CN107689404A - Led芯片的制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种LED芯片的制备方法。所述制备方法包括：在衬底的上方生成保护层，形成保护结构；在所述保护结构上进行切割生成凹槽，形成第一凹槽结构，所述凹槽穿透所述保护层并延伸到所述衬底的内部；将所述第一凹槽结构在保护层洗涤溶液中进行保护层洗涤，以去除所述保护层，形成第二凹槽结构；在所述第二凹槽结构的上方形成外延层；在所述外延层上设置正电极和负电极，生成芯片结构；将所述芯片结构沿着所述凹槽进行崩裂，生成多个LED芯片。本公开的LED芯片的制备方法先对衬底进行切割形成凹槽，然后再形成外延层，能够避免切割凹槽时的高温对外延层造成的影响。

Description

LED芯片的制备方法

技术领域

本公开涉及半导体领域，具体地，涉及一种LED芯片的制备方法。

背景技术

LED芯片也称为LED发光芯片，是LED灯的核心组件，其主要功能是把电能转化为光能。芯片的主要材料为单晶硅，由两部分组成，一部分是P型半导体，其中空穴占主导地位，另一端是N型半导体，其中电子占主导地位。这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量。

现有LED芯片的制备方法先在衬底上形成外延层，然后进行激光切割后崩裂，形成单个LED芯片。现有方法的激光切割会产生高温，进而对外延层造成影响。

发明内容

本公开的目的是提供一种简单易行的LED芯片的制备方法。

为了实现上述目的，本公开提供一种LED芯片的制备方法，该制备方法包括：在衬底的上方生成保护层，形成保护结构；在保护结构上进行切割生成凹槽，形成第一凹槽结构，凹槽穿透保护层并延伸到衬底的内部；将第一凹槽结构在保护层洗涤溶液中进行保护层洗涤，以去除保护层，形成第二凹槽结构；在第二凹槽结构的上方形成外延层；在外延层上设置正电极和负电极，生成芯片结构；将芯片结构沿着凹槽进行崩裂，生成多个LED芯片。

可选地，生成保护层的材料包括以下中的任意一者：二氧化硅、氮化硅、金、以及钛。

可选地，凹槽的深度为20-40微米，宽度为6-15微米。

可选地，凹槽在相互垂直的两个方向上延伸。

可选地，保护层洗涤溶液为含有氟化氢和氟化铵的水溶液。

可选地，在保护结构上进行切割生成凹槽，形成第一凹槽结构的步骤之后，方法还包括：将第一凹槽结构在副产物洗涤溶液中进行副产物洗涤，以去除切割生成的副产物。

可选地，副产物洗涤的温度为200-300℃，时间为5-20分钟。

可选地，副产物洗涤溶液为酸溶液或碱溶液，酸溶液包括15-40％质量的硫酸、40-70％质量的磷酸和5-20％质量的水，碱溶液包括30-50％质量的氢氧化钠或氢氧化钾。

可选地，外延层包括缓冲层、N型氮化镓层、发光层、以及P型氮化镓层，在第二凹槽结构的上方形成外延层的步骤包括：在第二凹槽结构的上方生成缓冲层；在缓冲层的上方生成N型氮化镓层；在N型氮化镓层的上方生成发光层；在发光层的上方生成P型氮化镓层。

可选地，在外延层上设置正电极和负电极，生成芯片结构的步骤包括：在P型氮化镓层的表面制作正电极；在N型氮化镓层的表面制作负电极。

本公开的LED芯片的制备方法先对衬底进行切割形成凹槽，然后再形成外延层，能够避免切割凹槽时的高温对外延层造成的影响。

本公开的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本公开的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本公开，但并不构成对本公开的限制。在附图中：

图1是一示例性实施例提供的现有技术中LED芯片的制备流程示意图；

图2是一示例性实施例提供的本公开的LED芯片的制备方法的流程图；

图2A-图2F是一示例性实施例提供的LED芯片的制备流程示意图；

图3是一示例性实施例提供的切割产生副产物的示意图；

图4是一示例性实施例提供的形成外延层的示意图；以及

图5是一示例性实施例提供的芯片结构的侧视图。

附图标记说明

1 衬底 2 外延层 3 负电极

4 凹槽 5 副产物 6 保护层

7 缓冲层 8 N型氮化镓层 9 发光层

10 P型氮化镓层 11 正电极

具体实施方式

以下结合附图对本公开的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本公开，并不用于限制本公开。

图1是一示例性实施例提供的现有技术中LED芯片的制备流程示意图。如图1所示，现有技术中LED芯片的制备方法可以包括以下步骤：先在衬底1上沉积外延层2，形成包括衬底1和外延层2的外延片；然后在外延片上进行反复使用光刻、气相沉积和蒸镀等方法形成一个完整的大芯片，然后将该大芯片减薄；接着利用紫外激光沿着芯片背面(衬底面)或正面(外延层面)的切割道进行切割，切割完成再进行机械崩裂，得到单个芯片。激光切割会产生高温，对外延层也会造成影响，从而影响LED芯片的发光性能。

