通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓led芯片制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED (發光二極管)芯片制備方法，屬于光電子技術領域。
【背景技術】
[0002]近年來，LED逐漸成為最受重視的光源技術之一。一方面LED具有體積小的特征；另一方面LED具備低電流、低電壓驅動的省電特性；同時它還具有結構牢固、抗沖擊和抗震能力強，超長壽命等眾多優點。其中，作為光電子領域的主要應用之一，GaN基材料得到了越來越多人的關注，利用GaN基半導體材料可制作出超高亮度藍、綠、白光發光二極管。近年來，各種為提高LED發光亮度的技術應運而生，例如圖形化襯底技術、側壁粗化技術、DBR技術、優化電極結構、在襯底或透明導電膜上制作二維光子晶體等技術。
[0003]對于目前應用最廣的照明類芯片，其驅動電壓在4V以下，而照明用電為220V，因此壓降損耗較大。另外常規LED—般采用大電流驅動，使得芯片量子效率低，可靠性差。為了解決這些問題，現有技術提出了一種高壓LED芯片，此種結構的LED —般是在發光半導體層形成后，通過光刻刻蝕工藝在所述發光半導體層上形成隔離槽，再在隔離槽內填充隔離層，最后在各絕緣分離的發光半導體層上制作電極并形成串聯結構，如圖1所示，高壓LED芯片包括由下而上設置的藍寶石襯底l、n型GaN層2、量子阱層3、p型GaN層4、ITO透明導電膜層5和鈍化層6，在ITO透明導膜電層5、n型GaN層2和鈍化層6上分別設置有p電極7、n電極8和金屬引線9。高壓LED芯片采用低電流驅動，提高了高壓LED器件的可靠性，降低了應用過程中的線路損耗；同時還可大幅度降低對散熱外殼和散熱系統的設計要求，降低封裝成本。
[0004]中國專利文獻CN104409605A公開的一種高壓芯片LED結構及其制作方法，是通過在N型半導體層上設置接觸層保護N型半導體層，使其免受刻蝕等離子體損傷的影響，解決了高壓芯片的電壓問題；并且，在接觸層形成之前，同步形成了阻擋層、腐蝕輔助層和側壁過度保護層，在解決了 LED芯片光型的同時，提高了 LED芯片的可靠性和抗擊穿能力。其次，通過動態刻蝕工藝形成隔離槽，解決了常規刻蝕工藝刻蝕均勻性不足導致芯片因短路而失效的問題。再次，在形成最終的鈍化保護膜之前，對高壓LED芯片的表面及側壁進行等離子體處理，解決了高壓LED芯片開啟電壓的問題。但是該方法需要多次蒸鍍、光刻、刻蝕，工藝復雜。
[0005]中國專利CN104134724A公開的一種高壓LED芯片及其制備方法，其隔離槽通過離子注入形成有一個或多個絕緣的離子注入區，離子注入區上方形成有金線，所述GaN外延層和透明導電層通過金線電性導通。此LED芯片不存在刻蝕不凈造成的正向電壓低的問題，同時能夠有效減少橋接處的斷金導致的芯片不良，芯片出光面積大，發光效率高。但其制備流程復雜。
[0006]綜上所述，盡管現有技術解決了高壓LED通過ICP刻蝕形成隔離槽所帶來的短路失效、開啟電壓低等不良，但都存在工藝流程復雜，可控性差等缺點。
【發明內容】
[0007]針對現有高壓LED芯片結構及制備技術存在的不足，本發明提供一種工藝簡單、避免短路失效、開啟電壓低等現象的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法。
[0008]本發明的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，所述高壓LED芯片包括由下而上依次設置的襯底、η型GaN層、量子阱層、p型GaN層、透明導電層和鈍化層，在ΙΤ0透明導膜電層、η型GaN層和鈍化層上分別設置有p電極、η電極和金屬引線；其制備方法包括以下步驟:
