CN109671822A - 一种防激光切割损伤的led晶圆及其制作方法、切割方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防激光切割损伤的LED晶圆，包括衬底，多个设置在衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置的第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、与第一半导体层连接的第一电极、以及与透明导电层连接的第二电极，位于相邻发光结构间的切割道，所述切割道从透明导电层刻蚀至第一半导体层，位于发光结构边角处的刻蚀区域，所述刻蚀区域的刻蚀深度大于切割道的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层。相应地，本发明还提供了防激光切割损伤的LED晶圆的制作方法及切割方法。本发明对发光结构的边角进行刻蚀，形成贯穿第一半导体层的刻蚀区域，除去切割道交叉处的不必要的氮化镓层，以避免发光结构被烧伤，提高LED芯片的良率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种防激光切割损伤的LED晶圆及其制作方法、切割方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。
在LED芯片的制程中，将LED晶圆切割成单颗LED芯粒是制程中重要的一环。LED芯片的切割方式从传统钻石刀切割，逐渐演进为365nm、295nm的紫外激光切割，直到现在前最新的890nm、1020nm红外隐形切割，现有的切割方式都对会对芯片造成一定的损伤。
由于现有的切割方式需要进行交叉切割，即激光沿X轴划裂LED晶圆后，再沿Y轴划裂LED晶圆，以将LED晶圆切割成单颗芯粒。如图1所示，LED晶圆X轴和Y轴的交叉处，由于能量重复烧结，会增加LED晶圆的烧伤面积，使该处的GaN裂解成Ga和N，并与烧伤的GaN形成导电连接，从而造成LED芯片漏电，老化烧毁。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种防激光切割损伤的LED晶圆及其制作方法，除去交叉切割处的部分GaN，避免激光切割造成的烧伤，防止芯片漏电，提高老化良率。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种切割方法，不损伤芯片。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种防激光切割损伤的LED晶圆，包括：
衬底；
多个设置在衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置的第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、与第一半导体层连接的第一电极、以及与透明导电层连接的第二电极；
位于相邻发光结构间的切割道，所述切割道从透明导电层刻蚀至第一半导体层；
位于发光结构边角处的刻蚀区域，所述刻蚀区域的刻蚀深度大于切割道的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层。
作为上述方案的改进，所述刻蚀区域的表面覆盖有一层透明保护层，所述透明保护层为单层或多层结构，所述透明保护层由SiO2、Ti2O、Al2O3和SiN中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述透明保护层的结构为SiO2/Ti2O、SiO2/Ti2O/Al2O3、Al2O3/SiN/SiO2/Ti2O、Ti2O/Al2O3/SiN或SiN/SiO2/Al2O3，所述透明保护层反射波长为290-1100nm的激光。
作为上述方案的改进，所述刻蚀区域从透明导电层刻蚀至衬底表面，所述刻蚀区域的刻蚀深度为1.5-10μm，所述刻蚀区域的面积为100-900μm2。
作为上述方案的改进，所述切割道包括X轴切割道和Y轴切割道，所述X轴切割道与Y轴切割道相互垂直，所述刻蚀区域位于X轴切割道和Y轴切割道的交叉处。
作为上述方案的改进，所述切割道的宽度为16-30μm，所述切割道的刻蚀深度为1-1.5μm。
