CN114447013A - 一种发光二极管的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管的制备方法，其包括步骤：提供衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层；在所述第二衬底层的上表面生长外延层并处理得到所述发光二极管。本发明可实现提升发光二极管的制备良率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种发光二极管的制备方法。
背景技术
micro-led芯片是将led结构进行薄膜化、微小化、阵列化，尺寸缩小到1-10μm左右，通过批量式转移到基板上后再利用物理沉积完成保护层和电极，之后进行封装制得。
micro-led芯片尺寸显著小于传统led芯片，由于尺寸的减小，其厚度也需要减到更薄。由于通常的micro-led芯片厚度小于10μm，用传统的研磨减薄制程难以实现。在显示使用的红色、绿色和蓝色三种micro-led中，绿色和蓝色的micro-led芯片比较容易采用激光剥离的方式将外延层从衬底剥下，使芯片的总厚度降低至5-8μm。然而，由于发光二极管的衬底吸收波长较长，其难以直接使用激光将外延层剥离，而目前常用的研磨加刻蚀的方法，制得的发光二极管良率较低。
因此，现有技术还有待于改进。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种发光二极管的制备方法，旨在解决现有技术制备的发光二极管良率较低的问题。
本发明的技术方案如下：
一种发光二极管的制备方法，其中，包括步骤：
提供一衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层；
在所述第二衬底层的上表面生长外延层并处理得到所述发光二极管。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述在所述第二衬底层的上表面生长外延层并处理得到所述发光二极管，包括：
在所述第二衬底层的上表面生长外延层；
对所述外延层进行处理生成若干晶圆；
去除所述第一衬底层；
对去除所述第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述衬底复合层的制备过程包括：
在所述第一衬底层上形成所述中间层；
将所述第二衬底层键合到所述中间层的远离所述第一衬底层的一侧。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述衬底复合层的制备过程包括：
提供一衬底本体；
从所述衬底本体的一侧对所述衬底本体进行离子注入，在所述衬底本体上形成所述中间层，所述中间层的下表面为所述第一衬底层，所述中间层的上表面为所述第二衬底层。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述外延层包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，所述对所述外延层进行处理生成若干晶圆，包括：
对所述外延层进行刻蚀，形成若干切割道，所述切割道将所述外延层分割成若干独立的发光微结构，所述刻蚀的深度小于所述外延层的厚度；或等于所述外延层的厚度；或大于所述外延层的厚度且小于所述外延层与所述第二衬底层厚度之和；或等于所述外延层的厚度与所述第二衬底层厚度之和；
在所述发光微结构上形成第一电极及第二电极，得到对应的晶圆。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述去除所述第一衬底层之后，还包括：
采用刻蚀法去除所述中间层；
所述将去除所述第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管，包括：
将去除所述第一衬底层以及所述中间层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述去除所述第一衬底层包括：
采用第一溶液对所述第一衬底层进行刻蚀，所述中间层在所述第一溶液中的刻蚀速率小于所述第一衬底层在所述第一溶液中的刻蚀速率。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述采用刻蚀法去除所述中间层，包括：
