CN110854154B - 一种硅基微型led芯片及其制作方法 - Google Patents
一种硅基微型led芯片及其制作方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN110854154B CN110854154B CN201911126616.2A CN201911126616A CN110854154B CN 110854154 B CN110854154 B CN 110854154B CN 201911126616 A CN201911126616 A CN 201911126616A CN 110854154 B CN110854154 B CN 110854154B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- light
- silicon
- emitting structure
- silicon substrate
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 108
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 108
- 239000010703 silicon Substances 0.000 title claims abstract description 108
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 15
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 110
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 21
- 238000000227 grinding Methods 0.000 claims abstract description 18
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 claims abstract description 10
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims description 92
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 66
- 238000005530 etching Methods 0.000 claims description 62
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims description 49
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 39
- 238000002955 isolation Methods 0.000 claims description 18
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 17
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 14
- 239000004831 Hot glue Substances 0.000 claims description 13
- 230000008569 process Effects 0.000 claims description 10
- 238000002161 passivation Methods 0.000 claims description 9
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 claims description 8
- 239000003292 glue Substances 0.000 claims description 7
- QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N Acetic acid Chemical compound CC(O)=O QTBSBXVTEAMEQO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N Fluorane Chemical compound F KRHYYFGTRYWZRS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N Phosphoric acid Chemical compound OP(O)(O)=O NBIIXXVUZAFLBC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 5
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 4
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N Nitric acid Chemical compound O[N+]([O-])=O GRYLNZFGIOXLOG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 229960000583 acetic acid Drugs 0.000 claims description 3
- 229910000147 aluminium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 238000005187 foaming Methods 0.000 claims description 3
- 239000012362 glacial acetic acid Substances 0.000 claims description 3
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 3