相应地，本发明还提供了一种防激光切割损伤的LED晶圆的制作方法，包括：
在衬底上形成外延层和透明导电层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层上；
对透明导电层和外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成切割道、裸露区域和多个发光微结构，所述切割道位于相邻发光微结构之间；
对发光微结构的边角进行刻蚀，形成刻蚀区域，所述刻蚀区域的刻蚀深度大于切割道的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层。
在第一半导体层上形成第一电极，在透明导电层上形成第二电极。
作为上述方案的改进，在所述刻蚀区域的表面形成一层透明保护层，所述透明保护层为单层或多层结构，所述透明保护层由SiO2、Ti2O、Al2O3和SiN中的一种或几种制成。
作为上述方案的改进，所述透明保护层的结构为SiO2/Ti2O、SiO2/Ti2O/Al2O3、Al2O3/SiN/SiO2/Ti2O、Ti2O/Al2O3/SiN或SiN/SiO2/Al2O3，所述透明保护层反射波长为290-1100nm的激光。
相应地，本发明还提供了一种切割方法，包括：
提供上述所述的防激光切割损伤的LED晶圆；
采用激光对着切割道进行切割；
采用劈刀沿着切割道进行劈裂，形成单颗LED芯片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1、本发明对发光结构的边角进行刻蚀，形成贯穿第一半导体层的刻蚀区域，除去X轴切割道和Y轴切割道交叉处的不必要的氮化镓层，以避免发光结构被烧伤，提高LED芯片的良率。
2、本发明进一步对刻蚀区域的刻蚀深度和面积进行限定，在避免发光结构被烧伤的同时最大程度的提高芯片亮度和良率。
3、本发明通过对切割道的深度和宽度进行限定，有效避免激光光斑烧伤发光结构，保证芯片的亮度和良率，同时在芯片数量和良率上取的一个平衡，进而降低生产成本。
附图说明
图1是现有LED晶圆激光切割交错的示意图；
图2是本发明LED晶圆的俯视示意图；
图3是本发明LED晶圆的结构示意图；
图4是本发明LED晶圆的立体示意图。
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作进一步地详细描述。
参见图2至图4，本发明提供的一种防激光切割损伤的LED晶圆，包括衬底10、多个发光结构20、切割道30和刻蚀区域40。
具体的，多个发光结构20按照纵横的排列方式设置在衬底10上。所述发光结构20包括依次设置的第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23、透明导电层24、与第一半导体层21连接的第一电极25、以及与透明导电层24连接的第二电极26。需要说明的是，所述发光结构20还包括裸露区域27，所述裸露区域27从透明导电层24刻蚀至第一半导体层21，所述第一电极25设置在裸露区域27的第一半导体层21上。此外，在本发明的其他实施例中，所述衬底10和发光结构20之间还设有缓冲层等叠层结构。
其中，本发明衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料。优选的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底。
此外，本发明提供的第一半导体层21为N型氮化镓基层，第二半导体层23为P型氮化镓基层，有源层22为MQW量子阱层。
其次，本发明透明导电层24的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。
所述切割道30位于相邻发光结构20之间。具体的，所述切割道30从透明导电层24刻蚀至第一半导体层21。其中，所述切割道30包括X轴切割道31和Y轴切割道32，所述X轴切割道31与Y轴切割道32相互垂直，所述刻蚀区域40位于X轴切割道和Y轴切割道的交叉处。
由于激光需要沿着切割道30进行切割，LED晶圆才能形成单颗芯粒，其中，激光光斑的直径一般为5-8μm，为了保证切割良率，避免激光烧伤发光结构的边缘，所述切割道30的宽度为6-30μm。由于激光设备与外延翘曲造成的激光偏移一般为3μm，此外，激光劈裂衬底时会发生斜裂，为了防止斜裂到发光区域，优选的，所述切割道30的宽度为10-30μm。若切割道30的宽度大于30μm，则发光面积减少，相同尺寸LED晶圆上的相同尺寸发光结构数量减少，从而增加生产成本。