采用第二溶液对所述中间层进行刻蚀，所述中间层在所述第二溶液中的刻蚀速率大于所述第二衬底在所述第二溶液中的刻蚀速率。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述中间层的材料采用III-V族半导体化合物。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述第一溶液为硝酸，第二溶液为盐酸，所述第一衬底层及第二衬底层的材料为砷化镓，所述中间层材料为砷化铝。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述离子注入中，所述注入的离子为铝离子，加速电压为500V，注入的深度为500nm。
所述发光二极管的制备方法，其中，所述发光二极管为红光LED芯片。
有益效果：本发明提供了一种发光二极管的制备方法，通过对衬底进行改造，制备了一种衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层，所述中间层可有效增强刻蚀过程中对工艺时间和均匀性的容忍度，实现提升刻蚀过程良率的目的；由于该制程是发光二极管制程良率的瓶颈，因此本发明可以显著改善发光二极管的良率。
附图说明
图1为本发明一种发光二极管的制备方法较佳实施例的流程图。
图2为本发明衬底复合层的第一种制备方法示意图。
图3为本发明衬底复合层的第二种制备方法示意图。
图4为在所述第二衬底层的上表面生长外延层的示意图。
图5为在所述外延层形成置于所述衬底复合层上的若干晶圆的示意图。
图6为对衬底复合层的下表面进行刻蚀处理去除第一衬底层的示意图。
图7为对去除第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管的示意图。
图8为本发明另一种发光二极管的制备方法较佳实施例的流程图。
图9为对衬底复合层的下表面进行刻蚀处理去除中间层的示意图。
图10为对去除第一衬底及中间层的衬底复合层沿着晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种发光二极管的制备方法，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
由于发光二极管的衬底吸收波长较长，其难以直接通过激光将外延层从衬底上剥离，而目前常用的研磨加刻蚀的方法又容易导致发光二极管的良率较低。
基于现有技术所存在的问题，本实施方式提供了一种发光二极管的制备方法，如图1所示，其包括步骤：
S10、提供一衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层；
S20、在所述第二衬底层的上表面生长外延层并处理得到所述发光二极管。
本实施例通过对衬底进行改进，制备了一种衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层，所述第一衬底层、第二衬底层与所述中间层之间针对不同刻蚀溶液具有不同的刻蚀速率，因此在对所述衬底复合层的第一衬底层进行刻蚀去除时，所述中间层作为刻蚀阻挡层可有效增强刻蚀过程中对工艺时间和均匀性的容忍度，避免过渡刻蚀对发光二极管的其它层造成损坏，从而实现提升刻蚀过程良率的目的，由于该制程是发光二极管制程良率的瓶颈，因此本实施例可以显著改善发光二极管的良率。
在一些实施方式中，所述复合衬底层可采用不同的制备方式制得，作为举例，可采用离子注入的方式来制备所述衬底复合层，如图2所示，其制备步骤包括：提供一衬底本体10，从所述衬底本体10的一侧对所述衬底本体10进行离子注入，在所述衬底本体10上形成所述中间层11，所述中间层11的下表面为所述第一衬底层12，所述中间层11的上表面为所述第二衬底层13。
具体来讲，如图2所示，本实施例采用离子注入的方式向所述衬底本体中注入金属离子，使所述金属离子与所述衬底本体10的材料发生反应，生成中间层11，所述中间层11将所述衬底本体10划分成第一衬底层12和第二衬底层13，制得所述衬底复合层。作为举例，在全部由材料A0组成的衬底本体中间制作一层由材料A1组成的中间层，所述中间层可作为所述衬底本体的刻蚀阻挡层。本实施例采用离子注入的方式将金属离子注入到所述衬底本体的中间位置，通过控制所述特定金属离子的能量，使得这些特定金属离子与所述材料A0发生反应生成材料A1，通过控制特定金属离子的能量和照射时间，可制得不同厚度的所述中间层11。本实施例中，所述衬底本体10被所述中间层11划分成第一衬底层12和第二衬底层13，所述第一衬底层12和所述第二衬底层13的材料相同，均为材料A0。
在一些具体的实施方式中，所述衬底本体10的材料A0可以为砷化镓，在所述衬底本体10的中间位置注入的金属离子可以为铝离子，所述铝离子的注入深度为500nm，加速电压为500V，通过控制所述铝离子的能量，使得所述铝离子与所述衬底本体10的材料砷化镓发生化学反应，生成砷化铝；进一步通过控制注入所述铝离子的时间，可在所述衬底本体10中间生成不同厚度的砷化铝层，即中间层。
