CN103515491A - 一种发光二极管的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种发光二极管的制造方法，于蓝宝石衬底上形成包括N-GaN层、量子阱层、P-GaN层及透明导电层的发光外延层，然后定义发光外延阵列并依据阵列刻蚀及划片，形成多个直至N-GaN层的划道及从各该划道延伸至所述半导体衬底一预设深度的V型划片槽，接着制备电极并减薄蓝宝石衬底，最后采用裂片刀并使裂片刀的压迫位置与所述V型划片槽底部之间具有1~150um的横向偏移对各该发光外延阵列进行裂片，获得出光斜面。本发明通过使裂片刀压迫位置与划片槽之间具有一定的横向偏移进行裂片，在蓝宝石衬底中获得一出光斜面，有效的增加了出光面积，提高发光二极管的出光效率。本发明只需花费较低的成本便可提高发光二极管的出光效率，且工艺简单，适用于工业生产。
Description
技术领域
本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种发光二极管的制造方法。
背景技术
半导体照明作为新型高效固体光源，具有寿命长、节能、环保、安全等显著优点，将成为人类照明史上继白炽灯、荧光灯之后的又一次飞跃，其应用领域正在迅速扩大，正带动传统照明、显示等行业的升级换代，其经济效益和社会效益巨大。正因如此，半导体照明被普遍看作是21世纪最具发展前景的新兴产业之一，也是未来几年光电子领域最重要的制高点之一。发光二极管是由Ⅲ-Ⅳ族化合物，如GaAs（砷化镓）、GaP（磷化镓）、GaAsP（磷砷化镓）等半导体制成的，其核心是PN结。因此它具有一般P-N结的I-N特性，即正向导通，反向截止、击穿特性。此外，在一定条件下，它还具有发光特性。在正向电压下，电子由N区注入P区，空穴由P区注入N区。进入对方区域的少数载流子（少子）一部分与多数载流子（多子）复合而发光。
如何提高LED的出光效率一直是业内最值得关注的热点。现有的增加发光二极管出光效率的方法一般是对出光表面进行粗化，以降低发光二极管内的全反射，增加出光率。然而这种工艺一般需要较高的成本。
现有的裂片工艺一般是先在发光外延阵列中进行划片形成切割槽，然后与该切割槽垂向对应的生长衬底表面进行施压使其分离，获得一垂直于生长衬底的出光表面，如图1所示。这样的出光表面面积较小，不利增加出光面积的提高。
因此，提供一种能增加发光二极管出光面积且工艺简单的裂片工艺实属必要。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种发光二极管的制造方法，用于解决现有技术中垂直裂片工艺中由于发光二极管出光面积较小而影响出芯片光效率的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括步骤：
1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底上表面形成至少包括N-GaN层、量子阱层、P-GaN层及透明导电层的发光外延层；
2）于所述发光外延层定义出多个发光外延阵列，并根据各该发光外延阵列刻蚀所述P-GaN层及量子阱层，形成多个直至所述N-GaN层的划道，然后依据各该划道的位置进行划片，形成多个从各该划道延伸至所述半导体衬底一预设深度的V型划片槽；
3）于各该划道中裸露的N-GaN层表面制备N电极，并于各该发光外延阵列的透明导电层上制备P电极；
4）减薄所述半导体衬底；
5）采用裂片刀对上述所得结构进行裂片，其中，裂片刀的压迫位置与所述V型划片槽底部之间具有1~150um的横向偏移，以获得连接所述压迫位置与所述V型划片槽底部的出光斜面，以完成所述发光二极管的制造。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述半导体衬底为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述发光外延阵列为矩形阵列或三角形阵列。
在本发明的发光二极管的制造方法所述步骤2）中，采用激光切割法进行划片。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述步骤4）中采用研磨法或湿法腐蚀法减薄所述半导体衬底。
作为本发明的发光二极管的制造方法的一个优选方案，所述步骤5）中，裂片刀的压迫位置与所述V型划片槽底部之间具有50~100um的横向偏移。
在本发明的发光二极管的制造方法中，所述透明导层的材料为ITO、ATO、FTO或AZO。
在本发明的发光二极管的制造方法中，采用化学气相沉积法形成所述N-GaN层、量子阱层及P-GaN层。