为了使激光能够劈裂晶圆，形成单颗芯粒，本发明对切割道30的深度进行限定，其中，所述切割道30从透明导电层24刻蚀在第一半导体层21。优选的，所述切割道30的刻蚀深度为1-1.5μm。由于本发明的切割道是采用ICP(电感耦合等离子体)或RIE(反应离子刻蚀)工艺形成的，若切割道30的刻蚀深度小于1μm，则刻蚀深度不够，后续难以采用激光对晶圆进行切割。若切割道30的刻蚀深度大于1.5μm，则LED晶圆容易发生碎裂，难以形成完整的芯粒，降低LED芯片的良率。
所述刻蚀区域40位于发光结构20的边角处，具体的，从发光结构20边角处的透明导电层24进行刻蚀，所述刻蚀区域40的刻蚀深度大于切割道30的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层21。
为了防止X轴切割道31和Y轴切割道32交叉处的发光结构由于激光重叠而发生重复烧结，本发明对发光结构20的边角进行刻蚀，以形成所述刻蚀区域40。需要说明的是，所述发光结构20的边角处为X轴切割道31和Y轴切割道32的交叉处。为了避免氮化镓层被重复烧结而裂解成Ga和N，本发明采用深刻蚀的方式，除去X轴切割道31和Y轴切割道32交叉处的不必要的氮化镓层，从而避免发光结构被烧伤，提高LED芯片的良率。
刻蚀区域40的刻蚀深度对LED芯片的良率起着重要的影响，由于防止LED芯片烧伤的重点在于除去会导电的第一半导体层21，因此刻蚀区域40必须把第一半导体层21除去。由于第一半导体层21和衬底10之间还设有缓冲层等叠层，为了进一步防止芯片烧伤，所述刻蚀区域40从透明导电层24刻蚀至衬底10表面。优选的，所述刻蚀区域的刻蚀深度为1.5-10μm。在上述范围内，刻蚀深度越深越好。若刻蚀区域40的刻蚀深度大于10μm，则刻蚀至衬底10的内部，则LED晶圆容易发生碎裂，难以形成完整的芯粒，降低LED芯片的良率。
其中，刻蚀区域40的面积也对LED芯片的良率和亮度起着重要的影响。由于激光光斑的直径一般为5-8μm，因此本发明的刻蚀区域40的面积需要大于光斑的面积，优选的，所述刻蚀区域40的面积为100-900μm2。若刻蚀区域40的面积大于900μm2，则发光结构20的刻蚀面积过大，从而减少发光结构20的面积，进而降低芯片亮度。
需要说明的是，所述刻蚀区域40的形状为半圆形、矩形或多边形，但不限于此。
为了进一步防止发光结构被烧伤，提高LED芯片的良率，所述刻蚀区域40的表面覆盖有一层透明保护层(图中未示出)，所述透明保护层为单层或多层结构，所述透明保护层由SiO2、Ti2O、Al2O3和SiN中的一种或几种制成。优选的，所述透明保护层的结构为SiO2/Ti2O、SiO2/Ti2O/Al2O3、Al2O3/SiN/SiO2/Ti2O、Ti2O/Al2O3/SiN或SiN/SiO2/Al2O3。
由于本发明的透明保护层采用了上述结构，因此本发明的透明保护层不仅可以保护刻蚀区域，防止刻蚀区域裸露出来的氮化镓层被烧结，还可以防止芯片漏电。此外，由于本发明的透明保护层由不同折射率的材料组成，其可以反射波长为290-1100nm的激光，将刻蚀区域处激光进行反射，进一步防止刻蚀区域裸露出来的氮化镓层被烧结。优选的，所述透明保护层的厚度为100-10000nm。若透明保护层的厚度小于100nm，则反射率低，厚度薄，起不了保护的作用；若透明保护层的厚度大于10000nm，则影响发光结构出光。
相应地，本发明还提供了一种防激光切割损伤的LED晶圆的制作方法，包括以下步骤：
S101、在衬底上形成外延层和透明导电层；
具体的，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层上。
本发明衬底10的材料可以为蓝宝石、碳化硅或硅，也可以为其他半导体材料。优选的，本发明的衬底10为蓝宝石衬底。
采用MOCVD设备在衬底10表面形成外延层，所述外延层包括设于衬底10上的第一半导体层21，设于第一半导体层21上的有源层22、以及设于有源层22上的第二半导体层23。
具体的，本发明提供的第一半导体层21为N型氮化镓基层，第二半导体层23为P型氮化镓基层，有源层22为MQW量子阱层。