在另一些实施方式中，所述复合衬底层还可采用如图3所示的制备方式制得，如图所示，其包括步骤：在第一衬底层12表面制备所述中间层11；将所述第二衬底层13键合到所述中间层11的远离所述第一衬底层12的一侧，制得所述衬底复合层。本实施例中，所述第一衬底层12与所述第二衬底层13的材料可相同，也可不同。作为举例，如图3所示，提供由材料A0组成的第一衬底层12，对所述第一衬底层12进行表面处理后再在所述第一衬底层12表面制备由材料A1组成的中间层11，然后通过衬底键合的方式将同样由A0组成的第二衬底层13键合在所述中间层12的上方，最后再对所述第二衬底层13进行减薄处理，制得所述衬底复合层。作为举例，所述材料A0为砷化镓，材料A1为砷化铝，但不限于此。
在一些实施方式中，所述在所述第二衬底层的上表面生长外延层并经过处理得到所述发光二极管，包括：在所述第二衬底层的上表面生长外延层；对所述外延层进行处理生成若干晶圆；去除所述第一衬底层；对去除所述第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管。
具体来讲，在所述第二衬底层上表面生长外延层，所述外延层包括第一半导体层、发光层及第二半导体层；然后对所述外延层进行刻蚀，形成若干切割道，所述切割道将所述外延层分割成若干独立的发光微结构，在所述发光微结构上形成第一电极及第二电极，得到置于所述衬底复合层上的若干晶圆。作为举例，如图4和图5所示，在由A0组成的第二衬底层13上生长外延层14，然后采用湿法刻蚀或干法刻蚀的方式对所述外延层14进行刻蚀处理，生成被刻蚀分离的晶圆15。
在本实施例中，根据不同的刻蚀深度，可制得不同结构组成的晶圆15。具体来讲，如图5所示，对所述外延层14进行刻蚀处理，当刻蚀深度小于所述外延层14的厚度时，则在所述中间层表面生成未被刻蚀分离的第三衬底层16以及位于所述第三衬底层16表面被刻蚀分离的晶圆15，此时，所述第三衬底层16包括第二衬底层以及部分未被刻蚀的外延层。
在一些具体的实施方式中，对所述外延层14进行刻蚀处理，当刻蚀深度等于所述外延层的厚度时，则在所述第二衬底层13表面生成被刻蚀分离的晶圆15。
在一些具体的实施方式中，对所述外延层14进行刻蚀处理，当刻蚀深度大于所述外延层的厚度且小于所述外延层与所述第二衬底层厚度之和时，即本实施例中的所述第二衬底层被部分刻蚀，此时经过刻蚀处理的部分第二衬底层与外延层共同构成晶元15，所述晶元15位于未被刻蚀掉的第二衬底层13表面。
在一些具体的实施方式中，对所述外延层14进行刻蚀处理，当刻蚀深度等于所述外延层与所述第二衬底层厚度之和时，即本实施例中的所述第二衬底层与所述外延层均发生刻蚀共同构成晶圆15，即在所述中间层11表面生成被刻蚀分离的晶圆15。
在一些实施方式中，对图5所示所述衬底复合层的下表面进行第一次刻蚀处理，去除所述第一衬底层，制得如图6所示的第一发光二极管基板，此时的第一发光二极管基板包括中间层11，位于所述中间层上表面的第三衬底层16以及位于所述第三衬底层16表面的晶圆15。
在一些具体的实施方式中，采用第一溶液对所述衬底复合层的下表面进行第一次刻蚀处理，去除所述第一衬底层，制得发光二极管基板，其中，所述中间层在所述第一溶液的刻蚀速率小于所述第一衬底层在所述第一溶液中的刻蚀速率。在本实施例的一个优选方案中，该中间层11的材料采用III-V族半导体化合物，例如：氮化镓化合物、砷化铟化合物、锑化镉化合物、砷化铝化合物等，作为举例，所述第一衬底层的材料A0为砷化镓，所述中间层的材料A1为砷化铝，所述第一溶液为硝酸，由于砷化镓被硝酸刻蚀的速率比所述砷化铝被硝酸刻蚀的速度快若干个数量级，因此在采用硝酸对所述衬底复合层的下表面进行第一次刻蚀处理时，所述中间层可有效阻止所述硝酸对衬底复合层的进一步刻蚀，从而保护晶圆15不被刻蚀，提升发光二极管的制备良率。
在一些实施方式中，将去除所述第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的如图7所示的发光二极管，此时的发光二极管包括从下至上依次层叠设置的中间层11、第三衬底层16以及晶圆15。本实施例通过在所述第一衬底层和所述第二衬底层之间设置针对特定溶液具有不同刻蚀速率的所述中间层，可有效增强刻蚀过程中对工艺时间和均匀性的容忍度，实现提升制备发光二极管的良率。
在一些实施方式中，还提供了另一种发光二极管的制备方法，如图8所示，其包括步骤：
S100、提供一衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层；
