓝宝石衬底101正面裂片，裂片方向与U型缺口的中心线（切割道中心线）在垂直方向上保持一致，从而制得氮化镓基发光二极管芯片。
实施例 2
与实施例1不同的是，本实施例在蓝宝石衬底背面及U型缺口上蒸镀分布布拉格反射层之后，再溅镀Al金属反射层，如此构成全方位反射层，由于金属反射层具有良好的导热性及高反射率，有利于LED芯片的出光效率的进一步提升及散热性能的改善。
应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1. 发光二极管芯片的制作方法，包括步骤：
1）提供一蓝宝石衬底；
2）在蓝宝石衬底上形成外延层，其中外延层包括N型层、发光层和P型层；
3）通过光刻及蚀刻技术，使N型层局部露出；
4）分别在P型层和裸露的N型层上制作P电极和N电极；
5）减薄蓝宝石衬底；
6）采用激光沿着蓝宝石衬底背面进行偏移2次划片，形成U型缺口；
7）对U型缺口进行蚀刻作业；
8）在蓝宝石衬底背面及U型缺口上形成分布布拉格反射层；以及
9）从蓝宝石正面裂片，得发光二极管芯片。
2. 根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述蚀刻作业包括干法蚀刻或者湿法蚀刻或者前述组合。
3. 根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述U型缺口的宽度为10~30μm。
4. 根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述U型缺口的深度为20~40μm。
5. 根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：还包括形成分布布拉格反射层后，再形成金属反射层，构成全方位反射层。
6. 根据权利要求1所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：还包括在P型层上形成透明导电层，再在透明导电层上制作P电极。
7. 根据权利要求5所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述分布布拉格反射层由交替的高折射率和低折射率材料层组成。
8. 根据权利要求7所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述高折射率层材料选自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意组合之一。
9. 根据权利要求7所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述低折射率层材料选自SiO2、SiNx、Al2O3或前述的任意组合之一。
10. 根据权利要求5所述的发光二极管芯片的制作方法，其特征在于：所述金属反射层选用Al、Au或Ag或前述的任意组合之一。
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