CN105576092B - 一种发光二极管的制备方法 - Google Patents

一种发光二极管的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管的制备方法，属于半导体技术领域。所述制备方法包括：在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层；在AlGaInP外延层上设置P型电极，在GaAs衬底的第二表面设置N型电极，得到晶元；对晶元的第一表面进行切割，在晶元的第一表面形成P面切割道；采用刻蚀技术对晶元的第二表面进行切割，在晶元的第二表面形成N面切割道；将晶元的第二表面粘附在胶膜上，并在晶元的第一表面覆盖薄膜；对晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片；对胶膜进行扩张，分离发光二极管芯片。本发明通过至少一个表面采用刻蚀技术进行切割，切割效率大大提高，降低了生产成本。

Description

一种发光二极管的制备方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管的制备方法。
背景技术
作为目前全球最受瞩目的新一代光源，发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)因其高亮度、低热量、长寿命、无毒、可回收再利用等优点，被称为时21世纪最有发展前景的绿色照明光源。其中，AlGaInP发光二极管在黄绿、橙色、橙红色、红色波段性能优越，在白光光源、全色显示、交通信号灯、城市亮化工程等领域广泛应用。
AlGaInP发光二极管的制备方法包括：在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层；在AlGaInP外延层上设置P型电极，在GaAs衬底的第二表面设置N型电极，得到晶元，GaAs衬底的第二表面为与GaAs衬底的第一表面相反的表面；采用刀片切割晶元，得到若干独立的LED芯片。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
为了保证切割质量，采用刀片切割晶元时刀头的行进速度不能太快，切割效率较低。而且随着芯片尺寸越来越小，单片晶元的切割时间越来越长，设备产能降低，造成人力和设备成本增高。
发明内容
为了解决现有技术切割效率较低、生产成本高的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的制备方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：
在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层；
在所述AlGaInP外延层上设置P型电极，在所述GaAs衬底的第二表面设置N型电极，得到晶元，所述GaAs衬底的第二表面为与所述GaAs衬底的第一表面相反的表面；
对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道，所述晶元的第一表面为设有所述P型电极的表面；
采用刻蚀技术对所述晶元的第二表面进行切割，在所述晶元的第二表面形成N面切割道，所述N面切割道与P面切割道图形相同且位置相对，所述晶元的第二表面为与所述晶元的第一表面相反的表面，各个发光二极管芯片之间通过GaAs衬底连接在一起；
将所述晶元的第二表面粘附在胶膜上，并在所述晶元的第一表面覆盖薄膜，所述胶膜包括聚氯乙烯PVC基材和亚克力系粘着剂，所述薄膜为塑料膜或聚氨酯PU膜；
采用滚压裂片的方式对所述晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片；
对所述胶膜进行扩张，分离所述发光二极管芯片；
所述对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道，包括：
在所述晶元的第一表面涂覆光刻胶；
采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；
在所述设定图形的光刻胶的保护下，对所述晶元进行电感耦合等离子体ICP刻蚀，在所述晶元的第一表面形成N面切割道，所述N面切割道的宽度为10～20μm；
去除所述设定图形的光刻胶。
具体地，所述采用刻蚀技术对所述晶元的第二表面进行切割，在所述晶元的第二表面形成N面切割道，包括：
在所述晶元的第二表面涂覆光刻胶；
采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；
在所述设定图形的光刻胶的保护下，对所述晶元进行电感耦合等离子体ICP刻蚀，在所述晶元的第二表面形成N面切割道；
去除所述设定图形的光刻胶。
可选地，所述对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道，包括：
采用刀片对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道。
可选地，所述对所述晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片，包括：