S200、在所述第二衬底层的上表面生长外延层；
S300、在所述外延层形成置于所述衬底复合层上的若干晶圆；
S400、去除所述第一衬底层；
S500、采用刻蚀法去除所述中间层；
S600、将去除所述第一衬底及所述中间层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管。
具体来讲，本实施例在制得如图6所示的发光二极管基板后，继续对所述衬底复合层的下表面进行第二次刻蚀处理，去除所述中间层，制得如图9所示的第二发光二极管基板，所述第二发光二极管基板包括第三衬底层16以及位于所述第三衬底层16表面的晶圆15；最后沿着所述晶圆之间的间隔处对所述第二发光二极管基板进行切割处理，制得如图10所示的独立的发光二极管，此时的发光二极管包括从下至上依次层叠设置的第三衬底层16以及晶圆15。本实施例通过在所述第一衬底层和所述第二衬底层之间设置针对特定溶液具有不同刻蚀速率的所述中间层，可有效增强刻蚀过程中对工艺时间和均匀性的容忍度，实现提升制备发光二极管的良率。
在一些具体的实施方式中，采用第一溶液对所述第一衬底层进行刻蚀，所述中间层在所述第一溶液中的刻蚀速率小于所述第一衬底层在所述第一溶液中的刻蚀速率；采用第二溶液对所述中间层进行刻蚀，所述中间层在所述第二溶液中的刻蚀速率大于所述第二衬底层在所述第二溶液中的刻蚀速率。作为举例，所述第一衬底层和第二衬底层材料为砷化镓，所述中间层材料为砷化铝，采用硝酸对所述衬底复合层的下表面进行刻蚀处理，去除所述第一衬底层；采用盐酸对所述中间层进行次刻蚀处理，去除所述中间层。由于砷化镓被硝酸刻蚀的速率比砷化铝被硝酸刻蚀的速率大若干个数量级，因此在使用硝酸刻蚀所述第一衬底层的过程中，所述砷化铝可有效阻止硝酸的进一步刻蚀；且由于砷化镓被盐酸刻蚀的速率比砷化铝被盐酸刻蚀的速率慢若干个数量级，因此在使用盐酸刻蚀所述中间层的过程中，所述第二衬底层可有效阻止盐酸的进一步刻蚀，从而保护晶圆不被刻蚀，保证制备发光二极管的良率。
在一些具体的实施方式中，所述发光二极管为红光LED芯片。
下面通过一具体实施例对本发明一种发光二极管的制备方法做进一步的解释说明：
实施例1
以砷化镓作为衬底本体，将离子注入至该衬底本体中，控制该离子的能量，使得所述例子聚焦在衬底本体的中部位置(优选中间位置)，进而形成中间层，例如，采用离子注入的方法在所述衬底本体上注入铝离子生成中间层，铝材料通过电弧放电产生等离子体，其中含有铝离子，加速电压为500V，经过120秒的轰击，在衬底本体中部位置生成砷化铝(即中间层)，所述中间层将所述衬底本体划分为第一衬底层和第二衬底层，即形成衬底复合层；所述砷化铝的厚度为500nm，注入深度为500nm；
在所述第二衬底层生长外延层，之后进行沟道腐蚀，生成置于所述衬底复合层上的若干晶圆，所述外延层厚度为6微米，加上所述第二衬底层和所述中间层的厚度，总厚度为7微米，设定所述沟道腐蚀的深度为6.5微米，即腐蚀到所述中间层为止；
采用浓度为68％的硝酸溶液腐蚀第一衬底层，刻蚀完成之后进一步采用37.5％的硝酸溶液刻蚀所述中间层；最后对去除所述第一衬底层及中间层的衬底复合层沿着晶圆之间的间隔处进行切割处理，制得若干独立的发光二极管，即制得红光LED芯片。
综上所述，本发明通过对衬底进行改造，制备了一种衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层，所述中间层可有效增强刻蚀过程中对工艺时间和均匀性的容忍度，实现提升刻蚀过程良率的目的，由于该制程是发光二极管制程良率的瓶颈，因此本发明可以显著改善发光二极管的良率。
应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
Claims (12)
1.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，包括步骤：
提供一衬底复合层，所述衬底复合层包括从下至上依次层叠设置的第一衬底层、中间层以及第二衬底层；
在所述第二衬底层的上表面生长外延层并处理得到所述发光二极管。
2.根据权利要求1所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述在所述第二衬底层的上表面生长外延层并处理得到所述发光二极管，包括：
在所述第二衬底层的上表面生长外延层；
对所述外延层进行处理生成若干晶圆；
去除所述第一衬底层；
对去除所述第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管。
