專利名稱：一種發(fā)光二極管芯片的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管芯片的制造方法，尤其是指一種可提高芯片亮度的發(fā)光二 極管芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
半導(dǎo)體照明作為新型高效固體光源，具有壽命長、節(jié)能、環(huán)保、安全等顯著優(yōu)點(diǎn)，將 成為人類照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一次飛躍，其應(yīng)用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大，正帶動(dòng) 傳統(tǒng)照明、顯示等行業(yè)的升級(jí)換代，其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益巨大。正因如此，半導(dǎo)體照明被 普遍看作是21世紀(jì)最具發(fā)展前景的新興產(chǎn)業(yè)之一，也是未來幾年光電子領(lǐng)域最重要的制 尚點(diǎn)之"~~'ο在LED芯片的研發(fā)和生產(chǎn)過程中，器件外量子效率的提高一直是核心內(nèi)容，因此， 光提取效率的提高顯得至關(guān)重要。LED的光提取效率是指出射到器件外可供利用的光子與 外延片的有源區(qū)由電子空穴復(fù)合所產(chǎn)生的光子的比例。在傳統(tǒng)LED器件中，由于襯底吸收、 電極阻擋、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10%，絕大部分光子被限制 在器件內(nèi)部無法出射而轉(zhuǎn)變成熱，成為影響器件可靠性的不良因素。為提高光提取效率， 使得器件體內(nèi)產(chǎn)生的光子更多地發(fā)射到體外，并改善器件內(nèi)部熱特性，經(jīng)過多年的研究和 實(shí)踐，人們已經(jīng)提出了多種光提取效率提高的方法，比如倒裝結(jié)構(gòu)、電流分布與電流擴(kuò)展結(jié) 構(gòu)、芯片形狀幾何化結(jié)構(gòu)、表面微結(jié)構(gòu)等。然而，如何突破現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)一步提高出光率仍然是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟待解決的技 術(shù)課題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于提供一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，可提高芯片 的出光效率，從而能有效提高芯片亮度。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，包括以下步驟步驟一、在藍(lán)寶石襯底上制作掩膜層；步驟二、在所述掩膜層上制作光刻膠圖形，所述光刻膠圖形在掩膜層表面形成多 個(gè)單元，各單元之間將部分掩膜層露出；步驟三、在露出的掩膜層上進(jìn)行激光劃片，劃至所述藍(lán)寶石襯底，形成劃道，將其 劃分為多個(gè)芯片單元；步驟四、去除所述光刻膠圖形；步驟五、以所述掩膜層作為掩膜，使用磷酸和硫酸的混合液對(duì)劃道側(cè)壁進(jìn)行腐蝕， 清除劃片生成物；步驟六、使用清洗液去除所述掩膜層；步驟七、在劃分為多個(gè)芯片單元的藍(lán)寶石襯底上生長薄膜，使每個(gè)芯片單元的藍(lán)寶石襯底上形成半導(dǎo)體外延層，該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo) 體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層；步驟八、在步驟七所得結(jié)構(gòu)上對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕，露出部分N型半導(dǎo)體層， 然后制作透明電極、N電極、P電極和鈍化層。將芯片單元?jiǎng)濋_后再進(jìn)行外延生長GaN有以下好處1)避免激光劃片對(duì)GaN的損 傷；2)藍(lán)寶石襯底經(jīng)過劃片后應(yīng)力得到釋放，可以有效地降低外延生長GaN的位錯(cuò)密度、提 高外延層晶體的質(zhì)量、減少由于缺陷和位錯(cuò)所產(chǎn)生的非輻射復(fù)合中心密度，從而提高內(nèi)量 子效率；3)磷酸、硫酸的混合液可以去除藍(lán)寶石的劃片生成物，減少劃片生成物對(duì)光的吸 收，增加芯片側(cè)壁出光；4)由于藍(lán)寶石襯底片間的致密性差異較小，所以酸液蝕刻時(shí)間較 一致、工藝穩(wěn)定性好，而GaN由于生長條件的不同、其致密性往往存在差異、酸液蝕刻時(shí)間 不一致、工藝穩(wěn)定性較差。圖2A為常規(guī)LED芯片部分結(jié)構(gòu)示意圖，由于劃片生成物對(duì)光吸收，導(dǎo)致芯片的部 分側(cè)壁無法出光，出光效率較低。圖2B是采用本發(fā)明的方法制造的LED芯片部分結(jié)構(gòu)示意圖，由于磷酸、硫酸的混 合液已經(jīng)將藍(lán)寶石的劃片生成物去除、芯片側(cè)壁干凈，減少了劃片生成物對(duì)光的吸收，出光