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 claims description 3
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 claims description 3
- 229910017604 nitric acid Inorganic materials 0.000 claims description 3
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 2
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 2
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 2
- 229910002601 GaN Inorganic materials 0.000 abstract description 23
- JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N Gallium nitride Chemical compound [Ga]#N JMASRVWKEDWRBT-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 16
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 15
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 187
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 9
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 8
- 238000001039 wet etching Methods 0.000 description 8
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 5
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 239000012790 adhesive layer Substances 0.000 description 3
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- 238000004806 packaging method and process Methods 0.000 description 3
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- 239000011800 void material Substances 0.000 description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 3
- 229920001621 AMOLED Polymers 0.000 description 2
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 239000011368 organic material Substances 0.000 description 2
- -1 polyethylene Polymers 0.000 description 2
- 239000012495 reaction gas Substances 0.000 description 2
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 2
- 239000004698 Polyethylene Substances 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 239000004743 Polypropylene Substances 0.000 description 1
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000032683 aging Effects 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000004132 cross linking Methods 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 230000018109 developmental process Effects 0.000 description 1
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 239000012634 fragment Substances 0.000 description 1
- 229910010272 inorganic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011147 inorganic material Substances 0.000 description 1
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012188 paraffin wax Substances 0.000 description 1
- 229920002120 photoresistant polymer Polymers 0.000 description 1
- 238000000623 plasma-assisted chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 229920000573 polyethylene Polymers 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000006116 polymerization reaction Methods 0.000 description 1
