CN104078534A - 一种发光二极管的正面切割工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管的正面切割工艺，包括步骤：1）于半导体衬底表面形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；2）定义出多个发光单元，并于各该发光单元间刻蚀出直至所述半导体衬底的多个走道；3）于各该发光单元中形成N电极制备区域；4）于各该发光单元的P型层表面形成透明导电层，于透明导电层表面制备P电极，并于N电极制备区域制备N电极；5）对各该走道进行激光正面切割工艺，于所述半导体衬底中形成与各该发光单元对应的多个切割痕；6）依据各切割痕进行裂片。本发明提供了一种发光二极管的激光正面切割方法，可以有效避免激光对发光二极管的损伤，提高发光二极管的亮度以及良率，工艺简单，适用于工艺生产。
Description
技术领域
本发明属于发光二极管制造领域，特别是涉及一种发光二极管的正面切割工艺。
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。
隐形切割是将激光聚光于工件内部，在工件内部形成变质层，通过扩展胶膜等方法将工件分割成芯片的切割方法。隐形切割具有很多优点：1、由于工件内部改质，因此可以抑制加工屑的产生。适用于抗污垢性能差的工件；2、适用于抗负荷能力差的工件（MEMS等），且采用干式加工工艺，无需清洗；可以减小切割道宽度，因此有助于减小芯片间隔。由于上述优点，隐形切割得到了广泛的应用。一般的隐形切割工艺采用背面切割工艺，背面切割工艺可降低由于切割对发光二极管而造成的损伤，因此得到了广泛的应用。然而，对于大功率的发光二极管，其背面一般具有如反射镜等背镀层结构，对于这种结构的发光二极管，由于激光难以透过，因此对切割过程造成了极大的不便。
对于正面切割工艺，由于激光脉冲会直接作用于发光外延以及衬底，切割过程容易造成发光外延的损伤，从而影响发光二极管的发光效率以及最终产品的良率。
因此，提供一种适用于具有背镀结构的发光二极管，并可有效避免发光外延损伤的正面切割工艺实属必要。
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发光二极管的正面切割工艺，用于解决现有技术中激光正面切割工艺容易造成发光二极管损伤从而影响其性能并降低产品良率等问题。
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正面切割工艺，所述切割工艺至少包括以下步骤：
1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）定义出多个发光单元，并于各该发光单元间刻蚀出直至所述半导体衬底的多个走道；
3）于各该发光单元中形成N电极制备区域；
4）于各该发光单元的P型层表面形成透明导电层，于各该透明导电层表面制备P电极，并于各该N电极制备区域制备N电极；
5）对各该走道进行激光正面切割工艺，于所述半导体衬底中形成与各该发光单元对应的多个切割痕；
6）依据各切割痕进行裂片，获得多个独立的发光单元。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，所述半导体衬底为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为GaN/InGaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，步骤2）采用感应耦合等离子体ICP刻蚀法刻蚀出所述的多个走道。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，步骤3）中所述的N电极制备区域为去除了P型层、量子阱层及部分的N型层后所获得的N电极制备平台。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，步骤4）之后还包括对所述半导体衬底进行背面减薄的步骤。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，背面减薄后还包括于所述半导体衬底背面背镀反射镜的步骤。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，所述反射镜为全方位反射镜ODR或布拉格反射镜DBR。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，步骤5）所述的激光正面切割工艺包括步骤：5-1）于各该发光单元表面涂覆保护胶；5-2）采用激光对各该走道进行切割，于所述半导体衬底中形成与各该发光单元对应的多个切割痕；5-3）去除所述保护胶。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，所述保护胶为丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、以及压克力树脂的混合胶体。
