《發光二極體晶片的製作方法》是安徽三安光電有限公司於2014年4月11日申請的專利，該專利申請號：2014101435922，專利公布號：CN103904174A，專利公布日：2014年7月2日，發明人是：蔡家豪、高維洋、孟亞薇、查勁松、古靜、王印。
《發光二極體晶片的製作方法》提供一種雷射劃片、蝕刻和背鍍反射層技術製作發光二極體晶片的方法，採用2次雷射偏移背劃，增加劃寬、劃深，形成U型缺口；通過蝕刻作業，可以去除雷射劃片留下的碎屑並使得U型缺口的表面更為平整；U型缺口使得藍寶石襯底形成局部傾斜的側面，該側面加上襯底背面形成高反射層後，可以更大程度地向上反射從發光層發光的光線，提高發光二極體晶片的出光效率。
2021年8月16日，《發光二極體晶片的製作方法》獲得安徽第八屆專利獎金獎。
（概述圖為《發光二極體晶片的製作方法》摘要附圖）
基本介紹
- 中文名：發光二極體晶片的製作方法
- 公布號：CN103904174A
- 公布日：2014年7月2日
- 申請號：2014101435922
- 申請人：安徽三安光電有限公司
- 申請日：2014年4月11日
- 地址：安徽省蕪湖市經濟技術開發區東梁路8號
- 發明人：蔡家豪、高維洋、孟亞薇、查勁松、古靜、王印
- Inc.Cl.：H01L33/00(2010.01)I、H01L33/60(2010.01)I、H01L33/64(2010.01)I
- 類別：發明專利
專利背景,發明內容,專利目的,技術方案,改善效果,附圖說明,技術領域,權利要求,實施方式,榮譽表彰,
專利背景
2014年4月11日之前，適合商用的藍綠光LED通常是基於氮化鎵的III-V族化合物半導體材料，由於其特有的帶隙範圍，優良的光、電學性質，優異的物理和化學性能，在藍、綠、紫、紫外光以及白光發光二極體、短波長雷射二極體、紫外探測器、功率電子器件等光電子器件和電子器件以及特殊條件下的半導體器件等領域中得到廣泛的套用。
2014年4月11日之前，製備LED晶片的一般工藝為：1）在藍寶石襯底上通過外延生長製備GaN半導體層；2）晶片上製備P電極及N電極，並進而通過研磨來減薄該晶片；3）採用背面雷射劃片技術進行劃片工藝；4）通過進行正面裂片獲得LED晶片。但是，採用背面雷射切割會在切割道內留下燒痕、碎屑等副產物，由於已減薄，該碎屑採用一般化學或物理方式不容易去除乾淨，會影響LED晶片的出光亮度，此外傳統背劃方式得到切割道內部尺寸較小，增加劃深易導致芯粒燒傷加重。
為了進一步提高LED晶片的出光效率，專利申請號為200910225750.8的中國專利公開了一種LED晶片及其製造方法，包括：a、製作LED晶片原片，將LED晶片原片貼上在藍膜（15）上；b、將上述LED晶片原片用雷射劃片，解離成若干個獨立的LED晶片（11）；c、然後通過擴膜將相鄰的獨立LED晶片（11）拉開，使相鄰的獨立LED晶片（11）之間具有間隙；d、將藍膜（15）及獨立LED晶片（11）翻轉後安置在鍍膜夾具上，去掉藍膜（15），使每個獨立LED晶片（11）襯底（1）的底面和側面裸露；e、在獨立LED晶片（11）襯底（1）的側面和底面蒸鍍反射鏡（10）；f、最後，將獨立LED晶片（11）從鍍膜夾具上取下，得到所述的LED晶片。但是，該工藝是先解離成獨立晶片後再做鍍膜工藝，過程較為繁瑣，成本較高；此外，晶片的側面為垂直面，不利於反射層的形成（如蒸鍍或濺鍍等）。
發明內容
專利目的
《發光二極體晶片的製作方法》所要解決的技術問題是改進2014年4月之前技術的局限，以進一步提高發光二極體晶片的出光效率和降低製作成本。
技術方案
1）提供一藍寶石襯底；
2）在藍寶石襯底上形成外延層，其中外延層包括N型層、發光層和P型層；
3）通過光刻及蝕刻技術，使N型層局部露出；
4）分別在P型層和裸露的N型層上製作P電極和N電極；
5）減薄藍寶石襯底；
6）採用雷射沿著藍寶石襯底背面進行偏移2次劃片，形成U型缺口；
7）對U型缺口進行蝕刻作業；
8）在藍寶石襯底背面及U型缺口上形成分布布拉格反射層；
9）以及從藍寶石正面裂片，得發光二極體晶片。
