一種發(fā)光二極管芯片制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管芯片制作方法，至少包括如下步驟：1）在藍寶石襯底上形成掩膜層，其至少包括若干個第一尺寸圖案，使得后續(xù)生長的外延層無法愈合連接在一起；2）在制作完掩膜層的藍寶石襯底上形成外延層，其在外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的倒臺狀洞穴，所述洞穴在垂直方向上貫穿整個外延層，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。此制作方法可提升芯片出光效率，改善劈裂良率，降低漏電不良率，提高產(chǎn)品的整體良率，進而提供外觀、光電參數(shù)良好的發(fā)光二極管芯片。
【專利說明】一種發(fā)光二極管芯片制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管芯片制作方法，尤其是涉及一種具有高光效率的發(fā)光二極管芯片的制作方法。
【背景技術(shù)】[0002]目前，商用藍綠光LED通常是基于氮化鎵的II1-V族化合物半導體材料，由于其特有的帶隙范圍，優(yōu)良的光電性質(zhì)，優(yōu)異的物理和化學性能，在藍、綠、紫、紫外光以及白光發(fā)光二管、短波長激光二極管、紫外探測器、功率電子器件等光電子器件和電子器件以及特殊條件下的半導體器件等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。藍寶石襯底是氮化物發(fā)光二極管外延生長最為常用的襯底之一，通過在藍寶石襯底上依次外延N型層、發(fā)光層和P型層而獲得氮化物基發(fā)光二極管晶片，再將其切割成發(fā)光二極管芯片來制造發(fā)光器件。
[0003]目前，常見發(fā)光二極管的制備步驟為:1)在藍寶石襯底上通過外延生長制備半導體層；2)采用正面鉆石刀或激光劃片技術(shù)進行劃片工藝；3)在晶片上制備P電極及N電極，并且通過研磨來減薄該晶片；4)通過進行背面裂片獲得LED芯片。由于正面劃片深度一般為30 μ m甚至更深，且從外延層上方劃至襯底內(nèi)部，故會對外延層有損傷，還會在切割道內(nèi)留下較多的燒痕、碎屑等副產(chǎn)物，不易清理干凈，而附著在外延層側(cè)壁的燒痕或碎屑容易使得芯片產(chǎn)生漏電的不良現(xiàn)象，影響了 LED芯片的出光亮度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是改進現(xiàn)有技術(shù)的上述局限，以進一步提高發(fā)光二極管芯片的出光效率和產(chǎn)品良率。
[0005]為達到上述目的，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管芯片制作方法，至少包括如下步驟:
1)在藍寶石襯底上形成掩膜層，其至少包括若干個第一尺寸圖案，使得后續(xù)生長的外延層無法愈合連接在一起；
2)在制作完掩膜層的藍寶石襯底上形成外延層，其在外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的倒臺狀洞穴，所述洞穴在垂直方向上貫穿整個外延層，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。
[0006]進一步地，所述第一尺寸圖案的線徑為10-30 μ m,間距為5~20 μ m。
[0007]進一步地，所述步驟I)形成的掩膜層還包括若干個第二尺寸圖案，用于將所述藍寶石襯底定義出若干個單元區(qū)域，所述第一尺寸圖案位于各個單元區(qū)域內(nèi)，從而在步驟2)中各單元區(qū)域內(nèi)的外延層外側(cè)表面形成呈上窄下寬的臺狀結(jié)構(gòu)，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。
[0008]進一步地，所述第二尺寸圖案為閉合環(huán)狀，環(huán)寬為15~40μπι。
[0009]進一步地，所述第二尺寸圖案呈周期性網(wǎng)格分布。