作为本发明的发光二极管的正面切割工艺的一种优选方案，步骤5）所采用的激光正面切割工艺为隐形切割工艺，所采用的激光的波长为1064nm。
如上所述，本发明提供一种发光二极管的正面切割工艺，包括以下步骤：1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；2）定义出多个发光单元，并于各该发光单元间刻蚀出直至所述半导体衬底的多个走道；3）于各该发光单元中形成N电极制备区域；4）于各该发光单元的P型层表面形成透明导电层，于各该透明导电层表面制备P电极，并于各该N电极制备区域制备N电极；5）对各该走道进行激光正面切割工艺，于所述半导体衬底中形成与各该发光单元对应的多个切割痕；6）依据各切割痕进行裂片，获得多个独立的发光单元。本发明提供了一种发光二极管的激光正面切割方法，可以有效避免切割时激光对发光二极管的损伤，提高了发光二极管的亮度以及产品的良率，本发明工艺简单，适用于工艺生产。
附图说明
图1～图2显示为本发明的发光二极管的正面切割工艺步骤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正面切割工艺步骤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正面切割工艺步骤3）所呈现的结构示意图。
图5～图8显示为本发明的发光二极管的正面切割工艺步骤4）所呈现的结构示意图。
图9～图11显示为本发明的发光二极管的正面切割工艺步骤5）所呈现的结构示意图。
图12～图13显示为本发明的发光二极管的正面切割工艺步骤6）所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 半导体衬底
102 N型层
103 量子阱层
104 P型层
105 走道
106 N电极制备区域
107 透明导电层
108 P电极
109 N电极
110 反射镜
111 保护胶
112 切割痕
113 裂片刀
具体实施方式
以下通过特定的具体示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，本实施例提供一种发光二极管的正面切割工艺，所述切割工艺至少包括以下步骤：
如图1～图2所示，首先进行步骤1），提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构。
作为示例，所述半导体衬底101为平片蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底，所述N型层102为N-GaN层，所述量子阱层103为GaN/InGaN多量子阱层103，所述P型层104为P-GaN层。
当然，在其他的实施例中，所述半导体衬底101也可以是如Si、SiC等衬底，所述发光外延结构也可以是如GaAs（砷化镓）基、GaP（磷化镓）基、GaAsP（磷砷化镓）基等发光外延结构。
如图3所示，然后进行步骤2），定义出多个发光单元，并于各该发光单元间刻蚀出直至所述半导体衬底101的多个走道105。
所述发光单元可以为一个LED晶胞，或者为以串联、并联或混连等方式连接的两个或多个LED模组。
作为示例，定义出多个发光单元后，于所述发光外延结构表面制作与各该发光单元对应的光刻掩膜，然后采用感应耦合等离子体ICP刻蚀法刻蚀出所述的多个走道105。
如图4所示，接着进行步骤3），于各该发光单元中形成N电极制备区域106。
作为示例，所述的N电极制备区域106为去除了P型层104、量子阱层103及部分的N型层102后所获得的N电极制备平台。
如图5～图6所示，接着进行步骤4），于各该发光单元的P型层104表面形成透明导电层107，于各该透明导电层107表面制备P电极108，并于各该N电极制备区域106制备N电极109；
作为示例，所述透明导电层107为ITO透明导电层107，所述P电极108及N电极109的材料可以为Au、Pt、Ag等金属。
如图7～图8所示，在制作完P电极108及N电极109后，采用研磨等方法从背面对所述半导体衬底101进行减薄，背面减薄后还于所述半导体衬底101背面背镀反射镜110。
作为实例，所述反射镜110为全方位反射镜110ODR或布拉格反射镜110DBR。减薄后背镀反射镜110，可以大大提高发光二极管的发光效率。
如图9～图11所示，接着进行步骤5），对各该走道105进行激光正面切割工艺，于所述半导体衬底101中形成与各该发光单元对应的多个切割痕112。
由于发光二极管的背面背镀有反射镜110，因此，难以采用背面隐形切割工艺对其进行切割。
作为实例，对各该走道105进行激光正面切割工艺，包括步骤：5-1）于各该发光单元表面涂覆保护胶111；5-2）采用激光对各该走道105进行切割，于所述半导体衬底101中形成与各该发光单元对应的多个切割痕112；5-3）去除所述保护胶111。