- 229920001155 polypropylene Polymers 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 229920005989 resin Polymers 0.000 description 1
- 239000011347 resin Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 239000000741 silica gel Substances 0.000 description 1
- 229910002027 silica gel Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004528 spin coating Methods 0.000 description 1
- 238000005507 spraying Methods 0.000 description 1
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L27/00—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate
- H01L27/15—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission
- H01L27/153—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars
- H01L27/156—Devices consisting of a plurality of semiconductor or other solid-state components formed in or on a common substrate including semiconductor components having potential barriers, specially adapted for light emission in a repetitive configuration, e.g. LED bars two-dimensional arrays
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
- H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种硅基微型LED芯片及其制作方法，所述芯片包括硅衬底、若干个发光结构、切割槽和有机绝缘层，所述切割槽设置在发光结构之间。本发明采用硅衬底来代替蓝宝石衬底，避免了蓝宝石衬底在激光剥离时因为氮化镓吸收激光后分解产生的N2对氮化镓材料和微型LED芯片所造成的破坏。此外，本发明通过物理研磨和化学腐蚀两步法来移除硅衬底，在有效去除硅衬底的同时，可以保护发光结构不被破坏，提高了衬底的移除良率和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种硅基微型LED芯片及其制作方法。
背景技术
目前主流的屏幕显示技术主要集中在LCD和AMOLED，其中，LCD寿命较长，但是需要背光，对比度不高，同时不能够实现弯曲；AMOLED屏幕自发光，对比度高，但是面临着有机材料寿命有限的问题，主要是出现烧屏的问题。
MicroLED，芯片尺寸小于100μm，单颗芯片的大小甚至达不到原来LED芯片的1％。LED显示屏在一个芯片上集成的高密度细小尺度的微型LED阵列，LED显示屏每一个像素可定址、单独驱动点亮。LED显示屏采用无机材料制作，寿命和稳定性都明显优于AMOLEDLED显示屏，而且不容易发生烧屏老化等现象，同时还具有自发光的特点，所以拥有AMOLEDLED一样的高对比度。
MicroLED不仅具有高亮度、超高分辨率与色彩饱和、发光效率高的优点，而且还不会受水汽、氧气或高温的影响，因而在稳定性、使用寿命、工作温度等方面具有明显的优势。
在MicroLED的制作过程中，将传统的蓝宝石衬底去除，防止LED芯片发出的光在透明的蓝宝石材料发生散色串光，是一项重要的技术。传统的蓝宝石衬底移除方法是基于蓝宝石衬底上生长GaN外延材料，利用激光剥离的方式使蓝宝石衬底和GaN发生分离，从而实现衬底去除。然而这种衬底去除方式在激光剥离时因为GaN在吸收激光后，分解产生的N2对GaN材料和MicroLED芯片造成破坏，导致芯片漏电或者断裂，大大影响LED芯片的可靠性。此外，在除去蓝宝石衬底后，Micro LED由于尺寸小于100μm，已经远远超过了传统切割劈裂设备的精度极限，因此，切割分离技术也是制约MicroLED发展的一大瓶颈。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种硅基微型LED芯片，用硅衬底来代替蓝宝石衬底，减少晶格失配，便于去除衬底。
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种硅基微型LED芯片的制作方法，提高芯片衬底的去除良率和芯片的可靠性。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种硅基微型LED芯片，包括硅衬底、若干个发光结构、切割槽和有机绝缘层，所述切割槽设置在发光结构之间；
所述发光结构包括刻蚀阻挡层、第一半导体层、有源层、第二半导体层、隔离槽、第一电极和第二电极，所述刻蚀阻挡层设置在硅衬底和第一半导体层之间，所述隔离槽刻蚀至第一半导体层，将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述第一电极设置在第一发光结构上并延伸到第一半导体层上，所述第二电极设置在第二发光结构上，所述刻蚀阻挡层包括若干个交替形成的高铝层和低铝层，所述高铝层的铝含量≥70％，所述低铝层的高铝层的铝含量≤60％；
所述有机绝缘层覆盖在第一发光结构和第二发光结构的侧壁，并填充在隔离槽内，以保护发光结构。
作为上述方案的改进，所述高铝层的铝含量为70～99％，所述低铝层的铝含量为30～60％。