[0010]進一步地，所述步驟I)形成的掩膜層還包括若干個第三尺寸圖案，從而在步驟2)中在所述第三尺寸圖案上進行橫向外延生長的同時，增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射。進一步地，還包括在步驟I)后，對藍寶石襯底進行蝕刻，使得未被掩膜層保護的藍寶石襯底被蝕刻，從而形成圖形化藍寶石襯底。
[0011]進一步地，還包括在步驟2)后，采用蝕刻工藝去除裸露出來的掩膜層。
[0012]進一步地，所述第一尺寸圖案呈周期性分布，形狀為圓形或者橢圓形或者多邊形中的一種或前述任意組合之一。
[0013]進一步地，所述第一尺寸圖案的線徑為10-30μπι，間距為5~20 μ m。
[0014]進一步地，所述第三尺寸圖案呈周期性分布，形狀為圓形或者橢圓形或者多邊形中的一種或前述任意組合之一。
[0015]進一步地，所述第三尺寸圖案的線徑為0.1飛μ m，間距為0.2飛μ m。
[0016]進一步地，所述第一尺寸圖案與第三尺寸圖案的個數(shù)比例為l:5(Tl:10。
[0017]進一步地，所述外延層側(cè)面的傾斜角度為50-80°。
[0018]進一步地，所述掩膜層材料選自SiO2或TiO2或AlN或Al2O3或Si3N4或光刻膠中的一種或前述任意組合之一。
[0019]進一步地，所述正面劃入藍寶石襯底的深度為10-25μπι。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果至少包括:在發(fā)光二極管芯片生長外延層之前，即在藍寶石襯底上預(yù)先制作至少包括若干個第一尺寸圖案的掩膜層，使得后續(xù)生長的外延層無法愈合連接在一起，其在外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的倒臺狀洞穴，所述洞穴在垂直方向上貫穿整個外延層，減`少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象，克服常規(guī)使用蝕刻洞穴對外延層的損傷；預(yù)先制作的掩膜層還可以包括若干個第二尺寸圖案，用于將藍寶石襯底定義出若干個單元區(qū)域，所述第一尺寸圖案位于各個單元區(qū)域內(nèi)，從而使得各單元區(qū)域內(nèi)的外延層外側(cè)表面形成呈上窄下寬的臺狀結(jié)構(gòu)，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象；預(yù)先制作的掩膜層還可以包括若干個第三尺寸圖案，使得在第三尺寸圖案上進行橫向外延生長的同時，增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射。
[0021]本發(fā)明提供的制作方法，不僅可以用于制作一般的發(fā)光二極管芯片制作，還特別適合用于高品質(zhì)要求的發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)制作，其可以減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象，提升芯片出光效率，改善劈裂良率，降低漏電不良率，提高產(chǎn)品的整體良率，進而提供外觀、光電參數(shù)良好的發(fā)光二極管芯片。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0023]100:藍寶石襯底；101:第一尺寸圖案；102:第三尺寸圖案；103:Ν型層；104:發(fā)光層;105:Ρ型層；106:圓臺狀洞穴；107:Ρ電極；108:Ν電極；
200:藍寶石襯底；201:第一尺寸圖案；202:第二尺寸圖案；203:第三尺寸圖案；204:Ν型層；205:發(fā)光層；206:Ρ型層；207:棱臺狀洞穴；208:Ρ電極；209:Ν電極；
300:藍寶石襯底；301:第一尺寸圖案；302:第二尺寸圖案；303:Ν型層；304:發(fā)光層；305:Ρ型層；306:圓臺狀洞穴；307:Ρ電極；308:Ν電極；309:孔洞。[0024]圖1-9是本發(fā)明實施例1制作發(fā)光二極管的流程剖面示意圖。
[0025]圖10是本發(fā)明實施例1中由A-A截面剖開的圖2的俯視圖。
[0026]圖11是本發(fā)明實施例1中由A-A截面剖開的圖4的俯視圖。