本公开提供一种LED芯片的制备方法。图2是一示例性实施例提供的本公开的LED芯片的制备方法的流程图。图2A-图2F是一示例性实施例提供的LED芯片的制备流程示意图。如图2所示，所示制备方法可以包括以下步骤。

在步骤S11中，在衬底1的上方生成保护层6，形成保护结构。保护层结构包括衬底1和保护层6，如图2A所示。衬底1的材料可以是蓝宝石、碳化硅、氮化铝、氧化锌等材料。保护层6的厚度可以为100-300纳米，生成保护层6的材料可以是不与酸或碱反应的金属或金属化合物，例如可以包括以下中的任意一者：二氧化硅、氮化硅、金、以及钛。保护层6可以通过化学沉积，例如气相PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition，等离子体增强化学气相沉积法)沉积在衬底1的上表面。

在步骤S12中，在保护结构上进行切割生成凹槽4，形成第一凹槽结构，凹槽4穿透保护层6并延伸到衬底1的内部。第一凹槽结构包括保护结构和凹槽4，如图2B所示。切割的方法可以是紫外激光切割法。所形成的凹槽4的深度例如可以为20-40微米，宽度例如可以为6-15微米。根据成型单个LED芯片的形状，凹槽4可以进行按照一定的图案进行切割。例如，凹槽4可以在相互垂直的两个方向上延伸。

在步骤S13中，将第一凹槽结构在保护层洗涤溶液中进行保护层洗涤，以去除保护层6，形成第二凹槽结构。第二凹槽结构包括形成有凹槽4的衬底1，如图2C所示。保护层洗涤溶液可以与保护层6进行反应，但是不与衬底1进行反应。例如，保护层6为二氧化硅或氮化硅时，保护层洗涤溶液可以为含有氟化氢和氟化铵的水溶液。

在步骤S14中，在第二凹槽结构的上方形成外延层2，如图2D所示。形成外延层2的方法可以采用MOCVD(金属有机化合物化学气相沉淀)等外延生长方法。所形成的外延层2的厚度可以为4-6微米。

在步骤S15中，在外延层2上设置正电极11和负电极3，生成芯片结构。芯片结构包括第二凹槽结构、外延层2、正电极11和负电极3，如图2E所示。正电极11和负电极3可以通过反复使用光刻、干法刻蚀、气相沉积和蒸镀等方法来设置。形成芯片结构后，可以对衬底1进行减薄，使芯片结构减薄至80-120微米。

在步骤S16中，将芯片结构沿着凹槽4进行崩裂，生成多个LED芯片如图2F所示。虽然沟槽4内沉积了与衬底1表面相同厚度的外延层2，但是厚度仅仅4-6微米，远小于切割深度20-40微米，而且外延层2沉积晶体质量好，崩裂断面光滑，不会造成严重的光的吸收或者阻挡的结果。

本公开的LED芯片的制备方法先对衬底1进行切割形成凹槽，然后再形成外延层2，能够避免切割凹槽时的高温对外延层2造成的影响。

在相关技术中，在激光切割时采用的是紫外激光束，由于紫外激光束的瞬间高温会在激光聚焦点(切割槽)上集中大量的热能，聚焦点处的衬底会因为瞬间高温而汽化，同时切割槽附近的衬底的晶体结构会因为高温发生改变，并产生许多切割碎屑以及各种不规则结晶体和其他产物。图3是一示例性实施例提供的切割产生副产物的示意图。以上这些物质会对芯片内部的光产生阻挡或者吸收，影响芯片的外量子效率。

在本公开的又一实施例中，在保护结构上进行切割生成凹槽4，形成第一凹槽结构的步骤(步骤S12)之后，方法还可以包括步骤S17。

在步骤S17中，将第一凹槽结构在副产物洗涤溶液中进行副产物洗涤，以去除切割生成的副产物5。副产物可以包括沟槽4中所产生的切割碎屑和切割的高温所产生的结晶物。由于衬底1的表面被保护层6所覆盖，因此，衬底1可以很好地被保护，避免与副产物进行反应。其中，副产物洗涤溶液可以为酸溶液或碱溶液。酸溶液可以包括15-40％质量的硫酸、40-70％质量的磷酸和5-20％质量的水，碱溶液可以包括30-50％质量的氢氧化钠或氢氧化钾。其中，n％质量是指溶液中某组分的质量占溶液总质量的百分比为n％。例如，酸溶液可以包括质量比为1:2的98％质量硫酸和85％质量的磷酸。

在步骤S17之后，可以再进行步骤S13。也就是先将副产物洗涤干净，再洗涤保护层。

其中，副产物洗涤的条件可以包括温度和时间，副产物洗涤的条件可以按照洗涤效果进行控制。一般来说，副产物洗涤溶液的酸或碱浓度越高，则温度越低，时间越短。以前述副产物洗涤溶液的组成进行洗涤，副产物洗涤的温度可以为200-300℃，时间可以为5-20分钟。

