CN110544736B - 一种GaN基LED芯片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种GaN基LED芯片的制备方法，包括：在衬底1上依次外延生长n‑GaN层、InGaN/GaN量子阱层、p‑GaN层，形成GaN LED外延层；在GaN LED外延层上刻蚀多个沟槽，形成由衬底1连接的多个芯片；在多个芯片上表面制备衬底3；将衬底1去除；将结构倒转，在多个芯片的n‑GaN层上表面制取一层蓝膜；在衬底3下表面进行光刻，利用光刻胶保护芯片对应区域，光刻后暴露出芯片和芯片之间的沟槽区域；利用湿法刻蚀去除芯片与芯片之间沟槽区域的衬底3；去除光刻胶，得到分立在蓝膜上的多个GaN基LED芯片。上述方法简单可行，能提高LED良率，对LED芯粒无损伤，从而不损伤LED芯粒亮度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体芯片领域，特别涉及一种GaN基LED芯片的制备方法。
背景技术
近年来，随着人们对能源、环保意识的增强，LED芯片以其亮度高、颜色种类丰富、低功耗、寿命长的优点而被广泛应用于照明、背光等领域。传统LED芯粒切割通常用镭射在COW的表面进行切割、或者用SffE(高温侧壁腐蚀)技术进行切割。激光会对LED芯粒侧壁的物理损伤，严重影响了LED芯片的良率、出光效率和使用寿命。传统的刀具切割方法其合格率只能达到70％左右，不仅影响封装后芯片的质量，又间接的增加了生产的成本。特别针对垂直结构LED，其具有优良的光、电和热学性能。垂直结构LED制作一般通过将芯片转移到导电导热较好的新衬底上，如Cu衬底。但是为了形成可靠的机械支撑，Cu衬底厚度一般在120μm，这对激光划片切割是个很大的挑战，将需要多次激光聚焦对准和划片切割，损伤LED芯片的性能，降低其良率。中国专利CN104801851A公开了硅基LED芯片切割方法及其切割用分光器，具体为取硅基芯片样版片，将硅基芯片样版本贴于SPV224白膜表面，然后放在镭射切割机的载盘上，并将载盘移动至镭射源下方，再将分光器安装在雷射源与放大器之间，最后设置好参数后进行切割。但是，由于镭射对LED芯片侧壁产生了物理损伤，从而LED芯片的出光效率和使用寿命受到影响。另外，中国专利CN103022284A公开了一种LED芯片切割方法及其制备的LED芯片，具体是基于侧壁腐蚀的LED芯片切割，LED晶圆经过正面激光划片、侧壁腐蚀后，按照正常的LED芯片制造流程完成芯片制造。但是，由于不同的磊晶条件存在差异，导致高温侧壁腐蚀技术不稳定，且良率损失严重。传统的刀具切割方法其合格率只能达到70％左右，不仅影响封装后芯片的质量，又间接的增加了生产成本。目前为止，还没有一种保证产品良率且对芯粒出光效率和使用寿命无影响的切割方式。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供了一种GaN基LED芯片的制备方法，其目的是为了用湿法刻蚀切割制备LED芯片，简化制备工艺，提高LED芯片良率，改善芯片的电化学性能和提高使用寿命。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
1.一种GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底1上依次外延生长n-GaN层、InGaN/GaN量子阱层、p-GaN层，形成GaN LED外延层；
(2)在所述GaN LED外延层上刻蚀多个沟槽至衬底1的上表面，形成由衬底1连接的多个芯片；
(3)在所述多个芯片上表面制备衬底3；
(4)用湿法刻蚀将衬底1去除；
(5)将步骤(4)所得结构倒转，在所述多个芯片的n-GaN层上表面制取一层蓝膜；
(6)在所述衬底3下表面进行光刻，利用光刻胶保护芯片对应区域，光刻后暴露出芯片和芯片之间的沟槽区域；
(7)利用湿法刻蚀去除芯片与芯片之间沟槽区域的衬底3；
(8)去除光刻胶，得到分立在蓝膜上的多个GaN基LED芯片。
优选地，所述衬底1为蓝宝石、二氧化硅、氮化镓、硅或碳化硅。