[0027]圖12~20是本發(fā)明實施例2制作發(fā)光二極管的流程剖面示意圖。
[0028]圖21是本發(fā)明實施例2中由B-B截面剖開的圖13的俯視圖。
[0029]圖22是本發(fā)明實施例2中由B-B截面剖開的圖15的俯視圖。[0030]圖23~30是本發(fā)明實施例3制作發(fā)光二極管的流程剖面示意圖。
[0031]圖31是本發(fā)明實施例3中由C-C截面剖開的圖23的俯視圖。
[0032]圖32是本發(fā)明實施例3中由C-C截面剖開的圖24的俯視圖。
【具體實施方式】
[0033]以下結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的描述。
[0034]實施例1
一種發(fā)光二極管芯片的制作方法，其制作步驟至少包括:
如圖1所不，提供一監(jiān)寶石襯底100 ；
如圖2和圖10所示，在所述藍寶石襯底100上制作圖形化的SiO2掩膜層，掩膜層由兩種尺寸大小的圖案組成，其中第一尺寸圖案101為圓形并呈周期性分布，直徑為?ομπι，間距為20 μ m ;第三尺寸圖案102為圓形并呈周期性分布，直徑為2 μ m,間距為4 μ m ;
如圖3所示，對所述制作完掩膜層的藍寶石襯底進行濕法蝕刻，沒有掩膜層保護的藍寶石襯底會被腐蝕，從而形成圖形化藍寶石襯底，濕法蝕刻采用的溶液為硫酸與磷酸的混合溶液，比例為3:1，溫度為280°C，時間為5mins ；
如圖4和圖11所示，在所述圖形化藍寶石襯底100上采用金屬有機化學氣相沉積(MOCVD)外延層，其中外延層由N型層103、發(fā)光層104和P型層105組成，由于在第一尺寸圖案101上生長的外延層無法愈合連接在一起，從而會在外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的倒臺狀洞穴106，所述洞穴在垂直方向上貫穿整個外延層，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象；而在第三尺寸圖案102上進行橫向外延生長，其外延層會愈合連接在一起，不僅可以有效減少外延層的缺陷密度，減小發(fā)光層的非輻射性復合，提高芯片的內(nèi)部量子效率，還可增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射，增加光從芯片內(nèi)部出射的概率，提高光的提取效率；
優(yōu)選地，第一尺寸圖案與第三尺寸圖案的個數(shù)比例控制為1:15，如此可以兼顧第一尺寸圖案與第三尺寸圖案所發(fā)揮的作用，即第一尺寸圖案有助于減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射而第三尺寸圖案有助于增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射，從而使得其光萃取綜合效率較佳；
如圖5所示，采用激光從藍寶石襯底100正面沿著裸露的第一尺寸圖案進行劃片，劃入藍寶石襯底的深度為15μπι;
如圖6所示，通過光刻及蝕刻技術(shù)，使N型層103局部露出；
如圖7所示，通過光刻及蝕刻技術(shù)，分別在P型層105和暴露的N型層103上制作P電極107和N電極108 ；
如圖8所示，減薄藍寶石襯底100 ； 如圖9所示，從圖形化藍寶石襯底100背面裂片，得外觀、光電參數(shù)良好的發(fā)光二極管
-H-* I I
心/T O
[0035]實施例2
一種發(fā)光二極管芯片的制作方法，其制作步驟至少包括:
如圖12所不，提供一監(jiān)寶石襯底200 ；
如圖13和圖21所示，在所述藍寶石襯底200上制作圖形化的Si3N4掩膜層，掩膜層由三種尺寸大小的圖案組成，其中第二尺寸圖案202內(nèi)包含若干個第一尺寸圖案201和第三尺寸圖案203，第二尺寸圖案201呈周期性網(wǎng)格分布，形狀為閉合環(huán)狀，環(huán)寬為30 μ m，用于將所述藍寶石襯底定義出若干個單元區(qū)域；第一尺寸圖案201為圓形并呈周期性分布，直徑為3 μ m,間距為4 μ m,第一尺寸圖案位于上述各個單元區(qū)域內(nèi)；第三尺寸圖案203為正方形并呈周期性分布，邊長為12 μ m，間距為15μπι;