作为上述方案的改进，所述刻蚀阻挡层由2～20个周期的高铝层和低铝层交替形成，每个周期包括至少一个高铝层和至少一个低铝层；每个周期中高铝层和低铝层的总厚度为10～200nm。
作为上述方案的改进，所述发光结构还包括反射层和钝化层，所述反射层设置在第二半导体层上，以将有源层发出的光反射到刻蚀阻挡层一侧出射，所述钝化层设置在第二发光结构的侧壁，以隔绝第一发光结构和第二发光结构；
所述有机绝缘层由有机绝缘材料制成。
相应地，本发明还提供了一种硅基微型LED芯片的制作方法，包括：
在硅衬底上形成若干个发光结构和切割槽，所述切割槽设于发光结构之间，所述发光结构包括刻蚀阻挡层、第一半导体层、有源层、第二半导体层、隔离槽、第一电极和第二电极，所述刻蚀阻挡层设置在硅衬底和第一半导体层之间，所述隔离槽刻蚀至第一半导体层，将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述第一电极设置在第一发光结构上并延伸到第一半导体层上，所述第二电极设置在第二发光结构上，所述刻蚀阻挡层包括若干个交替形成的高铝层和低铝层；
将发光结构固定在治具上；
采用物理研磨和化学腐蚀的方法去除硅衬底，将刻蚀阻挡层裸露出来；
将临时衬底固定在刻蚀阻挡层上；
去除治具。
作为上述方案的改进，所述治具设有容纳腔和与容纳腔连通的孔洞，其中，将发光结构固定在治具上，包括以下步骤：
将孔洞堵住并在容纳腔的内壁涂覆一层热融性粘接剂；
将发光结构放置在容纳腔内，通过加热加压的方式将发光结构固定在治具上，所述容纳腔内的热融性粘接剂填充到治具和发光结构之间以及切割槽内。
作为上述方案的改进，采用MOCVD工艺，通入三甲基铝、氨气和保护气体，通过调整反应气体比例以形成高铝层和低铝层。
作为上述方案的改进，去除治具包括以下步骤：将孔洞导通，对治具进行加热以使热融性粘接剂从孔洞中流出，将发光结构与治具分离。
作为上述方案的改进，去除硅衬底包括以下步骤：
对硅衬底进行研磨，将硅衬底减薄到预设厚度；
采用硅腐蚀溶液将剩余的硅衬底去除，所述硅腐蚀溶液为硝酸、硫酸、氢氟酸、冰醋酸和磷酸中的一种或几种溶液。
作为上述方案的改进，所述硅衬底研磨后的剩余厚度为50～200μm。
作为上述方案的改进，所临时基板为硅片、蓝宝石片、玻璃片或金属片，所述临时衬底通过UV胶或热发泡胶粘接在刻蚀阻挡层上。
实施本发明，具有如下有益效果：
本发明采用硅衬底来代替蓝宝石衬底，避免了蓝宝石衬底在激光剥离时因为氮化镓吸收激光后分解产生的N2对氮化镓材料和微型LED芯片所造成的破坏。此外，本发明通过物理研磨和化学腐蚀两步法来移除硅衬底，在有效去除硅衬底的同时，可以保护发光结构不被破坏，提高了衬底的移除良率和可靠性，为微型LED芯片在封装、驱动、显示上的大规模应用提供重要的保障。
由于本发明采用了硅衬底来生长氮化镓外延层，减少硅衬底和氮化镓外延层之间的晶格失配，本发明在硅衬底和第一半导体层之间形成一层蚀刻阻挡层。本发明刻蚀阻挡层的低铝层可以降低硅基外延的晶格失配，降低位错密度，进一步地，本发明叠对式(高铝层和低铝层交替生长)的刻蚀阻挡层结构，有利于外延应力的匹配调节，提高晶体质量。此外，当微型LED芯片在进行原始的硅衬底湿法腐蚀的时候，刻蚀阻挡层的高铝层可以阻挡腐蚀溶液的渗入，保护GaN外延不受腐蚀溶液的侵袭。
本发明的切割槽将在硅基衬底上的外延材料切割形成多个独立的尺寸小于100μm的发光结构，使每个微型LED芯片彼此形成独立的器件，硅衬底去除后，每一颗微型LED芯片就可以自动分离，有效解决了尺寸小于100μm的微型LED无法切割分离的问题。
本发明并通过隔离槽将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，在第一发光结构上形成第一电极，在第二发光结构上形成第二电极，这样可以使第一电极和第二电极完全处在同一个平面上，保证芯片焊接的可靠性，降低空洞率。
本发明通过有机绝缘层来保护芯片，保证硅衬底湿法腐蚀去除的过程中芯片内部结构和金属层不被腐蚀溶液破坏。
附图说明
图1是本发明硅基微型LED芯片的结构示意图；
图2a是本发明在硅衬底上形成若干个发光结构和切割槽后的示意图；
图2b是本发明治具的示意图；
图2c是本发明将发光结构固定在治具上的示意图；
图2d是本发明发光结构去除硅衬底后的示意图；
图2e是本发明将临时衬底结合在发光结构上的示意图；
图2f是本发明去除临时衬底后的示意图。
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1，本发明提供的一种硅基微型LED芯片，包括硅衬底10、若干个发光结构20、切割槽23、有机绝缘层30，所述切割槽23设置在发光结构20之间，将发光结构20隔开。
所述发光结构20包括刻蚀阻挡层201、第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204和隔离槽24，所述刻蚀阻挡层201设置在硅衬底10和第一半导体层202之间，所述隔离槽24刻蚀至第一半导体层202，将发光结构20分成第一发光结构21和第二发光结构22。
所述发光结构20还包括第一电极207和第二电极208，所述第一电极207设置在第一发光结构21上并延伸到第一半导体层202上，所述第二电极208设置在第二发光结构22上。
所述发光结构20还包括反射层205和钝化层206，所述反射层205设置在第二半导体层204上，以将有源层202发出的光反射到第一半导体层202一侧出射，所述钝化层206设置在第二发光结构22的侧壁，以隔绝第一发光结构21和第二发光结构22。
本发明的第一半导体层、有源层和第二半导体层主要由氮化镓材料制成。优选的，所述刻蚀阻挡层201包括若干个交替形成的高铝层和低铝层，所述高铝层的铝含量≥70％，所述低铝层的高铝层的铝含量≤60％。
优选的，所述高铝层的铝含量为70～99％，所述低铝层的铝含量为30～60％。
更优的，所述刻蚀阻挡层201由2～20个周期的高铝层和低铝层交替形成，每个周期包括至少一个高铝层和至少一个低铝层，若刻蚀阻挡层的厚度小于2个周期，则厚度太薄，刻蚀阻挡层无法阻挡衬底移除时的腐蚀溶液进入到外延和芯片材料中；若刻蚀阻挡层的厚度大于20个周期，则厚度太厚，会吸收光线，影响出光效率。
需要说明的是，每个周期中高铝层和低铝层的总厚度为10～200nm。其中，高铝层和低铝层的厚度比例对刻蚀阻挡层的抗腐蚀能力影响不大，任意的厚度比例都可以应用于本发明。