(1)在襯底上依次生長GaN緩沖層、η型GaN層、量子阱層和p型GaN層，得到GaN基外延片；
(2)沿GaN基外延片的p型GaN層到η型GaN層刻蝕出N型臺面結構；
(3)在步驟(2)得到的外延片整個表面上形成一層保護層；通過PECVD(等離子體增強化學氣相沉積)或電子束蒸鍍等方法制備。
[0009](4)沿步驟(3)得到的外延片的N型臺面通過激光劃片機劃至襯底，得到晶圓；
(5)將步驟(4)所得晶圓進行高溫腐蝕，把激光劃片產生的碎肩清洗干凈，然后去掉保護層，形成隔離槽；
(6)在步驟(5)所得晶圓的p型GaN層的表面形成透明導電層；
(7)在步驟(6)所得晶圓表面制作鈍化層；通過PECVD或電子束蒸鍍等方法制備。
[0010](8)在步驟(7)所得晶圓上制備P電極、N電極以及連接兩晶粒的金屬引線。
[0011](9)將上述晶圓減薄、劃裂后得到高壓LED芯片。
[0012]所述步驟(1)中襯底為藍寶石、SiC或硅。
[0013]所述步驟(3)中的保護層為Si02S SiN。
[0014]所述步驟(5)中的腐蝕是以濃硫酸、濃磷酸或濃硫酸和濃磷酸體積比3:2的混合液為腐蝕液，在溫度150°C _300°C腐蝕5-30分鐘。
[0015]所述步驟(5)中是用氫氟酸腐蝕去掉保護層。
[0016]所述步驟(6)中的透明導電層為ΙΤ0、Ζη0或石墨稀。
[0017]所述步驟(7)中的鈍化層為Si02S SiN。
[0018]上述技術方案中未做詳細說明和限定的，均參照發光二極管制作的現有技術。
[0019]本發明通過激光劃片和高溫腐蝕形成隔離槽，不僅解決了高壓芯片短路失效、開啟電壓低等不良，還具有工藝簡單、良率高等優點；另外，由于已進行過激光劃片，因此減薄后可以直接進行裂片，簡化了后續工藝流程。
【附圖說明】
[0020]圖1是現有采用ICP刻蝕形成隔離槽的高壓LED芯片的結構示意圖。
[0021]圖2是采用本發明方法得到的通過激光劃片和高溫腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片的結構示意圖。
[0022]圖中，1、襯底，2、n型GaN層，3、量子阱層，4、p型GaN層，5、透明導電膜層，6、鈍化層，7、p電極，8、n電極，9、金屬引線。
【具體實施方式】
[0023]本發明中的高壓LED芯片，如圖2所示，包括由下而上設置的藍寶石襯底1、η型GaN層2、量子阱層3、p型GaN層4、ΙΤ0透明導電膜層5和鈍化層6，在ΙΤ0透明導膜電層5、η型GaN層2和鈍化層6上分別設置有p電極7、η電極8和金屬引線9。
[0024]上述高壓LED芯片的制備方法，包括以下步驟:
(1)在金屬有機物化學氣相沉積設備的反應腔中，在襯底1上依次生長η型GaN層2、量子阱層3和p型GaN層4，得到GaN基外延片。襯底1可以是藍寶石、SiC或硅。
[0025](2)利用現有的ICP干法刻蝕方法，沿GaN基外延片的p型GaN層4到η型GaN層2刻蝕出臺面結構，完成刻蝕后，對GaN基外延片進行去膠清洗。
[0026](3)在上述外延片上使用等離子體增強化學氣相沉積(PECVD)的方法沉積Si02SSiN薄膜作為保護層。也可以用電子束蒸鍍等方法制備。
[0027](4)利用激光劃片機沿上述外延片的N型臺面劃至襯底1。
[0028](5)將步驟(4)所得晶圓以濃硫酸、濃磷酸或濃硫酸和濃磷酸體積比3:2的混合液為腐蝕液，在溫度150°C _300°C腐蝕5-30分鐘。把激光劃片產生的碎肩清洗干凈，然后用氫氟酸去掉Si02S SiN保護層，形成隔離槽。
[0029](6)在步驟(5)所得晶圓的表面沉積一層透明導電層5作為電流擴展層，然后在所述電流擴展層上進行光刻，只保留P型GaN層4上對應的透明導電層5。透明導電層5是ITO、ZnO或石墨稀。
[0030](7 )在所述步驟(6 )完成的芯片表面使用PECVD的方法沉積鈍化層6。鈍化層6是Si02S SiN薄膜。也可以用電子束蒸鍍等方法制備。
