專利名稱：一種高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管的制備方法。

背景技術(shù)：
高亮度發(fā)光二極管(LED)作為新型高效固態(tài)光源，具有發(fā)光效率高、體積小，重量輕、壽命長、節(jié)能、安全、綠色環(huán)保、響應(yīng)速度快等顯著優(yōu)點，在背光源、景觀裝飾照明、交通信號燈、大屏幕顯示、汽車信號燈及照明等領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。高亮度發(fā)光二極管按顏色可分為紅色、黃色、藍(lán)色、綠色等。用MOCVD外延在碳化硅、藍(lán)寶石襯底上生長InGaN、GaN等結(jié)構(gòu)可獲得藍(lán)色、綠色高亮發(fā)光二極管；在GaAs襯底上外延AlGaInP材料可獲得顏色覆蓋范圍從紅色、橙色、黃色，到黃綠波段的發(fā)光二極管。
由于高亮度LED管芯主要應(yīng)用于點陣顯示、交通燈、戶內(nèi)外顯示屏，汽車尾燈等高端用途，因此對高亮度LED可靠性要求較高。首先需要GaAs襯底上外延生長AlGaInP高亮度LED發(fā)光結(jié)構(gòu)(如圖1所示，在GaAs襯底1上自下而上依次設(shè)有反射層2、N限制層3、有源層4、P限制層5和窗口層6)，再進(jìn)行常規(guī)的清洗、電極制作、光刻、減薄等半導(dǎo)體工藝制作，常規(guī)工藝完成后，與普通亮度LED不同，高亮LED必須對LED芯片進(jìn)行逐個測試，保證亮度、波長、電壓、反向漏電流等參數(shù)都能達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。通常，AlGaInP/GaAs體系紅光、橙光、黃光、黃綠光的高亮發(fā)光二極管的測試流程都是先進(jìn)行半切，再進(jìn)行測試?！鞍肭小奔礊橛媒饎偸拜喌对?0000轉(zhuǎn)以上的轉(zhuǎn)速下將已做好電極的晶元進(jìn)行切割，切割的深度大于整個發(fā)光二極管外延層的厚度，這樣就將高亮發(fā)光二極管芯片的正極(P區(qū))完全分離，GaAs襯底做為公共的負(fù)極(N區(qū))，形成了分立的發(fā)光二極管管芯(如圖2所示)。最后用自動測試機(jī)對分離的LED芯片逐個點亮，檢測每只LED的光學(xué)、電學(xué)參數(shù)。常規(guī)半切工藝分離管芯如圖3所示，半切工藝的LED晶片如圖4所示，半切工藝是與LED晶片完全是硬接觸，管芯邊緣呈鋸齒狀，不整齊。LED芯片半切測試后還需將發(fā)光二極管管芯完全分離，必須進(jìn)行二次切割，所以每一個芯片都要切割兩次，占用設(shè)備使用的時間較長，生產(chǎn)效率較低。半切過程中，由于金剛刀砂輪的高速轉(zhuǎn)動，而且和GaAs材料完全是硬接觸，因此在半切過程中產(chǎn)生大量的崩裂，在對發(fā)光的PN結(jié)來說是一個較大的損傷，嚴(yán)重的會造成反向漏電，降低成品率。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有高亮度發(fā)光二極管制備技術(shù)的不足，提供一種生產(chǎn)效率高、管芯發(fā)光亮度高、器件合格率高的高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法。
本發(fā)明是將半切工藝用光刻腐蝕法替代，用光刻膠作腐蝕保護(hù)層，通過選擇性曝光、顯影、化學(xué)腐蝕的方法，完成“共GaAs襯底負(fù)極，分離發(fā)光二極管芯片的正極”。