所述第一电极和第二电极均由金属层组成。所述金属层由Ti、Ni、Co、Sn、Cu、Au、Pt、Cr、In中的一种或几种制成。优选的，所述金属层采用叠层金属沉积的方式形成，有效消除金属间的内应力。
所述有机绝缘层30覆盖在第一发光结构21和第二发光结构22的侧壁，并填充在隔离槽24内，用于保护发光结构。在湿法腐蚀硅衬底时，本发明的有机绝缘层可以保护发光结构不被腐蚀破坏。
本发明的有机绝缘层30由有机绝缘材料制成，优选的，所述有机绝缘材料为硅胶、光刻胶、树脂、聚酰亚胺等具有良好绝缘和保护性能的有机材料。
本发明采用硅衬底来代替蓝宝石衬底，避免了蓝宝石衬底在激光剥离时因为氮化镓吸收激光后分解产生的N2对氮化镓材料和微型LED芯片所造成的破坏。此外，本发明通过物理研磨和化学腐蚀两步法来移除硅衬底，在有效去除硅衬底的同时，可以保护发光结构不被破坏，提高了衬底的移除良率和可靠性，为微型LED芯片在封装、驱动、显示上的大规模应用提供重要的保障。
由于本发明采用了硅衬底来生长氮化镓外延层，减少硅衬底和氮化镓外延层之间的晶格失配，本发明在硅衬底和第一半导体层之间形成一层蚀刻阻挡层。本发明刻蚀阻挡层的低铝层可以降低硅基外延的晶格失配，降低位错密度，进一步地，本发明叠对式(高铝层和低铝层交替生长)的刻蚀阻挡层结构，有利于外延应力的匹配调节，提高晶体质量。此外，当微型LED芯片在进行原始的硅衬底湿法腐蚀的时候，刻蚀阻挡层的高铝层可以阻挡腐蚀溶液的渗入，保护GaN外延不受腐蚀溶液的侵袭。
本发明的切割槽将在硅基衬底上的外延材料切割形成多个独立的尺寸小于100μm的发光结构，使每个微型LED芯片彼此形成独立的器件，硅衬底去除后，每一颗微型LED芯片就可以自动分离，有效解决了尺寸小于100μm的微型LED无法切割分离的问题。
本发明并通过隔离槽将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，在第一发光结构上形成第一电极，在第二发光结构上形成第二电极，这样可以使第一电极和第二电极完全处在同一个平面上，保证芯片焊接的可靠性，降低空洞率。
本发明通过有机绝缘层来保护芯片，保证硅衬底湿法腐蚀去除的过程中芯片内部结构和金属层不被腐蚀溶液破坏。
相应地，本发明还提供了一种硅基微型LED芯片的制作方法，包括以下步骤：
一、在硅衬底上形成若干个发光结构和切割槽；
参见图2a，本发明的发光结构20包括刻蚀阻挡层201、第一半导体层202、有源层203、第二半导体层204和隔离槽24，所述隔离槽24刻蚀至第一半导体层202，将发光结构20分成第一发光结构21和第二发光结构22，所述切割槽23刻蚀至硅衬底10的表面，将发光结构20隔开。
所述发光结构20还包括第一电极207和第二电极208，所述第一电极207设置在第一发光结构21上并延伸到第一半导体层202上，所述第二电极208设置在第二发光结构208上。
所述发光结构20还包括反射层205和钝化层206，所述反射层205设置在第二半导体层204上，以将有源层202发出的光反射到第一半导体层202一侧出射，所述钝化层206设置在第二发光结构22的侧壁，以隔绝第一发光结构21和第二发光结构22。
具体的，所述发光结构的制作方法包括以下步骤：
1、在硅衬底10上依次形成刻蚀阻挡层201、第一半导体层202、有源层203和第二半导体层204，沿着第二半导体层203刻蚀至硅衬底10的表面，形成切割槽23，沿着第二半导体层204刻蚀至第一半导体层202，形成隔离槽24。
本发明的第一半导体层、有源层和第二半导体层主要由氮化镓材料制成。优选的，所述刻蚀阻挡层201包括若干个交替形成的高铝层和低铝层，所述高铝层的铝含量为70～100％，所述低铝层的铝含量为30～60％。
更优的，所述刻蚀阻挡层201由2～20个周期的高铝层和低铝层交替形成，每个周期的高铝层和低铝层的总厚度为10～200nm。若刻蚀阻挡层的厚度小于2个周期，则厚度太薄，刻蚀阻挡层无法阻挡衬底移除时的腐蚀溶液进入到外延和芯片材料中；若刻蚀阻挡层的厚度大于20个周期，则厚度太厚，会吸收光线，影响出光效率。
本发明通过控制生长过程中Al组分的掺杂浓度，采用高低Al组分浓度交替生长的方式，形成叠对式蚀刻阻挡层。
具体的，采用MOCVD工艺，通入三甲基铝、氨气和保护气体，通过调整反应气体比例以形成高铝层和低铝层。
2、为了提高芯片的出光效率，采用蒸镀或者溅射的方法在第二半导体层204上沉积一层反射层205，所述反射层205将有源层204发出的光反射到第一半导体层202一侧出射。
形成反射层205后，在氮气的环境下高温退火，形成欧姆接触。
3、采用等离子增强化学气象沉积方式形成钝化层206，所述钝化层用于保护发光结构侧壁露出的有源层，防止芯片漏电短路。
4、采用蒸镀或者溅射的方式在反射层205上沉积金属层，以形成第一电极207和第二电极208。
所述金属层由Ti、Ni、Co、Sn、Cu、Au、Pt、Cr、In中的一种或几种制成。优选的，所述金属层采用叠层金属沉积的方式形成，有效消除金属间的内应力。
二、参见图1，采用喷涂或者旋涂的方式形成有机绝缘层30，所述有机绝缘层30覆盖在第一发光结构21和第二发光结构22的侧壁，并填充在隔离槽24内，用于保护发光结构。在湿法腐蚀硅衬底时，本发明的有机绝缘层可以保护发光结构不被腐蚀破坏。
三、将发光结构固定在治具上；
参见图2b，本发明的治具4设有容纳腔41和与容纳腔41连通的孔洞42，本发明的治具4用于固定发光结构2。
具体的，参见图2c，将发光结构固定在治具上，包括以下步骤：
将孔洞42堵住并在容纳腔41的内壁涂覆一层热融性粘接剂43；
将发光结构20放置在容纳腔41内，通过加热加压的方式将发光结构20固定在治具4上，所述容纳腔41内的热融性粘接剂43在加热加压的情况下填充到治具4和发光结构20之间以及切割槽23内。
本发明在专用治具4上预先涂抹上热融性粘接剂43，所述发光结构20通过热融性粘接剂43固定在专用治具4上，并通过加热加压的方式使热融性粘接剂43填充到所有的缝隙里，并冷却使热融性粘接剂产生固化。
优选的，所述热融性粘接剂为石蜡、聚乙烯或聚丙烯。
四、采用物理研磨和化学腐蚀硅腐蚀溶液的方法去除硅衬底；
参见图2d，采用砂轮或其他物理研磨的方法对硅衬底进行研磨，将硅衬底10减薄到预设厚度；采用硅腐蚀溶液将剩余的硅衬底去除，直至露出刻蚀阻挡层201为止。
