CN105336822A - 通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压led芯片制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，包括以下步骤：（1）得到GaN基外延片；（2）刻蚀出N型台面结构；（3）在外延片表面形成保护层；（4）沿N型台面通过激光划片机划至衬底，得到晶圆；（5）将晶圆进行高温腐蚀，去掉保护层，形成隔离槽；（6）在p型GaN层的表面形成透明导电层；（7）制作钝化层；（8）制备P电极、N电极以及连接两晶粒的金属引线；（9）将晶圆减薄、划裂后得到高压LED芯片。本发明通过激光划片和高温腐蚀形成隔离槽，不仅解决了高压芯片短路失效、开启电压低等不良，还具有工艺简单、良率高等优点；另外，由于已进行过激光划片，因此减薄后可以直接进行裂片，简化了后续工艺流程。
Description
技术领域
本发明涉及一种通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED（发光二极管）芯片制备方法，属于光电子技术领域。
背景技术
近年来，LED逐渐成为最受重视的光源技术之一。一方面LED具有体积小的特征；另一方面LED具备低电流、低电压驱动的省电特性；同时它还具有结构牢固、抗冲击和抗震能力强，超长寿命等众多优点。其中，作为光电子领域的主要应用之一，GaN基材料得到了越来越多人的关注，利用GaN基半导体材料可制作出超高亮度蓝、绿、白光发光二极管。近年来，各种为提高LED发光亮度的技术应运而生，例如图形化衬底技术、侧壁粗化技术、DBR技术、优化电极结构、在衬底或透明导电膜上制作二维光子晶体等技术。
对于目前应用最广的照明类芯片，其驱动电压在4V以下，而照明用电为220V，因此压降损耗较大。另外常规LED一般采用大电流驱动，使得芯片量子效率低，可靠性差。为了解决这些问题，现有技术提出了一种高压LED芯片，此种结构的LED一般是在发光半导体层形成后，通过光刻刻蚀工艺在所述发光半导体层上形成隔离槽，再在隔离槽内填充隔离层，最后在各绝缘分离的发光半导体层上制作电极并形成串联结构，如图1所示，高压LED芯片包括由下而上设置的蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱层3、p型GaN层4、ITO透明导电膜层5和钝化层6，在ITO透明导膜电层5、n型GaN层2和钝化层6上分别设置有p电极7、n电极8和金属引线9。高压LED芯片采用低电流驱动，提高了高压LED器件的可靠性，降低了应用过程中的线路损耗；同时还可大幅度降低对散热外壳和散热系统的设计要求，降低封装成本。
中国专利文献CN104409605A公开的一种高压芯片LED结构及其制作方法，是通过在N型半导体层上设置接触层保护N型半导体层，使其免受刻蚀等离子体损伤的影响，解决了高压芯片的电压问题；并且，在接触层形成之前，同步形成了阻挡层、腐蚀辅助层和侧壁过度保护层，在解决了LED芯片光型的同时，提高了LED芯片的可靠性和抗击穿能力。其次，通过动态刻蚀工艺形成隔离槽，解决了常规刻蚀工艺刻蚀均匀性不足导致芯片因短路而失效的问题。再次，在形成最终的钝化保护膜之前，对高压LED芯片的表面及侧壁进行等离子体处理，解决了高压LED芯片开启电压的问题。但是该方法需要多次蒸镀、光刻、刻蚀，工艺复杂。
中国专利CN104134724A公开的一种高压LED芯片及其制备方法，其隔离槽通过离子注入形成有一个或多个绝缘的离子注入区，离子注入区上方形成有金线，所述GaN外延层和透明导电层通过金线电性导通。此LED芯片不存在刻蚀不净造成的正向电压低的问题，同时能够有效减少桥接处的断金导致的芯片不良，芯片出光面积大，发光效率高。但其制备流程复杂。
综上所述，尽管现有技术解决了高压LED通过ICP刻蚀形成隔离槽所带来的短路失效、开启电压低等不良，但都存在工艺流程复杂，可控性差等缺点。
发明内容
针对现有高压LED芯片结构及制备技术存在的不足，本发明提供一种工艺简单、避免短路失效、开启电压低等现象的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法。
本发明的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，所述高压LED芯片包括由下而上依次设置的衬底、n型GaN层、量子阱层、p型GaN层、透明导电层和钝化层，在ITO透明导膜电层、n型GaN层和钝化层上分别设置有p电极、n电极和金属引线；其制备方法包括以下步骤：
（1）在衬底上依次生长GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，得到GaN基外延片；
（2）沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出N型台面结构；
（3）在步骤（2）得到的外延片整个表面上形成一层保护层；通过PECVD（等离子体增强化学气相沉积）或电子束蒸镀等方法制备。
（4）沿步骤（3）得到的外延片的N型台面通过激光划片机划至衬底，得到晶圆；
（5）将步骤（4）所得晶圆进行高温腐蚀，把激光划片产生的碎屑清洗干净，然后去掉保护层，形成隔离槽；
（6）在步骤（5）所得晶圆的p型GaN层的表面形成透明导电层；
（7）在步骤（6）所得晶圆表面制作钝化层；通过PECVD或电子束蒸镀等方法制备。
（8）在步骤（7）所得晶圆上制备P电极、N电极以及连接两晶粒的金属引线。
（9）将上述晶圆减薄、划裂后得到高压LED芯片。
所述步骤（1）中衬底为蓝宝石、SiC或硅。
所述步骤（3）中的保护层为SiO2或SiN。
