CN104681673B - 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，包括步骤：1）于蓝宝石衬底表面制作发光外延结构；2）于蓝宝石衬底形成正面划道；3）完成芯片制备工艺；4）研磨减薄；5）依据所述正面划道，于蓝宝石衬底背面形成V型沟槽；6）清洗；7）于所述蓝宝石衬底背面及所述V型沟槽表面制作出反射层结构；8）对发光外延结构进行裂片。本发明交替层叠的SiO2层与Ti3O5层具有良好的反射效果；采用超薄的中间Ni层，既不降低反射率又大大提高了Ag反射层和介质叠层的粘合性能，避免了Ag反射层的脱落；交替层叠的Ni层与Ag层，沉积于V型沟槽中，裂片时会产生一定的延展以覆盖Ag反射层侧壁，可以非常好的保护Ag反射层的侧壁不被氧化，保证反射层结构的稳定性和反射率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管的制造方法。
背景技术
随着科技的日新月异，对于生活上的照明装置人们也有着越来越多的选择，从传统的钨丝灯泡到日光灯，照明装置不断地推陈出新。近年来发光二极管(Light EmittingDiode，LED)迅速发展，发光二极管因其具有体积小、效率高、寿命长、光电特性稳定等优点，逐渐被广泛应用于家用电器、电脑荧幕、手机、照明设备、医疗器材或交通号志等领域。
LED的发光效率受限于外量子效率，而外量子效率是由内量子效率和光提取效率共同决定的。内量子效率取决于晶格缺陷、掺杂效率和欧姆接触性能等。随着LED外延工艺的不断发展，内量子效率已经达到80%～90%，而光提取效率目前只有40%左右，可见，LED的光提取效率存在很大的改善空间。
当前，主流的氮化镓基发光二极管芯片按结构可以分为正装、倒装和垂直三种类型，其中以绝缘蓝宝石为衬底的正装结构最为普遍，被业界所广泛采用。对于正装结构LED，为了减少封装环节中基板反射率不佳引起的取光效率降低，通常在蓝宝石衬底背面加镀一反射镜以减少光损失。反射镜的结构，可以选择高反射金属层，诸如银、铝等高反射率金属；或者是折射率呈高低周期性交替变化的透光介电层堆，如多层SiO2/TiO2组成的分布式布拉格反射器（Distributed Bragg reflector,DBR）。目前，最新的技术是将前面二者结合起来，组成所谓的全方位反射镜（Omni-Direction Reflector,ODR），由DBR部分反射小角度轴向光，而非轴向光则由高反金属层反射，这样可以获得的平均反射率超过90%。对于蓝光波段，ODR结构中，常见的透光介电层堆组合可以是SiO2/TiO2等氧化物DBR，而高反金属层则一般会选择Al。Ag虽然在蓝光波段具有极高的反射率，但银与SiO2、TiO2等常见透光介电材料的黏附极差，如果在介电层上直接镀Ag，往往会导致Ag的脱落。
更进一步地，由于Ag非常容易被氧化，而Ag的氧化会导致反射率严重的降低，即使在Ag的表面制作防氧化层，在芯片裂片后，反射层侧壁的Ag也会裸露于空气中，Ag会从侧壁逐渐被氧化，从而导致发射率的降低。因此，现有的技术中，银一直难以用于背镀全方位反射镜结构。
针对上述问题，本发明提出了一种采用Ag反射层结构新的发光二极管的制造方法。
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发光二极管反射结构中，Ag反射层容易脱落及容易被氧化等问题。
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制造方法，至少包括以下步骤：
1）提供一蓝宝石衬底，于所述蓝宝石衬底表面制作出具有多个发光外延单元的发光外延结构；
2）依据各该发光外延单元从正面对所述蓝宝石衬底进行划片，形成多个正面划道；
3）依据所述多个发光外延单元，按芯片制备工艺制备出多个LED芯片；
4）采用保护腊对LED芯片进行保护，并从背面对所述蓝宝石衬底进行研磨减薄；
5）保留所述保护腊，并依据所述正面划道，从所述蓝宝石衬底背面制作出多个与所述正面划道对应的V型沟槽；
6）对上述所得结构进行清洗；
7）于所述蓝宝石衬底背面及所述V型沟槽表面制作出反射层结构，所述反射层结构包括：包括交替层叠的SiO2层与Ti3O5层的介质叠层、结合于所述介质叠层表面的中间Ni层、结合于所述中间Ni层表面的Ag反射层、以及结合于所述Ag反射层表面的包括交替层叠的Ni层与Ag层的金属叠层，其中，所述介质叠层的底层为SiO2层，所述金属叠层的顶层为Ni层；