采用滚压裂片的方式对所述晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片。
可选地，所述N面切割道的宽度为10～20μm。
可选地，所述N面切割道的深度为50～60μm。
可选地，所述P面切割道的深度为15～40μm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过分别对晶元两个相对的表面进行切割，至少一个表面采用刻蚀技术进行切割，再对晶元进行劈裂，得到若干独立的发光二极管芯片，切割效率大大提高，降低了生产成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的制备方法的流程图；
图2a-图2g是本发明实施例一提供的发光二极管制备过程中的结构示意图；
图3a-图3d是本发明实施例一提供的形成N型切割道的过程中发光二极管的结构示意图；
图4a和图4b是本发明实施例一提供的滚裂机的结构示意图；
图5是本发明实施例二提供的一种发光二极管的制备方法的流程图；
图6a-图6g是本发明实施例二提供的发光二极管制备过程中的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管的制备方法，参见图1，该制备方法包括：
步骤101：在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层。
图2a为步骤101执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层。
在本实施例中，AlGaInP外延层可以包括依次层叠在GaAs衬底上的N型AlInP限制层、交替层叠的两种Al组分不同的AlGaInP多量子阱层、P型AlInP限制层。
具体地，该步骤101可以包括：
采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic ChemicalVaporDeposition，简称MOCVD)技术在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层。
步骤102：在AlGaInP外延层上设置P型电极，在GaAs衬底的第二表面设置N型电极，得到晶元。
图2b为步骤102执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极。
在本实施例中，GaAs衬底的第二表面为与GaAs衬底的第一表面相反的表面。
具体地，在AlGaInP外延层上设置P型电极，可以包括：
在AlGaInP外延层上蒸镀P型电极；
退火形成欧姆接触。
具体地，在GaAs衬底的第二表面设置N型电极，可以包括：
在GaAs衬底的第二表面蒸镀N型电极；
退火形成欧姆接触。
可选地，在GaAs衬底的第二表面设置N型电极之前，该制备方法还可以包括：
减薄GaAs衬底。
步骤103：采用刀片对晶元的第一表面进行切割，在晶元的第一表面形成P面切割道。
图2c为步骤103执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道。
在本实施例中，晶元的第一表面为设有P型电极的表面。P面切割道将晶元的第一表面划分成矩阵形式的网格状。
可选地，P面切割道的深度可以为15～30μm。当P面切割道的深度小于15μm时，芯片的P面没有完全分离，从P型电极注入的电流不会沿垂直方向扩展，而转向电阻更小的P-P导电；当P面切割道的深度大于30μm时，容易造成晶元裂片。
具体地，该步骤103可以包括：
使用刀片切割机对晶元的第一表面进行切割，在晶元的第一表面形成P面切割道。
在本实施例的一种实现方式中，在该步骤103之后，该制备方法还可以包括：
对晶元中AlGaInP外延层已分离的各个LED芯片进行光电参数测试。
需要说明的是，在对晶元的第一表面进行切割之后，各个LED芯片的AlGaInP外延层已经分离，相互之间通过GaAs衬底连接在一起，此时可以对各个LED芯片进行光电参数测试。同时由于LED芯片的P型电极和N型电极分别位于芯片的两侧，即垂直结构，因此若在各个LED芯片相互独立之后进行光电参数测试将会十分不便，此时进行光电性能测试，实现简单方便。
步骤104：采用刻蚀技术对晶元的第二表面进行切割，在晶元的第二表面形成N面切割道。
图2d为步骤104执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道。
在本实施例中，N面切割道与P面切割道图形相同且位置相对，晶元的第二表面为与晶元的第一表面相反的表面。
可选地，N面切割道的宽度可以为10～20μm。该范围比现有采用刀片切割的切割道宽度25μm小，切割道宽度缩窄，发光区面积增大，亮度提高。
优选地，N面切割道的宽度可以为10～15μm。
需要说明的是，刀片切割的切割道的宽度大于25μm，刻蚀切割的切割道的宽度可以小于刀片切割的切割道的宽度，宽度精度得到提高。
可选地，N面切割道的深度可以为50～60μm。当N面切割道的深度小于50μm时，后续进行裂片比较困难；当N面切割道的深度大于60μm时，容易造成晶元裂片。
此时，各个LED芯片之间通过60～80μm的GaAs衬底连接在一起。
具体地，该步骤104可以包括：
在晶元的第二表面涂覆光刻胶；