作为实例，所述保护胶111为丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、以及压克力树脂的混合胶体。
作为实例，所采用的激光的波长为1064nm。
作为实例，所采用的激光正面切割为隐形切割工艺，通过激光脉冲于半导体衬底101内部形成多个与各该发光单元对应的松弛结构的切割痕112，以便后续的裂片工艺的进行。
当然，在其他的实施例中，所述正面切割也可以是直接从半导体衬底101表面烧蚀至一定深度的切割方式，并不限定为隐形切割工艺。
如图12～图13所示，最后进行步骤6），依据各切割痕112进行裂片，获得多个独立的发光单元。
作为实例，采用裂片刀113劈裂的方式对所述半导体衬底101进行裂片，具体为将裂片刀113对准个切割痕112，然后从半导体衬底101背面对其进行压迫使其劈裂，最终获得多个独立的发光单元，完成发光二极管的制备。
综上所述，本发明提供一种发光二极管的正面切割工艺，包括以下步骤：1）提供一半导体衬底101，于所述半导体衬底101表面形成至少包括N型层102、量子阱层103及P型层104的发光外延结构；2）定义出多个发光单元，并于各该发光单元间刻蚀出直至所述半导体衬底101的多个走道105；3）于各该发光单元中形成N电极制备区域106；4）于各该发光单元的P型层104表面形成透明导电层107，于各该透明导电层107表面制备P电极108，并于各该N电极制备区域106制备N电极109；5）对各该走道105进行激光正面切割工艺，于所述半导体衬底101中形成与各该发光单元对应的多个切割痕112；6）依据各切割痕112进行裂片，获得多个独立的发光单元。本发明提供了一种发光二极管的激光正面切割方法，可以有效避免切割时激光对发光二极管的损伤，提高了发光二极管的亮度以及产品的良率，本发明工艺简单，适用于工艺生产。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正面切割工艺，其特征在于，所述切割工艺至少包括以下步骤：
1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底表面形成至少包括N型层、量子阱层及P型层的发光外延结构；
2）定义出多个发光单元，并于各该发光单元间刻蚀出直至所述半导体衬底的多个走道；
3）于各该发光单元中形成N电极制备区域；
4）于各该发光单元的P型层表面形成透明导电层，于各该透明导电层表面制备P电极，并于各该N电极制备区域制备N电极；
5）对各该走道进行激光正面切割工艺，于所述半导体衬底中形成与各该发光单元对应的多个切割痕；
6）依据各切割痕进行裂片，获得多个独立的发光单元。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：所述半导体衬底为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底，所述N型层为N-GaN层，所述量子阱层为GaN/InGaN多量子阱层，所述P型层为P-GaN层。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：步骤2）采用感应耦合等离子体ICP刻蚀法刻蚀出所述的多个走道。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：步骤3）中所述的N电极制备区域为去除了P型层、量子阱层及部分的N型层后所获得的N电极制备平台。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：步骤4）之后还包括对所述半导体衬底进行背面减薄的步骤。
6.根据权利要求5所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：背面减薄后还包括于所述半导体衬底背面背镀反射镜的步骤。
7.根据权利要求6所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：所述反射镜为全方位反射镜ODR或布拉格反射镜DBR。
8.根据权利要求1所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：步骤5）所述的激光正面切割工艺包括步骤：5-1）于各该发光单元表面涂覆保护胶；5-2）采用激光对各该走道进行切割，于所述半导体衬底中形成与各该发光单元对应的多个切割痕；5-3）去除所述保护胶。
9.根据权利要求8所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：所述保护胶为丙二醇甲醚醋酸酯、异丙醇、以及压克力树脂的混合胶体。
10.根据权利要求1所述的发光二极管的正面切割工艺，其特征在于：步骤5）所采用的激光正面切割工艺为隐形切割工艺，所采用的激光的波长为1064nm。
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