8）依据各该发光外延单元对所述发光外延结构进行裂片。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤8)采用裂片刀从具有反射层结构的蓝宝石衬底背面对所述发光外延结构进行裂片，以在裂片时使所述反射层结构中的金属叠层延展并覆盖所述Ag反射层的侧面。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，步骤5）采用激光切割方法、机械切割方法或干法刻蚀法制作所述V型沟槽。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述V型沟槽的深宽比不大于1。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述介质叠层的顶层为SiO2层。
进一步地，所述介质叠层还包括结合于顶层的SiO2层表面的Al2O3层。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述介质叠层的顶层为Ti3O5层，且所述介质叠层还包括结合于该顶层的Ti3O5层表面的Al2O3层。
进一步地，所述Al2O3层的厚度不大于1微米。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一种优选方案，所述介质叠层的总厚度不小于4.5微米，所述金属叠层的总厚度不大于100埃，所述中间Ni层的厚度不大于10埃，所述Ag反射层的厚度为500～2000埃。
如上所述，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，于所述蓝宝石衬底表面制作出具有多个发光外延单元的发光外延结构；2）依据各该发光外延单元从正面对所述蓝宝石衬底进行划片，形成多个正面划道；3）依据所述多个发光外延单元，按芯片制备工艺制备出多个LED芯片；4）采用保护腊对LED芯片进行保护，并从背面对所述蓝宝石衬底进行研磨减薄；5）保留所述保护腊，并依据所述正面划道，从所述蓝宝石衬底背面制作出多个与所述正面划道对应的V型沟槽；6）对上述所得结构进行清洗；7）于所述蓝宝石衬底背面及所述V型沟槽表面制作出反射层结构，所述反射层结构包括：包括交替层叠的SiO2层与Ti3O5层的介质叠层、结合于所述介质叠层表面的中间Ni层、结合于所述中间Ni层表面的Ag反射层、以及结合于所述Ag反射层表面的包括交替层叠的Ni层与Ag层的金属叠层，其中，所述介质叠层的底层为SiO2层，所述金属叠层的顶层为Ni层；8）依据各该发光外延单元对所述发光外延结构进行裂片本发明具有以下有益效果：本发明交替层叠的SiO2层与Ti3O5层，相比于一般的介质层具有更好的反射效果；采用超薄的中间Ni层，既不降低反射率又大大提高了Ag反射层和介质叠层的粘合性能，避免了Ag反射层的脱落；交替层叠的Ni层与Ag层，制作于V型沟槽中，裂片时会产生一定的延展以覆盖Ag反射层侧壁，可以非常好的保护Ag反射层的侧壁不被氧化，保证反射层结构的稳定性和反射率。本发明相比于现有技术具有更高的反射率和更高的稳定性，结构简单，适用于工业生产。
附图说明
图1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2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3～图4显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤3）～步骤6）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制造方法步骤7）所呈现的结构示意图。
图9～图10显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤8）所呈现的结构示意图。
元件标号说明
101 蓝宝石衬底
102 发光外延结构
103 正面划道
104 V型沟槽
20 介质叠层
201 SiO2层
202 Ti3O5层
30 中间Ni层
40 Ag反射层
50 金属叠层
60 Al2O3层
501 Ni层
502 Ag层
503 金属保护侧墙
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10。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10所示，本实施例提供一种发光二极管的制造方法，至少包括以下步骤：
如图1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表面制作出具有多个发光外延单元的发光外延结构102。
作为示例，所述发光外延结构102为GaN基、GaAs基等发光外延结构102，其基本结构包括N型层、量子阱层、P型层、电流扩展层、P电极、N电极等结构，当然，所述发光外延结构102还可以是其他一切预期的材料类型和结构类型，并不限定为此处所列举的几种。
如图2所示，然后进行步骤2），依据各该发光外延单元从正面对所述蓝宝石衬底101进行划片，形成多个正面划道103。