效率較高。所以采用本發(fā)明的方法可以提高LED芯片的出光效率，可使LED芯片的亮度提高 20%以上。


下面結(jié)合附圖進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體實(shí)施步驟，為了示出的方便附圖并未按照 比例繪制圖IA至圖IG是本發(fā)明的方法中關(guān)鍵制造步驟實(shí)施例示意圖；圖2A是常規(guī)LED芯片部分結(jié)構(gòu)示意圖；圖2B是采用本發(fā)明的方法得到的LED芯片部分結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參看圖IA至圖1G，以10X23mil芯片為例，具體說明本發(fā)明方法的實(shí)施過程步驟一、在藍(lán)寶石襯底上制作掩膜層，如圖IA所示。所述藍(lán)寶石襯底可為普通藍(lán) 寶石襯底或圖形化藍(lán)寶石襯底(Patterned Sapphire Substrates)。所述掩膜層一方面需 與藍(lán)寶石襯底的粘附性好、以避免脫落，另一方面需抗激光輻射、耐高溫磷酸和硫酸腐蝕。 掩膜層常用的材料有三種，第一種是SiO2，第二種是Si3N4，第三種是Ni、Ti、Cr、Al、Ag、Pt 中的一種或多種金屬和 Au 的組合，比如 Ni/Au、Ti/Au、Cr/Au、Ti/Al/Ti/Au、Ni/Ag/Au、Cr/ Pt/Au等，掩膜層的厚度可選50-5000nm。在一具體實(shí)施例中所述掩膜層為SiO2,厚度為 3000nm。步驟二、在所述掩膜層上制作光刻膠圖形，所述光刻膠圖形在掩膜層表面形成多 個(gè)單元，各單元之間有部分掩膜層露出，如圖IB所示。在激光劃片時(shí)所述光刻膠圖形只作 為識(shí)別用。步驟三、對(duì)步驟二所得結(jié)構(gòu)，在露出的掩膜層上進(jìn)行激光劃片，劃至所述藍(lán)寶石
4襯底，形成劃道，將其劃分為多個(gè)芯片單元，如圖IC所示。激光劃片所采用的激光波長為 200-400nm，劃道寬度為2-15μπι，劃片深度為15-50μπι。在一具體實(shí)施例中，激光波長為 355nm,劃道寬度為6 μ m，劃片深度為25 μ m。步驟四、去除所述光刻膠圖形，如圖ID所示。采用去膜劑清洗，清洗時(shí)間為 5_60mino步驟五、以所述掩膜層作為掩膜，使用磷酸、硫酸的混合液對(duì)劃道側(cè)壁進(jìn)行腐蝕， 清除劃片生成物，如圖IE所示。所述磷酸和硫酸的體積比為X Y，X+Y = 1，0 < X < 1， 腐蝕溫度為200-350°C，腐蝕時(shí)間為l-120min。在一具體實(shí)施例中，磷酸、硫酸的體積比為 1/4比3/4，腐蝕溫度為230°C，腐蝕時(shí)間為60min。步驟六、使用清洗液去除所述掩膜層，如圖IF所示。使用清洗液去除所述掩膜層 時(shí)，所述清洗液因掩膜層而異，SiO2, Si3N4采用BOE (Buffered Oxide Etch)溶液或氫氟酸 去除，Ni采用硝酸去除，Ti采用氫氟酸、熱的濃鹽酸或熱的濃硫酸去除，Cr采用鹽酸與Cr 的混合液去除，Al采用強(qiáng)堿或稀酸去除，Ag采用硝酸和熱的濃硫酸去除，Pt、Au采用王水去 除。在一具體實(shí)施例中，使用BOE去除SiO2，清洗時(shí)間為10-60min。步驟七、在步驟六所得結(jié)構(gòu)上生長半導(dǎo)體外延層，由于藍(lán)寶石襯底上已形成了劃 道，GaN等半導(dǎo)體材料無法在劃道上生長，所以可外延自發(fā)生長成被所述劃道向上延伸形成 的深劃道分隔的各個(gè)單體芯片結(jié)構(gòu)。在生長外延之前對(duì)生長襯底進(jìn)行劃片，有助于釋放應(yīng) 力、降低外延生長GaN的位錯(cuò)密度、提高外延層晶體的質(zhì)量、減少由于缺陷和位錯(cuò)所產(chǎn)生的 非輻射復(fù)合中心密度、提高內(nèi)量子效率。該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述 N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層，如圖IG所示。其中，制備半導(dǎo)體外延層時(shí)，可采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積(MOCVD)、分子束外延 (MBE)、氫化物氣相外延(HVPE)等技術(shù)。本實(shí)施例優(yōu)選為利用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積技術(shù) 在藍(lán)寶石襯底上依次生長N型GaN層、有源層，以及P型GaN層。有源層通常為量子阱層。步驟八、在步驟七所得結(jié)構(gòu)上對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕，以露出部分所述N型GaN 層，然后在露出的N型GaN層上制作N電極、在P型GaN層上制作透明電極和P電極。最后 在芯片表面制作SiO2鈍化層，并露出N電極和P電極。其中，刻蝕后制作透明電極、N/P電 極和鈍化層是本領(lǐng)域公知技術(shù)，其制作步驟并不限制于本例所述，例如，也可以先制作鈍化 層再制作N/P電極，鈍化層的材料也不限于Si02。最后對(duì)所得到的LED晶片進(jìn)行背面研磨減薄，再用裂片機(jī)裂片得到LED芯片；該部 分為本領(lǐng)域技術(shù)人員所悉知，所以不再詳細(xì)描述。采用本發(fā)明的方法得到的10X23mil芯片與常規(guī)10X23mil芯片的光電參數(shù)對(duì) 比，如下表所示。可看出，光功率(mW)提升20%、其他光電參數(shù)相當(dāng)，所以本發(fā)明方法可以 有效降低GaN外延層的位錯(cuò)密度、提高外延層晶體的質(zhì)量、減少劃片生成物對(duì)光的吸收、提 高LED芯片的出光效率。