在相关技术中，在形成外延层并切割之后，再对切割后的结构进行副产物洗涤，则副产物洗涤溶液会对外延层的侧面或表面产生腐蚀。为了减小这种腐蚀，副产物洗涤的时间需要受到限制。例如采用硫酸和磷酸的混酸溶液进行副产物洗涤时，洗涤的时间一般不能超过1分钟。而在受限的时间内，副产物洗涤的效果并不好，绝大多数副产物仍残留在大芯片切割后的凹槽中。而该实施例中，在切割之后、生成外延层之前进行副产物洗涤，这样能够避免副产物洗涤对外延层造成的腐蚀。并且，由于洗涤时间不受限，副产物洗涤的效果更好。

图4是一示例性实施例提供的形成外延层的示意图。如图4所示，外延层2可以包括缓冲层7、N型氮化镓层8、发光层9(例如，多量子阱(MQW，multiple quantum well)发光层)、以及P型氮化镓层10。在第二凹槽结构的上方形成外延层2的步骤(步骤S14)可以包括以下步骤。

在步骤S141中，在第二凹槽结构的上方生成缓冲层7。

在步骤S142中，在缓冲层7的上方生成N型氮化镓层8。

在步骤S143中，在N型氮化镓层8的上方生成发光层9。

在步骤S144中，在发光层9的上方生成P型氮化镓层10。

图5是一示例性实施例提供的芯片结构的侧视图。如图5所示，在外延层2上设置正电极11和负电极3，生成芯片结构的步骤(步骤S15)可以包括以下步骤。

在步骤S151中，在P型氮化镓层10的表面制作正电极11。

在步骤S152中，在N型氮化镓层8的表面制作负电极3。

本公开的制备方法将切割凹槽的步骤放在了LED芯片制作的初始阶段，由于此时衬底1的表面没有形成外延层，因此可以避免切割产生的高温对外延层的发光层产生影响。另外，将切割完成后的衬底1放入副产物洗涤溶液中进行副产物洗涤处理，可以充分反应掉切割副产物。这样，去除了由于激光高温产生的结晶物和碎屑，避免了因为激光切割产生的碎屑和各种不规则结晶物对光的吸收，提高了光的外量子效率，增加了芯片的光效。

以上结合附图详细描述了本公开的优选实施方式，但是，本公开并不限于上述实施方式中的具体细节，在本公开的技术构思范围内，可以对本公开的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本公开的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本公开对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本公开的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本公开的思想，其同样应当视为本公开所公开的内容。

Claims (10)

1.一种LED芯片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

在衬底(1)的上方生成保护层(6)，形成保护结构；

在所述保护结构上进行切割生成凹槽(4)，形成第一凹槽结构，所述凹槽(4)穿透所述保护层(6)并延伸到所述衬底(1)的内部；

将所述第一凹槽结构在保护层洗涤溶液中进行保护层洗涤，以去除所述保护层(6)，形成第二凹槽结构；

在所述第二凹槽结构的上方形成外延层(2)；

在所述外延层(2)上设置正电极(11)和负电极(3)，生成芯片结构；

将所述芯片结构沿着所述凹槽(4)进行崩裂，生成多个LED芯片。

2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，生成所述保护层(6)的材料包括以下中的任意一者：二氧化硅、氮化硅、金、以及钛。

3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽(4)的深度为20-40微米，宽度为6-15微米。

4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述凹槽(4)在相互垂直的两个方向上延伸。

5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述保护层洗涤溶液为含有氟化氢和氟化铵的水溶液。

6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在所述保护结构上进行切割生成凹槽(4)，形成第一凹槽结构的步骤之后，所述方法还包括：

将所述第一凹槽结构在副产物洗涤溶液中进行副产物洗涤，以去除切割生成的副产物(5)。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述副产物洗涤的温度为200-300℃，时间为5-20分钟。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述副产物洗涤溶液为酸溶液或碱溶液，所述酸溶液包括15-40％质量的硫酸、40-70％质量的磷酸和5-20％质量的水，所述碱溶液包括30-50％质量的氢氧化钠或氢氧化钾。

9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述外延层(2)包括缓冲层(7)、N型氮化镓层(8)、发光层(9)、以及P型氮化镓层(10)，所述在所述第二凹槽结构的上方形成外延层(2)的步骤包括：

在所述第二凹槽结构的上方生成所述缓冲层(7)；

在所述缓冲层(7)的上方生成所述N型氮化镓层(8)；

在所述N型氮化镓层(8)的上方生成所述发光层(9)；

在所述发光层(9)的上方生成所述P型氮化镓层(10)。

10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述在所述外延层(2)上设置正电极(11)和负电极(3)，生成所述芯片结构的步骤包括：

在所述P型氮化镓层(10)的表面制作所述正电极(11)；

在所述N型氮化镓层(8)的表面制作所述负电极(3)。