本发明采用物理研磨的方式将大部分的硅衬底去除，可以减少后续湿法工艺去除硅衬底的难度，增加工艺窗口，提高效率。
优选的，所述硅衬底研磨后的剩余厚度为50～200μm。若硅衬底研磨后的剩余厚度小于50μm，则容易造成研磨裂片，损失芯片；若硅衬底研磨后的剩余厚度大于200μm，则影响后续的湿法腐蚀，腐蚀不彻底，难以将硅衬底去除，降低湿法腐蚀工艺的亮度。
优选的，所述硅腐蚀溶液为硝酸、硫酸、氢氟酸、冰醋酸和磷酸中的一种或几种溶液。
五、将临时衬底固定在发光结构上；
参见图2e，在临时衬底50形成一层粘接层51，将粘接层51贴合在裸露出来的刻蚀阻挡层202上。
优选的，所述粘接层51由UV胶或热发泡胶制成。所临时基板50为硅片、蓝宝石片、玻璃片或金属片，也可以为其他硬质材料。
六、去除治具。
参见图2f，将孔洞22导通，并对治具4进行加热，加热后的热融性粘接剂43从孔洞22中流出，以将发光结构20与治具4分离，从而去除治具4，进而将发光结构20转移到临时衬底50上。
需要说明的是，后续若要使用硅基微型LED芯片，只需采用紫外光照射临时衬底50，UV胶内的光引发剂吸收紫外线后产生引发聚合、交联和接枝反应，从而引起粘度降低，进而使芯片和临时衬底分离。
本发明采用硅衬底来代替蓝宝石衬底，避免了蓝宝石衬底在激光剥离时因为氮化镓吸收激光后分解产生的N2对氮化镓材料和微型LED芯片所造成的破坏。此外，本发明通过物理研磨和化学腐蚀两步法来移除硅衬底，在有效去除硅衬底的同时，可以保护发光结构不被破坏，提高了衬底的移除良率和可靠性，为微型LED芯片在封装、驱动、显示上的大规模应用提供重要的保障。
由于本发明采用了硅衬底来生长氮化镓外延层，减少硅衬底和氮化镓外延层之间的晶格失配，本发明在硅衬底和第一半导体层之间形成一层蚀刻阻挡层。本发明刻蚀阻挡层的低铝层可以降低硅基外延的晶格失配，降低位错密度，进一步地，本发明叠对式(高铝层和低铝层交替生长)的刻蚀阻挡层结构，有利于外延应力的匹配调节，提高晶体质量。此外，当微型LED芯片在进行原始的硅衬底湿法腐蚀的时候，刻蚀阻挡层的高铝层可以阻挡腐蚀溶液的渗入，保护GaN外延不受腐蚀溶液的侵袭。
本发明的切割槽将在硅基衬底上的外延材料切割形成多个独立的尺寸小于100μm的发光结构，使每个微型LED芯片彼此形成独立的器件，硅衬底去除后，每一颗微型LED芯片就可以自动分离，有效解决了尺寸小于100μm的微型LED无法切割分离的问题。
本发明并通过隔离槽将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，在第一发光结构上形成第一电极，在第二发光结构上形成第二电极，这样可以使第一电极和第二电极完全处在同一个平面上，保证芯片焊接的可靠性，降低空洞率。
本发明通过有机绝缘层来保护芯片，保证硅衬底湿法腐蚀去除的过程中芯片内部结构和金属层不被腐蚀溶液破坏。
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 (9)
1.一种硅基微型LED芯片，其特征在于，包括硅衬底、若干个发光结构、切割槽和有机绝缘层，所述切割槽设置在发光结构之间；
所述发光结构包括刻蚀阻挡层、第一半导体层、有源层、第二半导体层、隔离槽、第一电极和第二电极，所述刻蚀阻挡层设置在硅衬底和第一半导体层之间， 所述隔离槽刻蚀至第一半导体层，将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述第一电极设置在第一发光结构上并延伸到第一半导体层上，所述第二电极设置在第二发光结构上，所述刻蚀阻挡层由2~20个周期的高铝层和低铝层交替形成，每个周期包括至少一个高铝层和至少一个低铝层；每个周期中高铝层和低铝层的总厚度为10~200nm，所述高铝层的铝含量≥70%，所述低铝层的高铝层的铝含量≤60%；
所述有机绝缘层覆盖在第一发光结构和第二发光结构的侧壁，并填充在隔离槽内，以保护发光结构。
2.如权利要求1所述的硅基微型LED芯片，其特征在于，所述高铝层的铝含量为70~99%，所述低铝层的铝含量为30~60%。
3.如权利要求1所述的硅基微型LED芯片，其特征在于，所述发光结构还包括反射层和钝化层，所述反射层设置在第二半导体层上，以将有源层发出的光反射到刻蚀阻挡层一侧出射，所述钝化层设置在第二发光结构的侧壁，以隔绝第一发光结构和第二发光结构；
所述有机绝缘层由有机绝缘材料制成。
4.一种硅基微型LED芯片的制作方法，其特征在于，包括：
在硅衬底上形成若干个发光结构和切割槽，所述切割槽设于发光结构之间，所述发光结构包括刻蚀阻挡层、第一半导体层、有源层、第二半导体层、隔离槽、第一电极和第二电极，所述刻蚀阻挡层设置在硅衬底和第一半导体层之间， 所述隔离槽刻蚀至第一半导体层，将发光结构分成第一发光结构和第二发光结构，所述第一电极设置在第一发光结构上并延伸到第一半导体层上，所述第二电极设置在第二发光结构上，所述刻蚀阻挡层由2~20个周期的高铝层和低铝层交替形成，每个周期包括至少一个高铝层和至少一个低铝层；每个周期中高铝层和低铝层的总厚度为10~200nm，所述高铝层的铝含量≥70%，所述低铝层的高铝层的铝含量≤60%；
将发光结构固定在治具上；
采用物理研磨和化学腐蚀的方法去除硅衬底，将刻蚀阻挡层裸露出来；
将临时衬底固定在刻蚀阻挡层上；
去除治具。
5.如权利要求4所述的硅基微型LED芯片的制作方法，其特征在于，所述治具设有容纳腔和与容纳腔连通的孔洞，其中，将发光结构固定在治具上，包括以下步骤：
将孔洞堵住并在容纳腔的内壁涂覆一层热融性粘接剂；
将发光结构放置在容纳腔内，通过加热加压的方式将发光结构固定在治具上，所述容纳腔内的热融性粘接剂填充到治具和发光结构之间以及切割槽内。
6.如权利要求5所述的硅基微型LED芯片的制作方法，其特征在于，采用MOCVD工艺，通入三甲基铝、氨气和保护气体，通过调整反应气体比例以形成高铝层和低铝层。
7.如权利要求5所述的硅基微型LED芯片的制作方法，其特征在于，去除治具包括以下步骤：将孔洞导通，对治具进行加热以使热融性粘接剂从孔洞中流出，将发光结构与治具分离。
8.如权利要求4所述的硅基微型LED芯片的制作方法，其特征在于，去除硅衬底包括以下步骤：
对硅衬底进行研磨，将硅衬底减薄到预设厚度；
采用硅腐蚀溶液将剩余的硅衬底去除，所述硅腐蚀溶液为硝酸、硫酸、氢氟酸、冰醋酸和磷酸中的一种或几种溶液。