优选地，所述外延生长的方法包括金属有机气相外延、分子束外延、物理气相外延或离子束外延。
优选地，步骤(2)中所述刻蚀方法包括干法刻蚀、ICP刻蚀或RIE刻蚀。
优选地，步骤(3)中衬底3的制备方法包括电镀或键合；所述衬底3为Ag、Al、Ni、Au和Cu中的一种金属或多种金属组成的合金。
优选地，步骤(6)中所述光刻包括激光直写、电子束曝光或光刻机刻蚀。
优选地，步骤(7)中所述湿法刻蚀包括简单化学蚀刻、复合化学蚀刻或光电化学蚀刻。
优选地，步骤(7)中所述湿法刻蚀所用刻蚀剂为KOH、盐酸、硫酸、磷酸、双氧水、硝酸和三氯化铁溶液中的一种或多种的组合。
优选地，步骤(7)中所述湿法刻蚀所用时间为1～300min。
优选地，步骤(7)中所述湿法刻蚀中刻蚀液的温度为25～100℃。
本发明的上述方案有如下的有益效果：
本发明提出的一种湿法刻蚀切割制备LED的方法，利用光刻胶保护芯片对应区域，将芯片和芯片之间的沟槽区域暴露出来，通过湿法刻蚀，将芯片切割开。本工艺具有简单可行，对LED芯粒无损伤，不使LED芯粒的亮度受到损伤，且能提高LED良率的优点。本发明方法制得的GaN基LED半导体芯片光输出功率显著提高，电化学性能、发光性能和结构性能明显改善，制作成本低，简单易行，具有较强的实用性。如采用湿法蚀刻工艺的垂直结构LED的良率提高到了90％，而采用传统激光切割和机械切割工艺的良率为70％以下。
附图说明
图1为本发明的制备方法中步骤(1)对应的结构示意图；
图2为本发明的制备方法中步骤(2)对应的结构示意图；
图3为本发明的制备方法中步骤(3)对应的结构示意图；
图4为本发明的制备方法中步骤(4)对应的结构示意图；
图5为本发明的制备方法中步骤(5)对应的结构示意图；
图6为本发明的制备方法中步骤(6)对应的结构示意图；
图7为本发明的制备方法中步骤(7)对应的结构示意图；
图8为本发明的制备方法所获得的LED芯片的结构示意图；
图9为本发明实施例1经步骤(6)光刻后对应的实物图；
图10为本发明实施例1经步骤(7)湿法刻蚀后对应的实物图；
图11为本发明实施例1获得的LED芯片的实物图。
附图标记说明：1—衬底1；2—LED芯片；3—衬底3；4—蓝膜；5—光刻胶。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例进行详细描述。
实施例1
如图1～8所示，本实施例制备GaN基LED芯片的方法包括如下步骤：
(1)选择直径为2英寸的平面(111)面硅作为衬底1，厚度约为400μm，采用金属有机气相外延方法在硅上依次外延生长厚度为2μm的n-GaN层、厚度为150nm的InGaN/GaN量子阱和厚度为150nm的p-GaN层，形成GaN LED外延层；
(2)在外延层上旋涂光刻胶，通过光刻将掩膜图案转移至光刻胶上，利用光刻胶作为掩膜，利用ICP刻蚀进行刻蚀，刻蚀采用的气体主要有BCl3，刻蚀得到沟槽，刻蚀深度为刻蚀到衬底1的上表面。刻蚀沟槽即为芯片和芯片之间的跑道区域，也即为后续湿法蚀刻区域。
(3)在刻蚀后的外延层上电镀金属Cu，在外延层上表面获得Cu衬底3，衬底厚度为150μm；
(4)利用HF溶液，腐蚀硅衬底，将衬底1硅同结构分离；
(5)将步骤(4)所获得的结构倒转，在n-GaN层上表面制取蓝膜，蓝膜能够将最后分立的单个LED芯片连在一起，便于LED芯片的收集；
(6)在Cu衬底3的背面进行光刻，利用光刻胶保护芯片对应区域，暴露出芯片和芯片之间的跑道区域；
(7)制备利用湿法刻蚀去除对应芯片和芯片之间沟槽区域的部分Cu衬底3，蚀刻剂为FeCl3溶液，湿法刻蚀所用时长为60分钟，刻蚀液的温度为25℃，湿法刻蚀操作简便，湿法刻蚀能够将没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去；所述湿法刻蚀为简单化学蚀刻；
(8)将获得的结构放置于20℃的丙酮溶液中，浸泡时长为30分钟，去除多余的光刻胶，得到分立在蓝膜上的LED芯片。
实施例2
如图1～8所示，本实施例制备GaN基LED芯片的方法包括如下步骤：