3.根据权利要求1所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述衬底复合层的制备过程包括：
在所述第一衬底层上形成所述中间层；
将所述第二衬底层键合到所述中间层的远离所述第一衬底层的一侧。
4.根据权利要求1所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述衬底复合层的制备过程包括：
提供一衬底本体；
从所述衬底本体的一侧对所述衬底本体进行离子注入，在所述衬底本体上形成所述中间层，所述中间层的下表面为所述第一衬底层，所述中间层的上表面为所述第二衬底层。
5.根据权利要求2所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述外延层包括第一半导体层、发光层及第二半导体层，所述对所述外延层进行处理生成若干晶圆，包括：
对所述外延层进行刻蚀，形成若干切割道，所述切割道将所述外延层分割成若干独立的发光微结构，所述刻蚀的深度小于所述外延层的厚度；或等于所述外延层的厚度；或大于所述外延层的厚度且小于所述外延层与所述第二衬底层厚度之和；或等于所述外延层的厚度与所述第二衬底层厚度之和；
在所述发光微结构上形成第一电极及第二电极，得到对应的晶圆。
6.根据权利要求2所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述去除所述第一衬底层之后，还包括：
采用刻蚀法去除所述中间层；
所述将去除所述第一衬底层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管，包括：
将去除所述第一衬底层以及所述中间层的衬底复合层沿着所述晶圆之间的间隔处进行切割处理，得到若干独立的发光二极管。
7.根据权利要求6所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述去除所述第一衬底层包括：
采用第一溶液对所述第一衬底层进行刻蚀，所述中间层在所述第一溶液中的刻蚀速率小于所述第一衬底层在所述第一溶液中的刻蚀速率。
8.根据权利要求7所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述采用刻蚀法去除所述中间层，包括：
采用第二溶液对所述中间层进行刻蚀，所述中间层在所述第二溶液中的刻蚀速率大于所述第二衬底在所述第二溶液中的刻蚀速率。
9.根据权利要求8所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述中间层的材料采用III-V族半导体化合物。
10.根据权利要求9所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述第一溶液为硝酸，第二溶液为盐酸，所述第一衬底层及第二衬底层的材料为砷化镓，所述中间层材料为砷化铝。
11.根据权利要求4所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述离子注入中，所述注入的离子为铝离子，加速电压为500V，注入的深度为500nm。
12.根据权利要求1-11任意一项所述发光二极管的制备方法，其特征在于，所述发光二极管为红光LED芯片。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011214757.2A CN114447013A (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | 一种发光二极管的制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| CN202011214757.2A CN114447013A (zh) | 2020-11-04 | 2020-11-04 | 一种发光二极管的制备方法 |
Publications (1)
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|---|---|
| CN114447013A true CN114447013A (zh) | 2022-05-06 |
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Family Applications (1)
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2020
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