9.如权利要求8所述的硅基微型LED芯片的制作方法，其特征在于，所述硅衬底研磨后的剩余厚度为50~200μm；
所临时基板为硅片、蓝宝石片、玻璃片或金属片，所述临时衬底通过UV胶或热发泡胶粘接在刻蚀阻挡层上。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911126616.2A CN110854154B (zh) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | 一种硅基微型led芯片及其制作方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201911126616.2A CN110854154B (zh) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | 一种硅基微型led芯片及其制作方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN110854154A CN110854154A (zh) | 2020-02-28 |
| CN110854154B true CN110854154B (zh) | 2024-04-30 |
Family
ID=69601949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201911126616.2A Active CN110854154B (zh) | 2019-11-18 | 2019-11-18 | 一种硅基微型led芯片及其制作方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN110854154B (zh) |
Families Citing this family (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111900243A (zh) * | 2020-06-29 | 2020-11-06 | 南京中电熊猫液晶显示科技有限公司 | 显示背板及其封装方法、封装材料的填充方法 |
| CN112582515B (zh) * | 2020-12-11 | 2021-09-28 | 苏州芯聚半导体有限公司 | 发光二极管及制作方法 |
| TWI824948B (zh) * | 2023-03-08 | 2023-12-01 | 晶呈科技股份有限公司 | 晶圓級發光二極體晶粒的無載板封裝方法 |
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040104232A (ko) * | 2003-06-03 | 2004-12-10 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드의 제조방법 |
| US6956246B1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-10-18 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Resonant cavity III-nitride light emitting devices fabricated by growth substrate removal |
| CN101459058A (zh) * | 2007-12-13 | 2009-06-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 刻蚀停止层、具有通孔的半导体器件及其形成方法 |
| US20100197054A1 (en) * | 2007-10-04 | 2010-08-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing light emitting device |
| CN103988321A (zh) * | 2011-12-27 | 2014-08-13 | 夏普株式会社 | 制造具有平坦表面的三维氮化镓结构的方法和使用具有平坦表面的三维氮化镓（GaN）柱状物结构的发光二极管（LED） |
| US20140239459A1 (en) * | 2011-07-11 | 2014-08-28 | King Abdullah University Of Science And Technology | Method for producing mechanically flexible silicon substrate |
| KR20170004476A (ko) * | 2015-07-02 | 2017-01-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지 |
| WO2017038213A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | Hoya株式会社 | マスクブランク、位相シフトマスクおよびその製造方法、並びに半導体デバイスの製造方法 |
| CN210805776U (zh) * | 2019-11-18 | 2020-06-19 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种硅基微型led芯片 |
-
2019
- 2019-11-18 CN CN201911126616.2A patent/CN110854154B/zh active Active
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20040104232A (ko) * | 2003-06-03 | 2004-12-10 | 삼성전기주식회사 | 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드의 제조방법 |