在本实施例中，采用机械切割或激光切割等方式，依据各该发光外延单元从正面对所述蓝宝石衬底101进行划片，形成多个正面划道103。
如图3～图4所示，接着进行步骤3）～步骤6）。
首先进行步骤3），依据所述多个发光外延单元，按芯片制备工艺制备出多个LED芯片（未予图示）。所述芯片制备工艺包括N电极平台的制备、电流扩展层的制备、P电极的制备及N电极的制备等常规的制备工艺。
然后进行步骤4），采用保护腊对LED芯片进行保护，并从背面对所述蓝宝石衬底101进行研磨减薄。
接着进行步骤5），保留所述保护腊，并依据所述正面划道103，从所述蓝宝石衬底101背面制作出多个与所述正面划道对应的V型沟槽104。
在本实施例中，依据所述正面划道103，采用激光切割方法、机械切割方法或干法刻蚀法从所述蓝宝石衬底101背面制作出多个与所述正面划道103对应的V型沟槽104。
为了保证后续反射镜结构的制作稳定性，优选地，所述V型沟槽104的深宽比不大于1。
最后进行步骤6），对上述所得结构进行清洗。
如图5～图8所示，然后进行步骤7），于所述蓝宝石衬底101背面及所述V型沟槽104表面制作出反射层结构，所述反射层结构包括：包括交替层叠的SiO2层与Ti3O5层的介质叠层20、结合于所述介质叠层20表面的中间Ni层、结合于所述中间Ni层表面的Ag反射层、以及结合于所述Ag反射层表面的包括交替层叠的Ni层与Ag层的金属叠层50，其中，所述介质叠层20的底层为SiO2层，所述金属叠层50的顶层为Ni层；
作为示例，采用溅射法或蒸镀法于所述蓝宝石衬底101背面及所述V型沟槽104表面制作出所述反射层结构。
如图6所示，在本实施例中，所述介质叠层20包括多个交替层叠的SiO2层201与Ti3O5层202，且每层SiO2层201的厚度必须与其相邻的Ti3O5层202相匹配。如图6所示，在本实施例中，所述介质叠层20包括交替层叠的4个SiO2层201与3个Ti3O5层202，所述介质叠层20的底层为SiO2层201，并且，所述介质叠层20的顶层为SiO2层201。以SiO2层201作为底层，可以增大所述介质叠层20与发光二极管的蓝宝石衬底101的结合强度，而以SiO2层201作为顶层，则可以增大所述介质叠层20与所述中间Ni层30的结合强度。
为了保证所述介质叠层20的反射效果，所述介质叠层20的总厚度不小于4.5微米。
所述中间Ni层30，其厚度一般不大于10埃，优选为5～8埃，本发明采用超薄的中间Ni层30，而且Ni与SiO2层201的结合强度较大，因此，所述中间Ni层30既不降低反射率又大大提高了Ag反射层40和介质叠层的粘合性能，避免了Ag反射层40的脱落。
所述Ag银反射层，结合于所述中间Ni层30，由于Ag与Ni具有较大的结合强度，因此，所述Ag银反射层藉由所述中间Ni层30可与所述介质叠层20紧密结合，大大提高了反射镜结构的稳定性。作为示例，所述Ag反射层40的厚度为500～2000埃，在本实施例中，所述Ag反射层40的厚度为1350埃，采用Ag反射层40，相比于现有的Al反射层，大大提高了反射镜结构的反射率。
所述金属叠层50，包括多个交替层叠的Ni层501与Ag层502，如图6所示，在本实施例中，所述金属叠层50包括交替层叠的4个Ni层501与3个Ag层502，其中，所述金属叠层50的底层可以为Ni层501或Ag层502，顶层为Ni层501，所述金属叠层50的总厚度不大于100埃，在本实施例中，所述金属叠层50的总厚度为80埃。
如图7所示，在另一实施例中，所述反射层结构的基本结构如上所述，其中，所述介质叠层20还包括结合于顶层的SiO2层201表面的Al2O3层60，所述Al2O3层60的厚度不大于1微米，该厚度范围内，不会降低该介质叠层20的反射效果。
所述Al2O3层60，其与所述SiO2层201有较高的结合强度，且与中间Ni层30的结合强度比SiO2层201要高，因此，于顶层的SiO2层201先制备一层Al2O3层60，可以使所述Ag反射层40更牢固。
如图8所示，在又一实施例中，所述反射层结构的基本结构如上所述，其中，所述介质叠层20的顶层为Ti3O5层202，且所述介质叠层20还包括结合于该顶层的Ti3O5层202表面的Al2O3层60，而且，所述Al2O3层60的厚度不大于1微米。
所述Al2O3层60，其与所述Ti3O5层202有较高的结合强度，且与中间Ni层30的结合强度比SiO2层201要高，因此，于顶层的Ti3O5层202先制备一层Al2O3层60，用于代替SiO2层201，可以使所述Ag反射层40更牢固。
如图9～图10所示，最后进行步骤8），依据各该发光外延单元对所述发光外延结构102进行裂片。
在本实施例中，采用裂片刀从具有反射层结构的蓝宝石衬底101背面对所述发光外延结构102进行裂片，以在裂片时使制作于所述V型沟槽104中的金属叠层50延展，形成金属保护侧墙503覆盖于所述Ag反射层的侧面，这种结构可以很好地保护所述Ag反射层侧面不被氧化，增加反射结构的反射效率。