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本發(fā)明中涉及的其他工藝條件為常規(guī)工藝條件，屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員熟悉的范 疇，在此不再贅述。上述實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā) 明精神和范圍的技術(shù)方案均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于，該方法包括以下步驟步驟一、在藍(lán)寶石襯底上制作掩膜層；步驟二、在所述掩膜層上制作光刻膠圖形，所述光刻膠圖形在掩膜層表面形成多個(gè)單元，各單元之間將部分掩膜層露出；步驟三、在露出的掩膜層上進(jìn)行激光劃片，劃至所述藍(lán)寶石襯底，形成劃道，將其劃分為多個(gè)芯片單元；步驟四、去除所述光刻膠圖形；步驟五、以所述掩膜層作為掩膜，使用磷酸和硫酸的混合液對(duì)劃道側(cè)壁進(jìn)行腐蝕，清除劃片生成物；步驟六、使用清洗液去除所述掩膜層；步驟七、在劃分為多個(gè)芯片單元的藍(lán)寶石襯底上生長薄膜，使每個(gè)芯片單元的藍(lán)寶石襯底上形成半導(dǎo)體外延層，該半導(dǎo)體外延層至少包括N型半導(dǎo)體層、位于所述N型半導(dǎo)體層之上的有源層，以及位于所述有源層之上的P型半導(dǎo)體層；步驟八、在步驟七所得結(jié)構(gòu)上對(duì)每個(gè)芯片單元進(jìn)行刻蝕，露出部分N型半導(dǎo)體層，然后制作透明電極、N電極、P電極和鈍化層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述藍(lán)寶石襯底 為普通藍(lán)寶石襯底或圖形化藍(lán)寶石襯底。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述掩膜層的材 料為SiO2，或Si3N4，或Ni、Ti、Cr、Al、Ag、Pt中的一種或多種金屬與Au的組合。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于所述掩膜層 的厚度為50-5000nm。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟三中所述激 光劃片所采用的激光波長為200-400nm，劃道寬度為2-15 μ m,劃片深度為15-50 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟五中所述 磷酸和硫酸的體積比為X Y, X+Y = 1,0 < X < 1，腐蝕溫度為200-350°C，腐蝕時(shí)間為 l-120min。
7.根據(jù)權(quán)利要求3中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟六中所述掩 膜層為Si02、Si3N4時(shí)，采用BOE溶液或氫氟酸去除；所述掩膜層為Ni、Ti、Cr、Al、Ag、Pt中 的一種或多種金屬與Au的組合時(shí)，其中的M采用硝酸去除，Ti采用氫氟酸、熱的濃鹽酸或 熱的濃硫酸去除，Cr采用鹽酸與Cr的混合液去除，Al采用強(qiáng)堿或稀酸去除，Ag采用硝酸和 熱的濃硫酸去除，Pt、Au采用王水去除。
8.根據(jù)權(quán)利要求1中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟七利用金屬 有機(jī)化學(xué)氣相沉積、分子束外延或氫化物氣相外延技術(shù)生長所述半導(dǎo)體外延層。
9.根據(jù)權(quán)利要求1中所述發(fā)光二極管芯片的制造方法，其特征在于步驟七中所述N 型半導(dǎo)體層為N型GaN層，P型半導(dǎo)體層為P型GaN層，有源層為GaN基量子阱層。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管芯片的制造方法，利用掩膜技術(shù)對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行激光劃片將其劃分為多個(gè)芯片單元，并利用磷酸和硫酸的混合液對(duì)劃道進(jìn)行腐蝕、清除劃片生成物，去除掩膜后進(jìn)行GaN外延層生長，從而能有效降低GaN外延層的位錯(cuò)密度、提高外延層晶體的質(zhì)量、減少劃片生成物對(duì)光的吸收、提高LED芯片的出光效率，可使LED芯片的亮度提高20％以上。
文檔編號(hào)H01L33/02GK101908505SQ20101020937
公開日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月24日
發(fā)明者張楠, 朱廣敏, 李士濤, 袁根如, 郝茂盛, 陳誠 申請(qǐng)人:上海藍(lán)光科技有限公司