具體方法是發(fā)光二極管芯片在完成常規(guī)的清洗、電極制作、光刻和減薄工藝后，進(jìn)行測試前按以下步驟進(jìn)行 (1)勻膠均勻地在發(fā)光二極管外延晶片表面涂上正性光刻膠； (2)烘烤將涂正性光刻膠后的發(fā)光二極管外延晶片放入烘箱內(nèi)，在100～150度溫度下烘烤10～30分鐘； (3)曝光通過掩模板在紫外光刻機(jī)上曝光，對準(zhǔn)原有的電極圖形，在各芯片之間的20～50微米寬度的區(qū)域內(nèi)曝光； (4)顯影用弱堿性溶液顯影； (5)烘烤將顯影后的發(fā)光二極管外延晶片放入烘箱內(nèi)，在100～150度溫度下烘烤15分鐘； (6)腐蝕用化學(xué)腐蝕方法，在曝光區(qū)域內(nèi)將GaP及外延層全部腐蝕，露出GaAs襯底。
本發(fā)明采用化學(xué)腐蝕方法完全替代了常規(guī)工藝中的“半切”，因此只需對芯片進(jìn)行最后完全分離時的切割，生產(chǎn)效率增加了一倍。化學(xué)腐蝕形成的PN結(jié)發(fā)光區(qū)為光亮完整的碗狀臺面，改變了部分LED光出射的臨界角，有利于向四周發(fā)射的光出射。經(jīng)對比，LED芯片的發(fā)光亮度比常規(guī)方法能增加10％。利用本發(fā)明，切割只發(fā)生在最后的芯片分離的過程中，完全不接觸PN結(jié)面，避免了對PN結(jié)硬性的損傷，提高了器件的合格率。



圖1是高亮度LED管芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是半切后分立的發(fā)光二極管管芯結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是常規(guī)半切工藝分離管芯的示意圖。
圖4是采用半切工藝的LED晶片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖5是本發(fā)明的曝光掩模板圖形示意圖。
圖6是本發(fā)明腐蝕步驟示意圖。
圖7是本發(fā)明的光刻腐蝕工藝分離管芯的示意圖。
圖8是采用本發(fā)明的光刻腐蝕工藝的LED晶片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1、GaAs襯底，2、反射層，3、N限制層，4、有源層，5、P限制層，6、窗口層，7、電極，8、曝光區(qū)域。

具體實施例方式 實施例 本發(fā)明是用光刻膠作腐蝕保護(hù)層，通過選擇性曝光、顯影、化學(xué)腐蝕的方法，完成共GaAs襯底負(fù)極，分離發(fā)光二極管芯片正極。具體是在做好LED常規(guī)工藝后，進(jìn)行測試前按以下步驟進(jìn)行 1.勻膠均勻地在發(fā)光二極管外延晶片表面涂上正性光刻膠。在勻膠機(jī)上進(jìn)行，勻膠機(jī)轉(zhuǎn)速4000轉(zhuǎn)/分，時間20秒。
2.烘烤將涂正性光刻膠后的發(fā)光二極管外延晶片放入烘箱內(nèi)，在100～150度溫度下烘烤10～30分鐘。
3.曝光在紫外光刻機(jī)上曝光，掩模板圖形如圖5所示，對準(zhǔn)原有的電極圖形，在各芯片之間的20～50微米寬度的曝光區(qū)域8內(nèi)曝光，曝光時間10～30秒。
4.顯影用弱堿性溶液如四甲基氫氧化銨溶液顯影20～40秒。
5.烘烤將顯影后的發(fā)光二極管外延晶片放入烘箱內(nèi)，在100～150度溫度下烘烤15分鐘。
6.腐蝕用化學(xué)腐蝕方法，如將濃磷酸加熱到40～60度，在曝光區(qū)域內(nèi)將GaP及外延層全部腐蝕，露出GaAs襯底，如圖6所示。
采用本發(fā)明的光刻腐蝕工藝分離管芯如圖7所示，采用光刻腐蝕工藝的LED晶片如圖8所示。腐蝕的溝槽光亮，呈碗狀結(jié)構(gòu)，有利于光出射，還避免了對LED中PN結(jié)的硬性損傷。