如圖14所示，對所述制作完掩膜層的藍寶石襯底進行干法蝕刻，沒有掩膜層保護的藍寶石襯底會被腐蝕，從而形成圖形化藍寶石襯底，干法蝕刻采用的氣體為氧氣或氧氣與氟化碳組合；
如圖15和圖22所示，在所述圖形化藍寶石襯底200上采用MOCVD生長外延層，其中外延層由N型層204、發(fā)光層205和P型層206組成，由于在第三尺寸圖案上生長的外延層會愈合連接在一起，不僅可以有效減少外延層的缺陷密度，減小發(fā)光層的非輻射性復合，提高芯片的內(nèi)部量子效率，還可增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射，增加光從芯片內(nèi)部出射的概率，提高光的提取效率，而在第二尺寸和第一尺寸圖案上生長的外延層無法愈合連接在一起，從而會形成側(cè)面呈傾斜度為70°的外延層，具體來說，外延層的外側(cè)表面形成一個上窄下寬的棱臺，外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的棱臺狀洞穴207，該洞穴在垂直方向上貫穿整個外延層，如此可以減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象，進一步增加光從芯片內(nèi)部出射的概率，有效提升出光效率；
優(yōu)選地，第一尺寸圖案與第三尺寸圖案的個數(shù)比例控制為1:12，如此可以兼顧第一尺寸圖案與第三尺寸圖案所發(fā)揮的作用，即第一尺寸圖案有助于減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射而第三尺寸圖案有助于增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射，從而使得其光萃取綜合效率較佳；
如圖16所示，通過光刻及蝕刻技術(shù)，使N型層204局部露出；
如圖17所示，通過光刻及蝕刻技術(shù)，分別在P型層206和暴露的N型層204上制作P電極207和N電極208 ；
如圖18所示，采用激光從藍寶石襯底200正面沿著裸露的第二尺寸圖案202進行劃片，形成具有V型缺口的切割道，劃入藍寶石襯底的深度為20 μ m,由于第二尺寸圖案具有絕緣的特性，所以從藍寶石襯底正面進行劃片時不需要穿過外延發(fā)光層，減少外延層損傷，且正劃深度較淺，可以減少燒痕、碎屑等副產(chǎn)物產(chǎn)生，降低漏電不良率，提升產(chǎn)品的整體良率；
如圖19所示,減薄藍寶石襯底200 ；
如圖20所示，從圖形化藍寶石襯底200背面裂片，得外觀、光電參數(shù)良好的發(fā)光二極管
-H-* I I
心/T O
[0036]實施例3 一種發(fā)光二極管芯片的制作方法，其制作步驟至少包括:
如圖23和31所示，在藍寶石襯底300上制作圖形化的光刻膠掩膜層，掩膜層由兩種尺寸大小的圖案組成，其中第二尺寸圖案302內(nèi)包含若干個第一尺寸圖案301，第二尺寸圖案302呈周期性網(wǎng)格分布，形狀為閉合環(huán)狀，環(huán)寬為40 μ m，用于將所述藍寶石襯底定義出若干個單元區(qū)域；第一尺寸圖案301為圓形并呈周期性分布，直徑為10 μ m，間距為20μπι，位于上述各個單元區(qū)域內(nèi)；
如圖24和圖32所示，在所述藍寶石襯底300上采用MOCVD生長外延層，其中外延層由N型層303、發(fā)光層304和P型層305組成，由于在第二尺寸和第一尺寸圖案上生長的外延層無法愈合連接在一起，從而會形成側(cè)面呈傾斜度為80°的外延層，具體來說，外延層的外側(cè)表面形成一個上窄下寬的棱臺，外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的圓臺狀洞穴306，如此可以雙重地減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象，進一步增加光從芯片內(nèi)部出射的概率，有效提升出光效率；
如圖25所示，通過光刻及蝕刻技術(shù)，使N型層303局部露出；
如圖26所示，采用激光從藍寶石襯底300正面沿著裸露的第二尺寸圖案302進行劃片，形成具有V型缺口的切割道，劃入藍寶石襯底的深度為20 μ m,由于第二尺寸圖案具有絕緣的特性，所以從藍寶石襯底正面進行劃片時不需要穿過外延發(fā)光層，減少外延層損傷，且正劃深度較淺，可以減少燒痕、碎屑等副產(chǎn)物產(chǎn)生，降低漏電不良率，提升產(chǎn)品的整體良率；