采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；
在设定图形的光刻胶的保护下，对晶元进行电感耦合等离子体(InductiveCoupled Plasma，简称ICP)刻蚀，在晶元的第二表面形成N面切割道；
去除设定图形的光刻胶。
图3a为在晶元的第二表面涂覆光刻胶后的发光二极管的示意图，图3b为采用光刻技术形成设定图形的光刻胶后的发光二极管的示意图，图3c为对晶元进行ICP刻蚀后的发光二极管的示意图，图3d为去除设定图形的光刻胶后的发光二极管的示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，10为光刻胶。
更具体地，采用光刻技术形成设定图形的光刻胶，可以包括：
激光通过光刻版图对光刻胶进行曝光；
采用显影液溶解光刻胶，得到设定图形的光刻胶。
步骤105：将晶元的第二表面粘附在胶膜上，并在晶元的第一表面覆盖薄膜。
图2e为步骤105执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，7为胶膜，8为薄膜。
可选地，胶膜可以包括聚氯乙烯(Polyvinyl chloride，简称PVC)基材和亚克力系粘着剂。采用业界通用的材料，成本较低。
可选地，薄膜可以为塑料膜或聚氨酯(Polyurethane，简称PU)膜，可以起到缓冲作用。其中，塑料膜为用聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯以及其他树脂制成的薄膜，不具有粘性。
步骤106：对晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片。
图2f为步骤106执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，7为胶膜，8为薄膜。
具体地，该步骤106可以包括：
采用滚压裂片的方式对晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片。
各个LED芯片之间通过60～80μm的GaAs衬底连接在一起，滚压裂片时60～80μm的GaAs衬底沿P面切割道和N面切割道的走向裂开，各个发光二极管芯片之间没有连接，即相互独立。
在实际应用中，滚压裂片的方式采用滚裂机实现。参见图4a和图4b，滚裂机包括座体11、分别设置座体11两侧的两行导轨12、圆柱状的橡胶辊13、穿过橡胶辊13中轴的圆棒14、设置在圆棒14两端的滑块15，滑块15设置在导轨12内，两行导轨12可沿座体11侧面所在平面作圆周运动。
裂片时，如图4a所示，先将两行导轨12沿座体11侧面所在平面作圆周运动，使两行导轨12位于座体11的上表面，如图4b所示；再将橡胶辊13沿导轨12方向滑动，在橡胶辊13的压力下，GaAs衬底沿P面切割道和N面切割道的走向裂开，裂片完成。
步骤107：对胶膜进行扩张，分离发光二极管芯片。
图2g为步骤107执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，7为胶膜，8为薄膜。
对胶膜进行扩张，可以使发光二极管芯片之间具有一定的间距，实现分离。此时目检没有问题即可入库。
本发明实施例通过分别对晶元两个相对的表面进行切割，一个表面采用刻蚀技术进行切割，再对晶元进行劈裂，得到若干独立的发光二极管芯片，切割效率大大提高，降低了生产成本。切割过程也不会造成晶元表面崩裂，降低不良率，进一步降低生产成本。而且采用刻蚀技术进行切割的宽度精度较高，可以最大限度地降低由于切割损失的发光面积(多量子阱层的横截面积)，提高发光二极管芯片的亮度。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的制备方法，参见图5，该制备方法包括：
步骤201：在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层。
图6a为步骤201执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层。
具体地，该步骤201可以与实施例一中的步骤101相同，在此不再详述。
步骤202：在AlGaInP外延层上设置P型电极，在GaAs衬底的第二表面设置N型电极，得到晶元。
图6b为步骤202执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极。
在本实施例中，GaAs衬底的第二表面为与GaAs衬底的第一表面相反的表面。
具体地，该步骤202可以与实施例一中的步骤102相同，在此不再详述。
步骤203：采用刻蚀技术对晶元的第一表面进行切割，在晶元的第一表面形成P面切割道。
图6c为步骤203执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道。
在本实施例中，晶元的第一表面为设有P型电极的表面。
可选地，P面切割道的宽度可以为10～20μm。该范围比现有采用刀片切割的切割道宽度25μm小，切割道宽度缩窄，发光区面积增大，亮度提高。
可选地，P面切割道的深度可以为15～30μm。
具体地，该步骤203可以包括：
在晶元的第一表面涂覆光刻胶；
采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；