所述步骤（5）中的腐蚀是以浓硫酸、浓磷酸或浓硫酸和浓磷酸体积比3:2的混合液为腐蚀液，在温度150℃-300℃腐蚀5-30分钟。
所述步骤（5）中是用氢氟酸腐蚀去掉保护层。
所述步骤（6）中的透明导电层为ITO、ZnO或石墨烯。
所述步骤（7）中的钝化层为SiO2或SiN。
上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术。
本发明通过激光划片和高温腐蚀形成隔离槽，不仅解决了高压芯片短路失效、开启电压低等不良，还具有工艺简单、良率高等优点；另外，由于已进行过激光划片，因此减薄后可以直接进行裂片，简化了后续工艺流程。
附图说明
图1是现有采用ICP刻蚀形成隔离槽的高压LED芯片的结构示意图。
图2是采用本发明方法得到的通过激光划片和高温腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片的结构示意图。
图中，1、衬底，2、n型GaN层，3、量子阱层，4、p型GaN层，5、透明导电膜层，6、钝化层，7、p电极，8、n电极，9、金属引线。
具体实施方式
本发明中的高压LED芯片，如图2所示，包括由下而上设置的蓝宝石衬底1、n型GaN层2、量子阱层3、p型GaN层4、ITO透明导电膜层5和钝化层6，在ITO透明导膜电层5、n型GaN层2和钝化层6上分别设置有p电极7、n电极8和金属引线9。
上述高压LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
（1）在金属有机物化学气相沉积设备的反应腔中，在衬底1上依次生长n型GaN层2、量子阱层3和p型GaN层4，得到GaN基外延片。衬底1可以是蓝宝石、SiC或硅。
（2）利用现有的ICP干法刻蚀方法，沿GaN基外延片的p型GaN层4到n型GaN层2刻蚀出台面结构，完成刻蚀后，对GaN基外延片进行去胶清洗。
（3）在上述外延片上使用等离子体增强化学气相沉积（PECVD）的方法沉积SiO2或SiN薄膜作为保护层。也可以用电子束蒸镀等方法制备。
（4）利用激光划片机沿上述外延片的N型台面划至衬底1。
（5）将步骤（4）所得晶圆以浓硫酸、浓磷酸或浓硫酸和浓磷酸体积比3:2的混合液为腐蚀液，在温度150℃-300℃腐蚀5-30分钟。把激光划片产生的碎屑清洗干净，然后用氢氟酸去掉SiO2或SiN保护层，形成隔离槽。
（6）在步骤（5）所得晶圆的表面沉积一层透明导电层5作为电流扩展层，然后在所述电流扩展层上进行光刻，只保留p型GaN层4上对应的透明导电层5。透明导电层5是ITO、ZnO或石墨烯。
（7）在所述步骤（6）完成的芯片表面使用PECVD的方法沉积钝化层6。钝化层6是SiO2或SiN薄膜。也可以用电子束蒸镀等方法制备。
（8）分别在所述ITO透明导电膜层5和n型GaN层3和钝化层6上制备p电极7、n电极8和金属引线9。
（9）将上述晶减薄、划裂后得到高压LED芯片。
Claims (7)
1.一种通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，所述高压LED芯片包括由下而上依次设置的衬底、n型GaN层、量子阱层、p型GaN层、透明导电层和钝化层，在ITO透明导膜电层、n型GaN层和钝化层上分别设置有p电极、n电极和金属引线；其特征是，包括以下步骤：
（1）在衬底上依次生长GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层和p型GaN层，得到GaN基外延片；
（2）沿GaN基外延片的p型GaN层到n型GaN层刻蚀出N型台面结构；
（3）在步骤（2）得到的外延片整个表面上形成一层保护层；
（4）沿步骤（3）得到的外延片的N型台面通过激光划片机划至衬底，得到晶圆；
（5）将步骤（4）所得晶圆进行高温腐蚀，把激光划片产生的碎屑清洗干净，然后去掉保护层，形成隔离槽；
（6）在步骤（5）所得晶圆的p型GaN层的表面形成透明导电层；
（7）在步骤（6）所得晶圆表面制作钝化层；
（8）在步骤（7）所得晶圆上制备P电极、N电极以及连接两晶粒的金属引线；
（9）将上述晶圆减薄、划裂后得到高压LED芯片。
2.根据权利要求1所述的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，其特征是，所述步骤（1）中衬底为蓝宝石、SiC或硅。
3.根据权利要求1所述的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，其特征是，所述步骤（3）中的保护层为SiO2或SiN。
4.根据权利要求1所述的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，其特征是，所述步骤（5）中的腐蚀是以浓硫酸、浓磷酸或浓硫酸和浓磷酸体积比3:2的混合液为腐蚀液，在温度150℃-300℃腐蚀5-30分钟。
5.根据权利要求1所述的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，其特征是，所述步骤（5）中是用氢氟酸腐蚀去掉保护层。
6.根据权利要求1所述的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，其特征是，所述步骤（6）中的透明导电层为ITO、ZnO或石墨烯。
7.根据权利要求1所述的通过划片和腐蚀形成隔离槽的高压LED芯片制备方法，其特征是，所述步骤（7）中的钝化层为SiO2或SiN。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20160217 |