[0031](8)分別在所述ΙΤ0透明導電膜層5和η型GaN層3和鈍化層6上制備p電極7、η電極8和金屬引線9。
[0032](9)將上述晶減薄、劃裂后得到高壓LED芯片。
【主權項】
1.一種通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，所述高壓LED芯片包括由下而上依次設置的襯底、η型GaN層、量子阱層、P型GaN層、透明導電層和鈍化層，在ITO透明導膜電層、η型GaN層和鈍化層上分別設置有P電極、η電極和金屬引線；其特征是，包括以下步驟: (1)在襯底上依次生長GaN緩沖層、η型GaN層、量子阱層和P型GaN層，得到GaN基外延片； (2)沿GaN基外延片的P型GaN層到η型GaN層刻蝕出N型臺面結構； (3)在步驟(2)得到的外延片整個表面上形成一層保護層； (4)沿步驟(3)得到的外延片的N型臺面通過激光劃片機劃至襯底，得到晶圓； (5)將步驟(4)所得晶圓進行高溫腐蝕，把激光劃片產生的碎肩清洗干凈，然后去掉保護層，形成隔離槽； (6)在步驟(5)所得晶圓的P型GaN層的表面形成透明導電層； (7)在步驟(6)所得晶圓表面制作鈍化層； (8)在步驟(7)所得晶圓上制備P電極、N電極以及連接兩晶粒的金屬引線； (9)將上述晶圓減薄、劃裂后得到高壓LED芯片。2.根據權利要求1所述的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，其特征是，所述步驟(I)中襯底為藍寶石、SiC或硅。3.根據權利要求1所述的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，其特征是，所述步驟(3)中的保護層為S12S SiN。4.根據權利要求1所述的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，其特征是，所述步驟(5)中的腐蝕是以濃硫酸、濃磷酸或濃硫酸和濃磷酸體積比3:2的混合液為腐蝕液，在溫度150°C -300°C腐蝕5-30分鐘。5.根據權利要求1所述的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，其特征是，所述步驟(5)中是用氫氟酸腐蝕去掉保護層。6.根據權利要求1所述的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，其特征是，所述步驟(6)中的透明導電層為ΙΤ0、Ζη0或石墨稀。7.根據權利要求1所述的通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，其特征是，所述步驟(7)中的鈍化層為S12S SiN。
【專利摘要】一種通過劃片和腐蝕形成隔離槽的高壓LED芯片制備方法，包括以下步驟：（1）得到GaN基外延片；（2）刻蝕出N型臺面結構；（3）在外延片表面形成保護層；（4）沿N型臺面通過激光劃片機劃至襯底，得到晶圓；（5）將晶圓進行高溫腐蝕，去掉保護層，形成隔離槽；（6）在p型GaN層的表面形成透明導電層；（7）制作鈍化層；（8）制備P電極、N電極以及連接兩晶粒的金屬引線；（9）將晶圓減薄、劃裂后得到高壓LED芯片。本發明通過激光劃片和高溫腐蝕形成隔離槽，不僅解決了高壓芯片短路失效、開啟電壓低等不良，還具有工藝簡單、良率高等優點；另外，由于已進行過激光劃片，因此減薄后可以直接進行裂片，簡化了后續工藝流程。
【IPC分類】H01L33/00
【公開號】CN105336822
【申請號】CN201510686798
【發明人】吳向龍, 彭璐, 劉琦, 王成新, 徐現剛
【申請人】山東浪潮華光光電子股份有限公司
【公開日】2016年2月17日
【申請日】2015年10月22日