需要说明的是，在本申请的其他实施例中，所述衬底10与所述第一半导体层21之间设有缓存冲层等叠层。
在第二半导体层23上形成一层透明导电层24。本发明透明导电层24的材质为铟锡氧化物，但不限于此。铟锡氧化物中铟和锡的比例为70-99:1-30。优选的，铟锡氧化物中铟和锡的比例为95:5。这样有利提高透明导电层的导电能力，防止载流子聚集在一起，还提高芯片的出光效率。
S102、对透明导电层和外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成切割道、裸露区域和多个发光微结构，所述切割道位于相邻发光微结构之间；
具体的，采用光刻胶做掩膜，同时采用ICP刻蚀工艺对透明导电层24外延层进行刻蚀，形成贯穿透明导电层24、第二半导体层23和有源层22并延伸至第一半导体层21的裸露区域27。
采用光刻胶做掩膜，同时采用ICP或RIE刻蚀工艺，对透明导电层24和外延层进行横向和纵向刻蚀，形成切割道30。所述切割道30将透明导电层和外延层分割形成多个发光微结构。
所述切割道30从透明导电层24刻蚀至第一半导体层21。其中，所述切割道30包括X轴切割道31和Y轴切割道32，所述X轴切割道31与Y轴切割道32相互垂直，所述刻蚀区域40位于X轴切割道和Y轴切割道的交叉处。由于激光需要沿着切割道30进行切割，LED晶圆才能形成单颗芯粒，其中，激光光斑的直径一般为5-8μm，为了保证切割良率，避免激光烧伤发光微结构的边缘，所述切割道30的宽度为6-30μm。由于激光设备与外延翘曲造成的激光偏移一般为3μm，此外，激光劈裂衬底时会发生斜裂，为了防止斜裂到发光区域，优选的，所述切割道30的宽度为10-30μm。若切割道30的宽度大于30μm，则发光面积减少，相同尺寸LED晶圆上的相同尺寸发光结构数量减少，从而增加生产成本。
为了使激光能够劈裂晶圆，形成单颗芯粒，本发明对切割道30的深度进行限定，其中，所述切割道30从透明导电层24刻蚀在第一半导体层21。优选的，所述切割道30的刻蚀深度为1-1.5μm。由于本发明的切割道是采用ICP(电感耦合等离子体)或RIE(反应离子刻蚀)工艺形成的，若切割道30的刻蚀深度小于1μm，则刻蚀深度不够，后续难以采用激光对晶圆进行切割。若切割道30的刻蚀深度大于1.5μm，则LED晶圆容易发生碎裂，难以形成完整的芯粒，降低LED芯片的良率。
S103、对发光微结构的边角进行刻蚀，形成刻蚀区域，所述刻蚀区域的刻蚀深度大于切割道的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层。
具体的，采用光刻胶做掩膜，同时采用ICP或RIE刻蚀工艺，发光微结构的边角进行刻蚀，形成刻蚀区域40。
刻蚀区域40的刻蚀深度对LED芯片的良率起着重要的影响，由于防止LED芯片烧伤的重点在于除去会导电的第一半导体层21，因此刻蚀区域40必须把第一半导体层21除去。由于第一半导体层21和衬底10之间还设有缓冲层等叠层，为了进一步防止芯片烧伤，所述刻蚀区域40从透明导电层24刻蚀至衬底10表面。优选的，所述刻蚀区域的刻蚀深度为1.5-10μm。在上述范围内，刻蚀深度越深越好。若刻蚀区域40的刻蚀深度大于10μm，则刻蚀至衬底10的内部，则LED晶圆容易发生碎裂，难以形成完整的芯粒，降低LED芯片的良率。
其中，刻蚀区域40的面积也对LED芯片的良率和亮度起着重要的影响。由于激光光斑的直径一般为5-8μm，因此本发明的刻蚀区域40的面积需要大于光斑的面积，优选的，所述刻蚀区域40的面积为100-900μm2。若刻蚀区域40的面积大于900μm2，则发光结构20的刻蚀面积过大，从而减少发光结构20的面积，进而降低芯片亮度。
需要说明的是，所述刻蚀区域40的表面覆盖有一层透明保护层(图中未示出)，所述透明保护层为单层或多层结构，所述透明保护层由SiO2、Ti2O、Al2O3和SiN中的一种或几种制成。优选的，所述透明保护层的结构为SiO2/Ti2O、SiO2/Ti2O/Al2O3、Al2O3/SiN/SiO2/Ti2O、Ti2O/Al2O3/SiN或SiN/SiO2/Al2O3。