如圖27所示，通過光刻及蝕刻技術(shù)，分別在P型層305和暴露的N型層303上制作P電極307和N電極308 ；
如圖28所示，采用BOE溶液，通過濕法蝕刻去除裸露出的掩膜層，即去除第一尺寸圖案301和第二尺寸圖案302，形成孔洞309，有利于更進一步減少發(fā)生全反射現(xiàn)象，增加光萃取效率，當然應(yīng)該認識到去除裸露出的掩膜層的次序不局限于此，還可以在劃片之后、制作P、N電極之前進行，如此可以有助于清除劃片后留下的燒痕或碎屑，減少吸光，增加出光；
如圖29所示,減薄藍寶石襯底300 ；
如圖30所示，從藍寶石襯底300背面裂片，得外觀、光電參數(shù)良好的發(fā)光二極管芯片。
[0037]應(yīng)當理解的是，上述具體實施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于該實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:至少包括如下步驟: 1)在藍寶石襯底上形成掩膜層，其至少包括若干個第一尺寸圖案，使得后續(xù)生長的外延層無法愈合連接在一起； 2)在制作完掩膜層的藍寶石襯底上形成外延層，其在外延層的內(nèi)側(cè)表面形成若干個上寬下窄的倒臺狀洞穴，所述洞穴在垂直方向上貫穿整個外延層，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:所述第一尺寸圖案的線徑為10~30 μ m,間距為5~20 μ m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:所述步驟I)形成的掩膜層還包括若干個第二尺寸圖案，用于將所述藍寶石襯底定義出若干個單元區(qū)域，所述第一尺寸圖案位于各個單元區(qū)域內(nèi)，從而在步驟2)中各單元區(qū)域內(nèi)的外延層外側(cè)表面形成呈上窄下寬的臺狀結(jié)構(gòu)，減少發(fā)光二極管內(nèi)部發(fā)生全反射現(xiàn)象。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:所述第二尺寸圖案為閉合環(huán)狀，環(huán)寬為15~40 μ m。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:所述步驟I)形成的掩膜層還包括若干個第三尺寸圖案，從而在步驟2)中在所述第三尺寸圖案上進行橫向外延生長的同時，增強光在外延層和藍寶石襯底界面散射。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:所述第三尺寸圖案的線徑為0.1-5 μ m,間距為0.2~5 μ m。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法,其特征在于:所述第一尺寸圖案、第三尺寸圖案呈周期性分布，形狀為圓形或者橢圓形或者多邊形中的一種或前述任意組合之一。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法,其特征在于:所述第一尺寸圖案與第三尺寸圖案的個數(shù)比例為l:5(Tl:10。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:還包括在步驟1)后，對藍寶石襯底進行蝕刻，使得未被掩膜層保護的藍寶石襯底被蝕刻，從而形成圖形化藍寶石襯底。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種發(fā)光二極管芯片制作方法，其特征在于:還包括在步驟2)后，采用蝕刻工藝去除裸露出來的掩膜層。
【文檔編號】H01L33/20GK103500783SQ201310497918
【公開日】2014年1月8日 申請日期:2013年10月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月22日
【發(fā)明者】鄭建森, 林素慧, 徐宸科 申請人:廈門市三安光電科技有限公司