GaN基发光二极管芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种GaN基LED芯片的制备方法，包括：1)提供蓝宝石衬底；2)在所述蓝宝石衬底正面形成GaN半导体层；3)形成透明导电层、N电极以及P电极；4)减薄所述蓝宝石衬底；5)在所述蓝宝石衬底背面形成反射层；6)裂片，还包括步骤(a)，即通过光刻和蚀刻技术使所述蓝宝石衬底局部露出，以及步骤(b)，即沿着露出的所述蓝宝石衬底进行正面隐形切割，所述步骤(a)先于所述步骤(b)被实施，且所述步骤(a)和(b)分别在所述步骤2)之后且在所述步骤4)之前被实施。根据该方法能够同时发挥隐形切割技术以及背面蒸镀反射层技术的优点，亮度提升效果及稳定性效果明显，生产成本低并且简单易操作。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体材料的制备领域，尤其涉及一种。
技术介绍
GaN基发光二极管(Light Emitting Diode，缩写为LED)具有寿命长、耐冲击、抗震、高效节能等优异特征，在图像显示、信号指示、照明以及基础研究等方面有着极为广泛的应用前景。GaN基发光二极管近年来发展迅猛，但其发光效率一直是制约LED在照明领域广泛应用的主要瓶颈。目前制备GaN基LED芯片的一般工艺为1)在平片蓝宝石衬底或者图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，缩写为PSQ上通过外延生长来制备 GaN半导体层；2)对GaN基晶片进行加工来制备N电极及P电极，并进而通过研磨来减薄该晶片；幻采用背面激光划片技术进行划片工艺；4)通过进行正面裂片而获得GaN基LED芯片。但是，采用背面激光切割会在切割道内留下焦化的碎屑，由于已减薄，该碎屑采用一般化学或物理方式很难去除掉，对需从侧面发出的光有吸收作用，因此会影响GaN基LED芯片的侧面发光亮度。为了使GaN基LED芯片从各表面发出的光均能被有效收集利用，目前主要采用两种改进工艺来制备GaN基LED芯片。其中，改进工艺1的制备步骤为1)在平片蓝宝石衬底或者PSS上通过外延生长来制备GaN半导体层；幻进行正面激光划片；幻对GaN基晶片进行加工来制备N电极及P电极，并且通过研磨来减薄该晶片；4)在所使用的蓝宝石衬底的背面蒸镀分布布拉格反射镜(Distribution Bragg Reflector，缩写为DBR)高效反射层或者蒸镀DBR高效反射层后再在其上蒸镀金属层力)通过进行背面裂片而得到GaN基LED 芯片。根据改进工艺1，通过在背面蒸镀DBR高效反射层或者蒸镀DBR高效反射层以及金属层，能够增强光的反射作用，将原本从所使用的衬底底边漏出的光反射到表面发射出。另外，背面蒸镀的材料的导热能力比蓝宝石强，可增强所制备的GaN基LED芯片的散热能力， 增强稳定性，延长其寿命。另一方面，为了增强亮度而采用的改进工艺2的制备方法如下1)在蓝宝石衬底或者PSS上通过外延生长来制备GaN半导体层；2)对GaN基晶片进行加工来制备N电极及 P电极，并且通过研磨减薄该晶片；3)进行背面隐形切割；4)通过正面裂片而得到GaN基 LED芯片。隐形切割是一种比较新的投入到LED行业的工艺，其能有效地提高LED亮度。与从半导体晶片外部进行切割的一般的单晶片切割法不同的是，隐形切割是从半导体内部进行切割。采用隐形切割技术，可对没有进行过研磨处理的晶片至超薄晶片实施高速切割；并且，由于整个过程为全干燥处理，所以不必清洗切割后的晶片，即可降低生产成本，提高生产率。通过改进工艺2可以增强GaN基LED芯片的发光亮度，但是根据该工艺无法直接背面蒸镀反射层，即无法增强所制备的GaN基LED芯片的散热能力，增强稳定性，延长其寿命。为了提高GaN基LED芯片的亮度和稳定性，比较理想的是将上述改进工艺1和改进工艺2整合。目前能够达到该目的的工艺流程为1)在蓝宝石衬底或者PSS上通过外延生长得到GaN半导体层；2)采用常用的芯片工艺对GaN基晶片进行加工来制备N电极及P 电极，并且对该晶片进行研磨以减小其厚度；3)在所使用的衬底的背面蒸镀DBR高效反射层或者蒸镀DBR高效反射层后再在其上蒸镀金属层；4)进行背面隐形切割力)通过进行裂片而得到GaN基LED芯片。但是，通过该工艺制备GaN基LED芯片时，成品率低并且需要使用的设备成本高。具体而言，在仅蒸镀DBR高效反射层时成品率约为70%，且需要使用的设备的成本约为基本的隐形切割设备成本的1. 3倍；在蒸镀DBR高效反射层后进而蒸镀金属层时，成品率仅为40%左右，且需要使用的设备的成本约为基本的隐形切割设备的成本的 2倍。因此，需要提出一种既能同时发挥隐形切割技术和背面蒸镀DBR高效反射层或者蒸镀DBR高效反射层以及金属层技术的优点，与现有的制备工艺相比，又能降低生产成本并且简单易操作的GaN基LED芯片的制备方法。