由于本发明的透明保护层采用了上述结构，因此本发明的透明保护层不仅可以保护刻蚀区域，防止刻蚀区域裸露出来的氮化镓层被烧结，还可以防止芯片漏电。此外，由于本发明的透明保护层由不同折射率的材料组成，其可以反射波长为290-1100nm的激光，将刻蚀区域处激光进行反射，进一步防止刻蚀区域裸露出来的氮化镓层被烧结。优选的，所述透明保护层的厚度为100-10000nm。若透明保护层的厚度小于100nm，则反射率低，厚度薄，起不了保护的作用；若透明保护层的厚度大于10000nm，则影响发光结构出光。
S104、在第一半导体层上形成第一电极，在透明导电层上形成第二电极。
采用蒸镀的方式在裸露区域26上的第一半导体层21上沉积金属形成第一电极25，在透明导电层24上沉积金属形成第二电极26。
相应地，本发明还提供了一种切割方法，包括以下步骤：
提供上述所述的防激光切割损伤的LED晶圆；
采用激光对着切割道进行切割；
采用劈刀沿着切割道进行劈裂，形成单颗LED芯片。
本发明提供的LED晶圆切割方法，不会损伤芯片。
以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
Claims (10)
1.一种防激光切割损伤的LED晶圆，其特征在于，包括：
衬底；
多个设置在衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置的第一半导体层、有源层、第二半导体层、透明导电层、与第一半导体层连接的第一电极、以及与透明导电层连接的第二电极；
位于相邻发光结构间的切割道，所述切割道从透明导电层刻蚀至第一半导体层；
位于发光结构边角处的刻蚀区域，所述刻蚀区域的刻蚀深度大于切割道的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层。
2.如权利要求1所述的防激光切割损伤的LED晶圆，其特征在于，所述刻蚀区域的表面覆盖有一层透明保护层，所述透明保护层为单层或多层结构，所述透明保护层由SiO2、Ti2O、Al2O3和SiN中的一种或几种制成。
3.如权利要求2所述的防激光切割损伤的LED晶圆，其特征在于，所述透明保护层的结构为SiO2/Ti2O、SiO2/Ti2O/Al2O3、Al2O3/SiN/SiO2/Ti2O、Ti2O/Al2O3/SiN或SiN/SiO2/Al2O3，所述透明保护层反射波长为290-1100nm的激光。
4.如权利要求1所述的防激光切割损伤的LED晶圆，其特征在于，所述刻蚀区域从透明导电层刻蚀至衬底表面，所述刻蚀区域的刻蚀深度为1.5-10μm，所述刻蚀区域的面积为100-900μm2。
5.如权利要求1所述的防激光切割损伤的LED晶圆，其特征在于，所述切割道包括X轴切割道和Y轴切割道，所述X轴切割道与Y轴切割道相互垂直，所述刻蚀区域位于X轴切割道和Y轴切割道的交叉处。
6.如权利要求5所述的防激光切割损伤的LED晶圆，其特征在于，所述切割道的宽度为16-30μm，所述切割道的刻蚀深度为1-1.5μm。
7.一种防激光切割损伤的LED晶圆的制作方法，其特征在于，包括：
在衬底上形成外延层和透明导电层，所述外延层包括依次设于衬底上的第一半导体层、有源层和第二半导体层，所述透明导电层设置在第二半导体层上；
对透明导电层和外延层进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层，形成切割道、裸露区域和多个发光微结构，所述切割道位于相邻发光微结构之间；
对发光微结构的边角进行刻蚀，形成刻蚀区域，所述刻蚀区域的刻蚀深度大于切割道的刻蚀深度，且贯穿第一半导体层。
在第一半导体层上形成第一电极，在透明导电层上形成第二电极。
8.如权利要求1所述的防激光切割损伤的LED晶圆的制作方法，其特征在于，在所述刻蚀区域的表面形成一层透明保护层，所述透明保护层为单层或多层结构，所述透明保护层由SiO2、Ti2O、Al2O3和SiN中的一种或几种制成。
9.如权利要求8所述的防激光切割损伤的LED晶圆的制作方法，其特征在于，所述透明保护层的结构为SiO2/Ti2O、SiO2/Ti2O/Al2O3、Al2O3/SiN/SiO2/Ti2O、Ti2O/Al2O3/SiN或SiN/SiO2/Al2O3，所述透明保护层反射波长为290-1100nm的激光。
10.一种切割方法，其特征在于，包括：
提供权利要求1-6任一项所述的防激光切割损伤的LED晶圆；
采用激光对着切割道进行切割；
采用劈刀沿着切割道进行劈裂，形成单颗LED芯片。
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