如上所述，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，于所述蓝宝石衬底表面制作出具有多个发光外延单元的发光外延结构；2）依据各该发光外延单元从正面对所述蓝宝石衬底进行划片，形成多个正面划道；3）依据所述多个发光外延单元，按芯片制备工艺制备出多个LED芯片；4）采用保护腊对LED芯片进行保护，并从背面对所述蓝宝石衬底进行研磨减薄；5）保留所述保护腊，并依据所述正面划道，从所述蓝宝石衬底背面制作出多个与所述正面划道对应的V型沟槽；6）对上述所得结构进行清洗；7）于所述蓝宝石衬底背面及所述V型沟槽表面制作出反射层结构，所述反射层结构包括：包括交替层叠的SiO2层与Ti3O5层的介质叠层、结合于所述介质叠层表面的中间Ni层、结合于所述中间Ni层表面的Ag反射层、以及结合于所述Ag反射层表面的包括交替层叠的Ni层与Ag层的金属叠层，其中，所述介质叠层的底层为SiO2层，所述金属叠层的顶层为Ni层；8）依据各该发光外延单元对所述发光外延结构进行裂片本发明具有以下有益效果：本发明交替层叠的SiO2层与Ti3O5层，相比于一般的介质层具有更好的反射效果；采用超薄的中间Ni层，既不降低反射率又大大提高了Ag反射层和介质叠层的粘合性能，避免了Ag反射层的脱落；交替层叠的Ni层与Ag层，制作于V型沟槽中，裂片时会产生一定的延展以覆盖Ag反射层侧壁，可以非常好的保护Ag反射层的侧壁不被氧化，保证反射层结构的稳定性和反射率。本发明相比于现有技术具有更高的反射率和更高的稳定性，结构简单，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 (9)
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，于所述蓝宝石衬底表面制作出具有多个发光外延单元的发光外延结构；
2)依据各该发光外延单元从正面对所述蓝宝石衬底进行划片，形成多个正面划道；
3)依据所述多个发光外延单元，按芯片制备工艺制备出多个LED芯片；
4)采用保护腊对LED芯片进行保护，并从背面对所述蓝宝石衬底进行研磨减薄；
5)保留所述保护腊，并依据所述正面划道，从所述蓝宝石衬底背面制作出多个与所述正面划道对应的V型沟槽；
6)对步骤5)所得结构进行清洗；
7)于所述蓝宝石衬底背面及所述V型沟槽表面制作出反射层结构，所述反射层结构包括：包括交替层叠的SiO2层与Ti3O5层的介质叠层、结合于所述介质叠层表面的中间Ni层、结合于所述中间Ni层表面的Ag反射层、以及结合于所述Ag反射层表面的包括交替层叠的Ni层与Ag层的金属叠层，其中，所述介质叠层的底层为SiO2层，所述金属叠层的顶层为Ni层；
8)依据各该发光外延单元对所述发光外延结构进行裂片。
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：步骤8)采用裂片刀从具有反射层结构的蓝宝石衬底背面对所述发光外延结构进行裂片，以在裂片时使所述反射层结构中的金属叠层延展并覆盖所述Ag反射层的侧面。
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：步骤5)采用激光切割方法、机械切割方法或干法刻蚀法制作所述V型沟槽。
4.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V型沟槽的深宽比不大于1。
5.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：所述介质叠层的顶层为SiO2层。
6.根据权利要求5所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述介质叠层还包括结合于顶层的SiO2层表面的Al2O3层。
7.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：所述介质叠层的顶层为Ti3O5层，且所述介质叠层还包括结合于该顶层的Ti3O5层表面的Al2O3层。
8.根据权利要求6或7所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述Al2O3层的厚度不大于1微米。
9.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：所述介质叠层的总厚度不小于4.5微米，所述金属叠层的总厚度不大于100埃，所述中间Ni层的厚度不大于10埃，所述Ag反射层的厚度为500～2000埃。
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