如上所述，本发明的发光二极管的制造方法，具有以下有益效果：先于蓝宝石衬底上形成包括N-GaN层、量子阱层、P-GaN层及透明导电层的发光外延层，然后定义发光外延阵列并依据阵列刻蚀出划道并进行划片，形成多个直至所述N-GaN层的划道及从各该划道延伸至所述半导体衬底一预设深度的V型划片槽，接着制备电极并减薄蓝宝石衬底，最后采用裂片刀并使裂片刀的压迫位置与所述V型划片槽底部之间具有1~150um的横向偏移对各该发光外延阵列进行裂片，以获得出光斜面。本发明通过使裂片刀压迫位置与划片槽之间具有一定的横向偏移进行裂片，在蓝宝石衬底中获得一出光斜面，有效的增加了出光面积，提高发光二极管的出光效率。本发明只需花费较低的成本便可提高发光二极管的出光效率，且工艺简单，适用于工业生产。
附图说明
图1显示为现有技术的发光二极管的制造方法的裂片方法示意图。
图2~图3显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤1）所呈现的结构示意图。
图4~图5显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤2）所呈现的结构示意图。
图6显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤3）所呈现的结构示意图。
图7~图9显示为本发明的发光二极管的制造方法步骤5）所呈现的结构示意图。
元件标号说明
11 半导体衬底
111 出光斜面
12 N-GaN层
13 量子阱层
14 P-GaN层
15 透明导电层
16 V型划片槽
17 N电极
18 P电极
19 划道
21 裂片刀
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2~图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本实施例提供一种发光二极管的制造方法，所述制造方法至少包括步骤：
如图2~图3所示，首先进行步骤1），提供一半导体衬底11，于所述半导体衬底11上表面形成至少包括N-GaN层12、量子阱层13、P-GaN层14及透明导电层15的发光外延层。
所述半导体衬底11为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底，在本实施例中为蓝宝石衬底。然后以（CH3）3Ga为Ga源，NH3为N源，SiH4用作为N型掺杂剂，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述蓝宝石衬底上生长N-GaN层12；以（CH3）3In为In源，（CH3）3Ga为Ga源，NH3为N源，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述N-GaN层12上生长InGaN/GaN量子阱层13；（CH3）3Ga为Ga源，NH3为N源，Mg(C5H5)2作为P型掺杂剂，采用金属有机化合物化学气相淀积法在所述的InGaN/GaN量子阱层13上生长P-GaN层14。当然，生长方式可采用普通的二维生长法或者悬空生长法，可根据需要可以选择更多不同的生长方式。然后在所述P-GaN层14上制备透明导电层15，所述透明导电层15的材料可为ITO、ATO、FTO或AZO，在本实施例中为ITO。
如图4~图5所示，然后进行步骤2），于所述发光外延层定义出多个发光外延阵列，并根据各该发光外延阵列刻蚀所述P-GaN层14及量子阱层13，形成多个直至所述N-GaN层12的划道19，然后依据各该划道19的位置进行划片，形成从各该划道19延伸至所述半导体衬底11一预设深度的V型划片槽16。
于所述发光外延层定义出多个发光外延阵列，所述发光外延阵列为矩形阵列或三角形阵列。在本实施例中，所述发光外延阵列为矩形阵列。然后根据各该发光外延阵列刻蚀所述P-GaN层14及量子阱层13，形成多个直至所述N-GaN层12的划道19，获得裸露的N-GaN层12，接着然后依据各该划道19的位置进行划片，在本实施例中采用激光切割法进行划片，形成多个从各该划道19延伸至所述半导体衬底11一预设深度的V型划片槽16。当然，在其它的实施例中，也可以采用锯片切割法进行划片，需要说明的是，由于切割过程受到发光外延的厚度、激光的功率以及衬底材料等因素的影响，切割所得的划片槽也可能是近似V型的划片槽或U型的划片槽。在本实施例中，所述的预设深度为蓝宝石衬底厚度的1/3，当然，在其它的实施例中，也可以是其它的深度。
如图6所示，接着进行步骤3），于各该划道19中裸露的N-GaN层12表面制备N电极17，并于各该发光外延阵列的透明导电层15上制备P电极18。
在本实施例中，所述P电极18及N电极17的材料为Au，当然，在其它实施例中，也可以是Pt或其它的合金。所述N电极17制备区域为一裸露的N-GaN平台。
接着进行步骤4），减薄所述半导体衬底11。
采用研磨法或湿法腐蚀法减薄所述半导体衬底11，在本实施例中，采用研磨法减薄所述半导体衬底11，以获得一平整的半导体表面。当然，如果选用较薄且双面抛光的蓝宝石衬底，也可以不对其进行减薄而直接进入下一个步骤。
如图7~图9所示，最后进行步骤5），采用裂片刀21对上述所得结构进行裂片，其中，裂片刀21的压迫位置与所述V型划片槽16底部之间具有1~150um的横向偏移，以获得连接所述压迫位置与所述V型划片槽16底部的出光斜面111，以完成所述发光二极管的制造。
采用裂片刀21对步骤4）所得结构进行裂片，裂片时，使所述裂片刀21的刀刃压迫或击打所述蓝宝石衬底，裂片刀21的压迫位置与所述V型划片槽16底部之间具有1~150um的横向偏移，在本实施例中，裂片刀21的压迫位置与所述V型划片槽16底部之间具有50~100um的横向偏移。由于蓝宝石衬底经过划片后具有V型划片槽16，裂片刀21在压迫蓝宝石衬底时，应力并不是垂直该蓝宝石衬底释放而是向该V型划片槽16的底部进行释放，故裂片后可获得连接所述压迫位置与所述V型划片槽16底部的出光斜面111，该出光斜面111可以增加发光二极管的出光面积，提高发光二极管的出光效率。
综上所述，本发明的发光二极管的制造方法，先于蓝宝石衬底上形成包括N-GaN层、量子阱层、P-GaN层及透明导电层的发光外延层，然后定义发光外延阵列并依据阵列刻蚀出划道并进行划片，形成多个直至所述N-GaN层的划道及从各该划道延伸至所述半导体衬底一预设深度的V型划片槽，接着制备电极并减薄蓝宝石衬底，最后采用裂片刀并使裂片刀的压迫位置与所述V型划片槽底部之间具有1~150um的横向偏移对各该发光外延阵列进行裂片，以获得出光斜面。本发明通过使裂片刀压迫位置与划片槽之间具有一定的横向偏移进行裂片，在蓝宝石衬底中获得一出光斜面，有效的增加了出光面积，提高发光二极管的出光效率。本发明只需花费较低的成本便可提高发光二极管的出光效率，且工艺简单，适用于工业生产。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种发光二极管的制造方法，其特征在于，所述制造方法至少包括步骤：
1）提供一半导体衬底，于所述半导体衬底上表面形成至少包括N-GaN层、量子阱层、P-GaN层及透明导电层的发光外延层；
2）于所述发光外延层定义出多个发光外延阵列，并根据各该发光外延阵列刻蚀所述P-GaN层及量子阱层，形成多个直至所述N-GaN层的划道，然后依据各该划道的位置进行划片，形成多个从各该划道延伸至所述半导体衬底一预设深度的V型划片槽；
3）于各该划道中裸露的N-GaN层表面制备N电极，并于各该发光外延阵列的透明导电层上制备P电极；
4）减薄所述半导体衬底；
5）采用裂片刀对上述所得结构进行裂片，其中，裂片刀的压迫位置与所述V型划片槽底部之间具有1~150um的横向偏移，以获得连接所述压迫位置与所述V型划片槽底部的出光斜面，以完成所述发光二极管的制造。
2.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述半导体衬底为蓝宝石衬底或图形蓝宝石衬底。
3.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述发光外延阵列为矩形阵列或三角形阵列。
4.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤2）中，采用激光切割法进行划片。
5.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤4）中采用研磨法或湿法腐蚀法减薄所述半导体衬底。
6.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述步骤5）中，裂片刀的迫位置与所述V型划片槽底部之间具有50~100um的横向偏移。
7.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：所述透明导层的材料为ITO、ATO、FTO或AZO。
8.根据权利要求1所述的发光二极管的制造方法，其特征在于：采用化学气相沉积法形成所述N-GaN层、量子阱层及P-GaN层。
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