技术实现思路
鉴于上述现有技术中的GaN基LED芯片的制备方法中存在的问题，本专利技术的一方面在于提供一种GaN基LED芯片的制备方法，既能够同时发挥隐形切割技术以及背面蒸镀技术的优点，又能够降低生产成本并且简单易操作，适用于工业化大生产。为了达到上述目的，本专利技术的GaN基LED芯片的制备方法包括如下步骤1)提供蓝宝石衬底，其包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；幻在所述蓝宝石衬底的所述第一表面上形成GaN半导体层；幻在所述GaN半导体层上形成透明导电层、N电极以及P电极；4)从所述蓝宝石衬底的第二表面所在的一侧减薄所述蓝宝石衬底力)在所述蓝宝石衬底的所述第二表面上形成反射层；以及6)裂片，本专利技术的GaN基LED芯片的制备方法还包括步骤(a)，即从所述蓝宝石衬底的所述第一表面的一侧，通过光刻和蚀刻技术使所述蓝宝石衬底局部露出，以及步骤(b)，即沿着露出的所述蓝宝石衬底从所述第一表面所在的一侧进行隐形切割，所述步骤(a)先于所述步骤(b)被实施，并且所述步骤(a)和(b)分别在所述步骤幻之后且在所述步骤4)之前被实施。另外，根据本专利技术，优选的是，所述GaN半导体层包括依次形成的N型GaN层、量子阱层以及P型GaN层。另外，根据本专利技术，优选的是，所述透明导电层、所述P电极和所述N电极的形成步骤如下在所述GaN半导体层上形成所述透明导电层；通过光刻以及刻蚀使所述N型GaN层局部露出；以及在所述透明导电层上形成P电极，在露出的所述N型GaN层上形成N电极。另外，根据本专利技术，优选的是，所述透明导电层、所述P电极和所述N电极的形成步骤如下通过光刻以及刻蚀使所述N型GaN层局部露出；在所述P型GaN半导体层上形成所述透明导电层；以及在所述透明导电层上形成P电极，在露出的所述N型GaN层上形成N 电极。另外，根据本专利技术，优选的是，所述步骤(a)和(b)分别在所述透明导电层、所述P 电极和所述N电极的上述形成步骤中的任一步骤之后被实施。另外，根据本专利技术，优选的是，所述蓝宝石衬底是平片或者图形化蓝宝石衬底。另外，根据本专利技术，优选的是，所述反射层为分布布拉格反射镜层。另外，根据本专利技术，优选的是，所述反射层包括分布布拉格反射镜层以及形成在所述分布布拉格反射镜层上的金属层。另外，根据本专利技术，优选的是，所述反射层为金属反射层。另外，根据本专利技术，优选的是，所述反射层为包括介质层与金属反射层的全向反射层。根据本专利技术的GaN基LED芯片的制备方法，能够同时发挥隐形切割技术以及背面蒸镀反射层技术的优点，并且与现有技术的制备工艺相比，亮度提升效果及稳定性效果明显，并且简单易操作，适用于工业化大生产。另外，根据该制备方法，与现有技术的制备方法相比，成品率提高至90%。并且，采用隐形切割的现有技术需要使用的设备的成本约为基本的隐形切割设备的成本的1. 3倍或者2倍，与此相比，根据本专利技术的制备方法，使用基本的隐形切割设备即可，因此可大幅度地降低生产成本。此外，本专利技术的另一方面在于提供一种GaN基LED芯片，其是根据本专利技术的GaN基 LED芯片的制备方法而制备的。该GaN基LED芯片，与采用一般工艺的制备的GaN基LED芯片相比，发光亮度强，稳定性好并且寿命长。本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种ＧａＮ基ＬＥＤ芯片的制备方法，其特征在于包括如下步骤：１）提供蓝宝石衬底，其包括第一表面以及与所述第一表面相对的第二表面；２）在所述蓝宝石衬底的所述第一表面上形成ＧａＮ半导体层；３）在所述ＧａＮ半导体层上形成透明导电层、Ｎ电极以及Ｐ电极；４）从所述蓝宝石衬底的第二表面所在的一侧减薄所述蓝宝石衬底；５）在所述蓝宝石衬底的所述第二表面上形成反射层；以及６）裂片，还包括步骤（ａ），即从所述蓝宝石衬底的所述第一表面的一侧，通过光刻和蚀刻技术使所述蓝宝石衬底局部露出，以及步骤（ｂ），即沿着露出的所述蓝宝石衬底从所述第一表面所在的一侧进行隐形切割，所述步骤（ａ）先于所述步骤（ｂ）被实施，并且所述步骤（ａ）和（ｂ）分别在所述步骤２）之后且在所述步骤４）之前被实施。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈诚，郝茂盛，张楠，
申请(专利权)人：上海蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：31