在设定图形的光刻胶的保护下，对晶元进行ICP刻蚀，在晶元的第一表面形成N面切割道；
去除设定图形的光刻胶。
步骤204：采用刻蚀技术对晶元的第二表面进行切割，在晶元的第二表面形成N面切割道。
图6d为步骤204执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道。
在本实施例中，N面切割道与P面切割道图形相同且位置相对，晶元的第二表面为与晶元的第一表面相反的表面。
具体地，该步骤204可以与实施例一中的步骤104相同，在此不再详述。
步骤205：将晶元的第二表面粘附在胶膜上，并在晶元的第一表面覆盖薄膜。
图6e为步骤205执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，7为胶膜，8为薄膜。
具体地，该步骤205可以与实施例一中的步骤105相同，在此不再详述。
步骤206：对晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片。
图6f为步骤206执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，7为胶膜，8为薄膜。
具体地，该步骤206可以与实施例一中的步骤106相同，在此不再详述。
步骤207：对胶膜进行扩张，分离发光二极管芯片。
图6g为步骤207执行后的发光二极管的结构示意图。其中，1为GaAs衬底，2为AlGaInP外延层，3为P型电极，4为N型电极，5为P面切割道，6为N面切割道，7为胶膜，8为薄膜。
具体地，该步骤207可以与实施例一中的步骤107相同，在此不再详述。
本发明实施例通过分别对晶元两个相对的表面进行切割，两个表面均采用刻蚀技术进行切割，再对晶元进行劈裂，得到若干独立的发光二极管芯片，切割效率大大提高，降低了生产成本。切割过程也不会造成晶元表面崩裂，降低不良率，进一步降低生产成本。而且采用刻蚀技术进行切割的宽度精度较高，可以最大限度地降低由于切割损失的发光面积(多量子阱层的横截面积)，提高发光二极管芯片的亮度。另外，切割过程中没有使用刀片切割机，节省设备成本；没有碎屑产生，可以有效避免LED芯片由于粘附有碎屑而漏电，LED芯片的性能和可靠性较好，进一步提高发光二极管的良率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
在GaAs衬底的第一表面上生长AlGaInP外延层；
在所述AlGaInP外延层上设置P型电极，在所述GaAs衬底的第二表面设置N型电极，得到晶元，所述GaAs衬底的第二表面为与所述GaAs衬底的第一表面相反的表面；
对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道，所述晶元的第一表面为设有所述P型电极的表面；
采用刻蚀技术对所述晶元的第二表面进行切割，在所述晶元的第二表面形成N面切割道，所述N面切割道与P面切割道图形相同且位置相对，所述晶元的第二表面为与所述晶元的第一表面相反的表面，各个发光二极管芯片之间通过GaAs衬底连接在一起；
将所述晶元的第二表面粘附在胶膜上，并在所述晶元的第一表面覆盖薄膜，所述胶膜包括聚氯乙烯PVC基材和亚克力系粘着剂，所述薄膜为塑料膜或聚氨酯PU膜；
采用滚压裂片的方式对所述晶元的第一表面进行裂片，得到若干独立的发光二极管芯片；
对所述胶膜进行扩张，分离所述发光二极管芯片；
所述对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道，包括：
在所述晶元的第一表面涂覆光刻胶；
采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；
在所述设定图形的光刻胶的保护下，对所述晶元进行电感耦合等离子体ICP刻蚀，在所述晶元的第一表面形成N面切割道，所述N面切割道的宽度为10～20μm；
去除所述设定图形的光刻胶。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述采用刻蚀技术对所述晶元的第二表面进行切割，在所述晶元的第二表面形成N面切割道，包括：
在所述晶元的第二表面涂覆光刻胶；
采用光刻技术形成设定图形的光刻胶；
在所述设定图形的光刻胶的保护下，对所述晶元进行电感耦合等离子体ICP刻蚀，在所述晶元的第二表面形成N面切割道；
去除所述设定图形的光刻胶。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道，包括：
采用刀片对所述晶元的第一表面进行切割，在所述晶元的第一表面形成P面切割道。
4.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述N面切割道的宽度为10～20μm。
5.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述N面切割道的深度为50～60μm。
6.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，所述P面切割道的深度为15～40μm。
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