(1)选择直径为2英寸的平面(0001)面蓝宝石作为衬底1，厚度约为400μm，采用金属有机气相外延方法在硅上生长依次外延生长厚度为2μm的n-GaN层、厚度为150nm的InGaN/GaN量子阱和厚度为150nm的p-GaN层，形成GaNLED外延层；
(2)在外延层上旋涂光刻胶，通过光刻将掩膜图案转移至光刻胶上，利用光刻胶作为掩膜，利用RIE刻蚀法进行刻蚀，刻蚀得到沟槽，刻蚀深度为刻蚀到蓝宝石衬底的上表面。刻蚀沟槽即为芯片和芯片之间的跑道区域，也即为后续湿法蚀刻区域。
(3)在刻蚀后的外延层上键合金属Cu/Ni复合金属，在外延层上表面获得Cu/Ni衬底3，衬底厚度为150μm；
(4)利用波长为248nm的KrF激光将蓝宝石衬底同结构分离；
(5)将步骤(4)所获得的结构倒转，在n-GaN层上表面贴覆蓝膜，蓝膜能够将最后分立的单个LED芯片连在一起，便于LED芯片的收集；
(6)在Cu衬底3的背面进行光刻，利用光刻胶保护芯片对应区域，暴露出芯片和芯片之间的跑道区域，如图9所示；
(7)制备利用湿法刻蚀去除对应芯片和芯片之间沟槽区域的部分Cu/Ni衬底3，蚀刻剂为KOH溶液和FeCl3溶液，湿法刻蚀所用时长为300分钟，刻蚀液的温度为80℃。湿法刻蚀操作简便，湿法刻蚀能够将没有被抗蚀剂掩蔽的那一部分薄膜表面与试剂发生化学反应而被除去，如图10所示；所述湿法刻蚀为复合化学蚀刻；
(8)将获得的结构放置于20℃的丙酮溶液中，浸泡时长为30分钟，去除多余的光刻胶，得到分立在蓝膜上的LED芯片，如图11所示。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种GaN基LED芯片的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)在衬底( 1) 上依次外延生长n-GaN层、InGaN/GaN量子阱层、p-GaN层，形成GaN LED外延层；
(2)在所述GaN LED外延层上刻蚀多个沟槽至衬底( 1) 的上表面，形成由衬底( 1) 连接的多个芯片；
(3)在所述多个芯片上表面制备衬底( 3) ；
(4)用湿法刻蚀将衬底( 1) 去除；
(5)将步骤(4)所得结构倒转，在所述多个芯片的n-GaN层上表面制取一层蓝膜；
(6)在所述衬底( 3) 下表面进行光刻，利用光刻胶保护芯片对应区域，光刻后暴露出芯片和芯片之间的沟槽区域；
(7)利用湿法刻蚀去除芯片与芯片之间沟槽区域的衬底( 3) ；
(8)去除光刻胶，得到分立在蓝膜上的多个GaN基LED芯片；
其中，所述步 骤(6)中所述光刻包括激光直写刻蚀、电子束刻蚀或光刻机刻蚀；
其中，所述步骤(7)中所述湿法刻蚀包括简单化学蚀刻、复合化学蚀刻或光电化学蚀刻；所述湿法刻蚀所用刻蚀剂为KOH、盐酸、硫酸、磷酸、双氧水、硝酸和三氯化铁溶液中的一种或多种的组合；所述湿法刻蚀所用时间为1～300min；所述湿法刻蚀中刻蚀液的温度为25～100℃。
2.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述衬底( 1) 为蓝宝石、二氧化硅、氮化镓、硅或碳化硅。
3.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，所述外延生长的方法包括金属有机气相外延、分子束外延、物理气相外延或离子束外延。
4.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述刻蚀方法包括干法刻蚀、ICP刻蚀或RIE刻蚀。
5.根据权利要求1所述制备方法，其特征在于，步骤(3)中衬底( 3) 的制备方法包括电镀或键合；所述衬底( 3) 为Ag、Al、Ni、Au和Cu中的一种金属或多种金属组成的合金。
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Legal Events
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