| US6956246B1 (en) * | 2004-06-03 | 2005-10-18 | Lumileds Lighting U.S., Llc | Resonant cavity III-nitride light emitting devices fabricated by growth substrate removal |
| US20100197054A1 (en) * | 2007-10-04 | 2010-08-05 | Canon Kabushiki Kaisha | Method for manufacturing light emitting device |
| CN101459058A (zh) * | 2007-12-13 | 2009-06-17 | 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 | 刻蚀停止层、具有通孔的半导体器件及其形成方法 |
| US20140239459A1 (en) * | 2011-07-11 | 2014-08-28 | King Abdullah University Of Science And Technology | Method for producing mechanically flexible silicon substrate |
| CN103988321A (zh) * | 2011-12-27 | 2014-08-13 | 夏普株式会社 | 制造具有平坦表面的三维氮化镓结构的方法和使用具有平坦表面的三维氮化镓（GaN）柱状物结构的发光二极管（LED） |
| KR20170004476A (ko) * | 2015-07-02 | 2017-01-11 | 엘지이노텍 주식회사 | 자외선 발광소자 및 발광소자 패키지 |
| WO2017038213A1 (ja) * | 2015-08-31 | 2017-03-09 | Hoya株式会社 | マスクブランク、位相シフトマスクおよびその製造方法、並びに半導体デバイスの製造方法 |
| CN210805776U (zh) * | 2019-11-18 | 2020-06-19 | 佛山市国星半导体技术有限公司 | 一种硅基微型led芯片 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN110854154A (zh) | 2020-02-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110854154B (zh) | 一种硅基微型led芯片及其制作方法 | |
| KR100867541B1 (ko) | 수직형 발광 소자의 제조 방법 | |
| US20110220934A1 (en) | Semiconductor light emitting device and method of fabricating semiconductor light emitting device | |
| US7625778B2 (en) | Method of manufacturing a substrate-free flip chip light emitting diode | |
| US20100279437A1 (en) | Controlling edge emission in package-free led die | |
| US9065015B2 (en) | Forming light-emitting diodes using seed particles | |
| JP2000091636A (ja) | 半導体発光素子の製法 | |
| TWI772864B (zh) | 使用雷射剝離將ｌｅｄ晶粒從基板剝離至接收板件的製造方法 | |
| US20110140081A1 (en) | Method for fabricating semiconductor light-emitting device with double-sided passivation | |
| US8597967B1 (en) | Method and system for dicing substrates containing gallium and nitrogen material | |
| KR20060125079A (ko) | 수직구조 질화갈륨계 발광다이오드 소자 및 그 제조방법 | |
| US7053417B2 (en) | Semiconductor led device and producing method | |
| JP5287665B2 (ja) | 半導体発光素子の製造方法 | |
| WO2013154181A1 (ja) | チップオンボード型のパッケージ基板を有する発光装置の製造方法 | |
| US20110133159A1 (en) | Semiconductor light-emitting device with passivation in p-type layer | |
| CN210805776U (zh) | 一种硅基微型led芯片 | |
| JP2004228290A (ja) | 半導体発光素子及びその製造方法 | |
| KR20010088931A (ko) | 기판제거 기술을 이용한 GaN계 LED 제작 방법 | |
| JP2015532012A (ja) | 成形された基板を含む発光デバイス | |
| KR20050013046A (ko) | 질화물계 반도체 발광다이오드 및 그의 제조방법 | |
| US20230068911A1 (en) | Laser Lift-Off Processing System Including Metal Grid | |
| WO2013083007A1 (zh) | 衬底、衬底的制作方法和使用方法 | |
| CN102623579A (zh) | 半导体发光芯片制造方法 | |
| KR101850539B1 (ko) | 형광체 필름이 부착된 발광소자 칩 웨이퍼의 절단 방법 | |
| KR100629210B1 (ko) | 수직형 발광 다이오드 및 그 제조 방법 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |