CN106057999A

CN106057999A - Led芯片及其制造方法

Info

Publication number: CN106057999A
Application number: CN201610594393.2A
Authority: CN
Inventors: 李庆; 王磊; 张广庚; 陈立人
Original assignee: FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: FOCUS LIGHTINGS TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2016-07-26
Filing date: 2016-07-26
Publication date: 2016-10-26

Abstract

本发明提供一种LED芯片及其制造方法，所述LED芯片包括衬底、位于衬底上的半导体外延结构、以及位于半导体外延结构上的P电极和N电极，所述衬底包括上部衬底和下部衬底，所述上部衬底截面呈等腰梯形，上部衬底的两个侧面为对称设置的第一斜面，下部衬底截面呈平行四边形，下部衬底的两个侧面为相互平行的第二斜面，所述半导体外延结构的两个侧面沿上部衬底的第一斜面倾斜。本发明通过改变劈裂位置达到改变衬底形貌的目的，在不影响劈裂良率的前提下，提高了LED芯片的亮度。

Description

LED芯片及其制造方法

技术领域

本发明涉及LED技术领域，尤其涉及一种LED芯片及其制造方法。

背景技术

发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。

现有技术中LED芯片制程工艺如下：

参图1所示，提供一衬底10’，在衬底上生长半导体外延结构，形成LED晶圆，所述半导体外延结构包括从衬底向上依次设置的N型半导体层20’、发光层30’和P型半导体层40’；

在半导体外延结构中的N型半导体层20’上形成N型半导体台面区21’；

对LED晶圆沿着相邻芯粒中间进行激光划切，形成V型隔离沟槽70’；

分别在P型半导体层40’和N型半导体台面上21’制作P电极50’和N电极60’；

参图2所示，将LED晶圆翻转后放置于劈裂受台81’上，将劈刀82’置于芯粒中间位置，然后采用击锤83’进行劈裂，将芯粒分割开形成若干图3所示的LED芯片。

参图3所示，现有技术中LED芯片的衬底上部分截面呈等腰梯形，具有相互对称设置的斜面11’，下部分截面呈矩形，具有相互平行的垂直面12’。此种情况下光在LED芯片内部很容易发生全反射，不容易出光，LED芯片的亮度不佳。

有鉴于此，为了解决上述技术问题，有必要提供一种LED芯片及其制造方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED芯片及其制造方法，通过改变劈裂位置得到具有特殊形貌的LED芯片。

为了实现上述目的，本发明实施例提供的技术方案如下：

一种LED芯片，所述LED芯片包括衬底、位于衬底上的半导体外延结构、以及位于半导体外延结构上的P电极和N电极，所述衬底包括上部衬底和下部衬底，所述上部衬底截面呈等腰梯形，上部衬底的两个侧面为对称设置的第一斜面，下部衬底截面呈平行四边形，下部衬底的两个侧面为相互平行的第二斜面，所述半导体外延结构的两个侧面沿上部衬底的第一斜面倾斜。

作为本发明的进一步改进，所述下部衬底中第二斜面在水平方向的偏移距离为5-20μm。

作为本发明的进一步改进，所述半导体外延结构包括依次位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述P电极位于P型半导体层上且与P型半导体层电性连接，N型半导体层上设有N型半导体台面，N电极位于N型半导体台面上且与N型半导体层电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述衬底为蓝宝石衬底，所述半导体外延结构为氮化镓外延结构。

本发明另一实施例提供的技术方案如下：

一种LED芯片的制造方法，所述制造方法包括：

S1、提供一衬底，在衬底上生长半导体外延结构，形成LED晶圆，所述半导体外延结构包括从衬底向上依次设置的N型半导体层、发光层和P型半导体层；

S2、在半导体外延结构中的N型半导体层上形成N型半导体台面区；

S3、对LED晶圆沿着相邻芯粒中间进行激光划切，形成V型隔离沟槽，V型隔离沟槽包括从半导体外延结构延伸至衬底的第一斜面；

S4、分别在P型半导体层和N型半导体台面上制作P电极和N电极；

S5、将LED晶圆翻转后放置于劈裂受台上，将劈刀分别置于偏移各个芯粒中间位置同一方向一定距离，然后采用击锤进行劈裂，将芯粒分割开形成若干LED芯片。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S5中劈刀偏移各个芯粒中间位置同一方向5-20μm。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S3具体为：

在半导体外延结构上生长SiO₂掩蔽层；

对LED晶圆沿着相邻芯粒中间进行激光划切；

去除SiO₂掩蔽层，在芯粒间形成V型隔离沟槽。

作为本发明的进一步改进，所述SiO₂掩蔽层的厚度为0.2~2μm。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S5前还包括：

将LED晶圆减薄至60~200μm的厚度并抛光。

作为本发明的进一步改进，所述步骤S5前还包括：

在衬底的背面形成背镀层。

本发明具有以下有益效果：

LED芯片的衬底侧面包括第一斜面和第二斜面，增加了衬底的比表面积，增加LED芯片的出光几率；

改变了衬底的第二斜面光子出射角度，减少全反射的几率，增加了LED芯片的出光几率。

通过改变劈裂位置达到改变衬底形貌的目的，在不影响劈裂良率的前提下，提高了LED芯片的亮度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中LED晶圆的结构示意图；

图2为现有技术中LED晶圆的劈裂原理图；

图3为现有技术中LED芯片的结构示意图；

图4为本发明一具体实施方式中LED晶圆的结构示意图；

图5为本发明一具体实施方式中LED晶圆的劈裂原理图；

图6为本发明一具体实施方式中LED芯片的结构示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

参图6所示为本发明的第一实施方式中LED芯片的剖视结构示意图，LED芯片从下至上分别为：

衬底10，衬底可以是蓝宝石、Si、SiC、GaN、ZnO等，优选地，本实施方式中以蓝宝石衬底为例进行说明；

N型半导体层20，N型半导体层可以是N型GaN等，N型半导体层20上设有N型半导体台面21；

发光层30，发光层可以是GaN、InGaN等；

P型半导体层40，P型半导体层可以是P型GaN等；

P电极50和N电极60，P电极50设于P型半导体层40上且与P型半导体层40电性连接，N电极位于N型半导体台面21上且与N型半导体层20电性连接。

优选地，在其他实施方式中LED芯片还可以包括透明导电层，透明导电层可以是ITO、ZITO、ZIO、GIO、ZTO、FTO、AZO、GZO、In₄Sn₃O₁₂、NiAu等，透明导电层下方还可设有电流阻隔层，电流阻隔层位于P电极的下方，电流阻隔层可以为SiO₂、Si₃N₄、SiO_xN_y等。

本实施方式中衬底10包括上部衬底11和下部衬底12，上部衬底11截面呈等腰梯形，上部衬底的两个侧面为对称设置的第一斜面111，下部衬底12截面呈平行四边形，下部衬底的两个侧面为相互平行的第二斜面121，半导体外延结构（N型半导体层、发光层、P型半导体层）的两个侧面沿上部衬底的第一斜面111倾斜。

应当理解的是，本发明中上部衬底11两侧的第一斜面111与垂直方向的夹角可以与下部衬底12两侧的第二斜面121与垂直方向的夹角相等，也可以不等。

优选地，本实施方式的下部衬底12中第二斜面121在水平方向的偏移距离x为5-20μm，偏移距离的确定取决于芯片的厚度、芯片的尺寸和切割道的宽度等。当然，在其他实施方式中，根据芯片的厚度、芯片的尺寸和切割道的宽度的大小，其偏移距离可以相应增大或减小。

本实施方式中LED芯片的制造方法，具体包括以下步骤：

参图4所示，首先提供一衬底10，在衬底10上生长半导体外延结构，形成LED晶圆，半导体外延结构包括从衬底向上依次设置的N型半导体层20、发光层30和P型半导体层40；

而后，在半导体外延结构中的N型半导体层20上形成N型半导体台面区21；

然后对LED晶圆沿着相邻芯粒中间进行激光划切，形成V型隔离沟槽70，V型隔离沟槽70包括从半导体外延结构延伸至衬底的第一斜面111；

最后，分别在P型半导体层和N型半导体台面上制作P电极50和N电极60。

形成上述LED晶圆后，参图5所示，将LED晶圆翻转后放置于劈裂受台81上，将劈刀82分别置于偏移各个芯粒中间位置同一方向一定距离，然后采用击锤83进行劈裂，将芯粒分割开形成若干图6所示的LED芯片。

图5中仅仅示意了一个位置的劈裂原理，在其他芯粒之间，劈裂位置均与图5中偏移距离相同，此处不再详细进行说明。

具体地，本实施方式中V型隔离沟槽的形成方法具体如下：

首先在半导体外延结构上生长SiO₂掩蔽层，对LED晶圆沿着相邻芯粒中间进行激光划切，形成V型隔离沟槽70，SiO₂掩蔽层的厚度为0.2~2μm，V型隔离沟槽深度为15~40μm，顶部宽度为2~20μm；

然后将整个LED晶圆置于浓磷酸与浓硫酸的混合溶液中进行腐蚀，优选地，混合溶液中浓磷酸与浓硫酸的体积比例为1:1~1:3，混合溶液的温度为200~300℃；

去除SiO₂掩蔽层，在芯粒间形成V型隔离沟槽。

优选地，本实施方式中劈刀偏移各个芯粒中间位置同一方向5-20μm，同样地，偏移芯粒中间位置的偏移距离的确定取决于芯片的厚度、芯片的尺寸和切割道的宽度等。

进一步地，在进行晶圆劈裂之前，还需将LED晶圆减薄至60~200μm的厚度并抛光。另外，在其他实施方式中还可以在衬底背面形成背镀层，如DBR反射层等。

优选地，本发明中还可包括：

在对应P电极正下方制作电流阻隔层，电流阻隔层可以是SiO₂、Si₃N₄、SiO_xN_y(x、y为大于0的整数)；

以及：

制作钝化保护层，钝化保护层可以是SiO₂、Si₃N₄、SiO_xN_y(x、y为大于0的整数)。

生长在衬底上的半导体外延结构厚度一般＜10μm，正面激光划切15~40μm深的V型隔离沟槽后，自然将芯粒分隔开。在最后的芯片劈裂阶段，芯粒将沿着此V型隔离沟槽裂开，即使有衬底斜裂的问题，也不会损伤表面的半导体外延结构。

本实施方式中LED晶圆上的劈裂位置偏移芯粒中间位置一定距离，因此，通过此种方法劈裂得到的LED芯片下部衬底为斜面。如图6所示，衬底10分为上部衬底11和下部衬底12，上部衬底11的侧面为第一斜面111，其为V型隔离沟槽的侧面，两侧的第一斜面111相互对称，而下部衬底12的侧面为第二斜面121，两侧的第二斜面121相互平行，且与垂直面具有一定角度。如此，整个衬底10可以分为截面为等腰梯形的上部衬底11和截面为平行四边形的下部衬底12。

应当理解的是，本实施方式中的上部衬底11和下部衬底12只是为了便于说明而进行划分，在LED芯片中，衬底10是一个整体，并非上部衬底11和下部衬底12两层衬底。

本实施方式中衬底以蓝宝石衬底、半导体外延结构以氮化镓外延结构为例进行说明。蓝宝石的折射率为1.78，氮化镓的折射率为2.0，空气的折射率为1.0，本实施方式中的LED芯片发出的光在LED芯片内部很不易发生全反射，平行四边形形貌的衬底增加了比表面积，更容易出光，增加LED芯片的出光几率，且通过偏移劈裂的方法的不影响劈裂的良率。

当然，在其他实施方式中也可以采用其他材料的衬底或外延材料，同样可以达到增加出光几率的目的，此处不再一一举例进行说明。

由以上技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims

1.一种LED芯片，所述LED芯片包括衬底、位于衬底上的半导体外延结构、以及位于半导体外延结构上的P电极和N电极，其特征在于，所述衬底包括上部衬底和下部衬底，所述上部衬底截面呈等腰梯形，上部衬底的两个侧面为对称设置的第一斜面，下部衬底截面呈平行四边形，下部衬底的两个侧面为相互平行的第二斜面，所述半导体外延结构的两个侧面沿上部衬底的第一斜面倾斜。

2.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述下部衬底中第二斜面在水平方向的偏移距离为5-20μm。

3.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述半导体外延结构包括依次位于衬底上的N型半导体层、发光层、P型半导体层，所述P电极位于P型半导体层上且与P型半导体层电性连接，N型半导体层上设有N型半导体台面，N电极位于N型半导体台面上且与N型半导体层电性连接。

4.根据权利要求1所述的LED芯片，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底，所述半导体外延结构为氮化镓外延结构。

5.一种LED芯片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：

6.根据权利要求5所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤S5中劈刀偏移各个芯粒中间位置同一方向5-20μm。

7.根据权利要求5所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：

在半导体外延结构上生长SiO₂掩蔽层；

对LED晶圆沿着相邻芯粒中间进行激光划切；

去除SiO₂掩蔽层，在芯粒间形成V型隔离沟槽。

8.根据权利要求7所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述SiO₂掩蔽层的厚度为0.2~2μm。

9.根据权利要求5所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤S5前还包括：

将LED晶圆减薄至60~200μm的厚度并抛光。

10.根据权利要求5所述的LED芯片的制造方法，其特征在于，所述步骤S5前还包括：

在衬底的背面形成背镀层。