相對于常規(guī)“半切”工藝中的鋸片機(jī)鋸片方法，本發(fā)明有以下突出特點 1.常規(guī)方法的LED芯片半切測試后還需將發(fā)光二極管管芯完全分離，必須進(jìn)行二次切割，所以每一個芯片都要切割兩次，占用設(shè)備使用的時間較長，不利于生產(chǎn)效率的提高。利用本發(fā)明，化學(xué)腐蝕方法完全替代了常規(guī)工藝中的“半切”，因此只需對芯片進(jìn)行最后完全分離時的切割，使鋸片機(jī)的使用效率增加了一倍。在生產(chǎn)量不變的情況下，可以減少鋸片機(jī)一半的投資；在鋸片機(jī)總數(shù)不變的情況下，可以增加一倍的產(chǎn)能。
2.化學(xué)腐蝕形成的PN結(jié)發(fā)光區(qū)為光亮完整的碗狀臺面，改變了部分LED光出射的臨界角，有利于向四周發(fā)射的光出射。經(jīng)對比，LED芯片的發(fā)光亮度比常規(guī)方法能增加10％。
3.常規(guī)方法半切過程中，由于金剛刀砂輪的高速轉(zhuǎn)動，而且和GaAs材料完全是硬接觸，因此在半切過程中產(chǎn)生大量的崩裂，在對發(fā)光的PN結(jié)來說是一個較大的損傷，嚴(yán)重的會造成反向漏電，降低成品率。利用本發(fā)明，切割只發(fā)生在最后的芯片分離的過程中，完全不接觸PN結(jié)面，避免了對PN結(jié)硬性的損傷。
權(quán)利要求
1.一種高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征是發(fā)光二極管芯片在完成常規(guī)工藝后，進(jìn)行測試前按以下步驟進(jìn)行
(1)勻膠均勻地在發(fā)光二極管外延晶片表面涂上正性光刻膠；
(2)烘烤將涂正性光刻膠后的發(fā)光二極管外延晶片放入烘箱內(nèi)，在100～150度溫度下烘烤10～30分鐘；
(3)曝光通過掩模板在紫外光刻機(jī)上曝光，對準(zhǔn)原有的電極圖形，在各芯片之間的20～50微米寬度的區(qū)域內(nèi)曝光；
(4)顯影用弱堿性溶液顯影；
(5)烘烤將顯影后的發(fā)光二極管外延晶片放入烘箱內(nèi)，在100～150度溫度下烘烤15分鐘；
(6)腐蝕用化學(xué)腐蝕方法，在曝光區(qū)域內(nèi)將GaP及外延層全部腐蝕，露出GaAs襯底。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種高亮度發(fā)光二極管芯片的制備方法，是將半切工藝用光刻腐蝕法替代，用光刻膠作腐蝕保護(hù)層，通過選擇性曝光、顯影、化學(xué)腐蝕的方法，完成共GaAs襯底負(fù)極，分離發(fā)光二極管芯片的正極。具體方法是發(fā)光二極管芯片在完成常規(guī)工藝后，在測試前進(jìn)行以下步驟(1)勻膠；(2)烘烤；(3)曝光(4)顯影；(5)烘烤；(6)腐蝕。本發(fā)明采用化學(xué)腐蝕方法完全替代了常規(guī)工藝中的“半切”，只需對芯片進(jìn)行最后完全分離時的切割，完全不接觸PN結(jié)面，避免了對PN結(jié)硬性的損傷，提高了器件的合格率，生產(chǎn)效率提高了一倍。化學(xué)腐蝕形成的PN結(jié)發(fā)光區(qū)為光亮完整的碗狀臺面，有利于向四周發(fā)射的光出射，LED芯片的發(fā)光亮度比常規(guī)方法能增加10％。
文檔編號H01L33/00GK101030616SQ20071001400
公開日2007年9月5日 申請日期2007年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月21日
發(fā)明者任忠祥, 夏偉, 徐現(xiàn)剛, 李樹強(qiáng) 申請人:山東華光光電子有限公司