《發光二極體晶片的製作方法》的創新之處在於：在製作發光二極體晶片的過程中，結合雷射劃片、蝕刻工藝和背鍍反射層的技術。具體來說，在發光二極體晶片背鍍反射層之前增加了採用2次偏移背劃後進行蝕刻作業形成U型缺口，由於經過2次雷射偏移背劃，增加劃寬、劃深，且避免雷射能量過高導致芯粒燒傷，儘可能增大缺口表面積；進一步地，通過蝕刻作業，可以去除雷射劃片留下的碎屑並使得U型缺口的表面更為平整；更進一步地，U型缺口使得藍寶石襯底形成局部傾斜的側面，該側面加上襯底背面形成高反射層後，可以更大程度地向上反射從發光層發光的光線，提高發光二極體晶片的出光效率。
優選的，還包括在P型層上形成透明導電層，再在透明導電層上製作P電極。
優選的，還包括形成分布布拉格反射層後，再形成金屬反射層，構成全方位反射層，金屬反射層可選用鋁、金或銀等。
優選的，所述減薄後藍寶石襯底的厚度為50—100微米。
優選的，所述蝕刻作業包括乾法蝕刻或者濕法蝕刻或者前述組合。
優選的，所述U型缺口的寬度為10—30微米。
優選的，所述U型缺口的深度為20—40微米。
優選的，所述分布布拉格反射層由交替的高折射率和低折射率材料層組成。
優選的，所述高折射率層材料選自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意組合之一。
優選的，所述低折射率層材料選自SiO2、SiNx、A12O3或前述的任意組合之一。
優選的，所述分布布拉格反射層的層數是不少於兩層。
改善效果
（1）採用2次雷射偏移背劃後再進行蝕刻的方式，製作背部劃深槽，利於背鍍反射層的形成；
（2）當發光層發光時，原本側面大部分被散射出來，通過改變製程的順序及做法，即可藉由背鍍反射層（如DBR）使光路發生改變，增加芯粒側部的反射面積，避免光損失，提高光提取率；
（3）增加晶片側面的反射鏡面積，減少後段封裝工序複合膠對LED晶片因烘烤固化後不穩定現象，增加可靠性，節省封裝工序，降低製作成本；
（4）襯底背面部分還可設定金屬反射層，金屬反射層具有良好的導熱性及反射率，有利於LED晶片的出光效率的進一步提升及散熱性能的改善。
附圖說明
附圖用來提供對《發光二極體晶片的製作方法》的進一步理解，並且構成說明書的一部分，與《發光二極體晶片的製作方法》實施例一起用於解釋《發光二極體晶片的製作方法》，並不構成對《發光二極體晶片的製作方法》的限制。此外，附圖數據是描述概要，不是按比例繪製。
101：藍寶石襯底；102：N型層；103：發光層；104：P型層；105：透明導電層；106：P電極；107：N電極；108：掩膜層；109：U型缺口；110：分布布拉格反射層。
圖1—10是《發光二極體晶片的製作方法》實施例製作具有背鍍反射層的發光二極體晶片的流程示意剖面圖。
技術領域
《發光二極體晶片的製作方法》涉及半導體器件領域，尤其是涉及一種結合雷射劃片、蝕刻和背鍍反射層技術用於發光二極體晶片的製作方法。
權利要求
1.發光二極體晶片的製作方法，包括步驟：
1）提供一藍寶石襯底；
2）在藍寶石襯底上形成外延層，其中外延層包括N型層、發光層和P型層；
3）通過光刻及蝕刻技術，使N型層局部露出；
4）分別在P型層和裸露的N型層上製作P電極和N電極；
5）減薄藍寶石襯底；
6）採用雷射沿著藍寶石襯底背面進行偏移2次劃片，形成U型缺口；
7）對U型缺口進行蝕刻作業；
8）在藍寶石襯底背面及U型缺口上形成分布布拉格反射層；以及
9）從藍寶石正面裂片，得發光二極體晶片。
2.根據權利要求1所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述蝕刻作業包括乾法蝕刻或者濕法蝕刻或者前述組合。
3.根據權利要求1所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述U型缺口的寬度為10—30微米。
4.根據權利要求1所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述U型缺口的深度為20—40微米。
5.根據權利要求1所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：還包括形成分布布拉格反射層後，再形成金屬反射層，構成全方位反射層。
6.根據權利要求1所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：還包括在P型層上形成透明導電層，再在透明導電層上製作P電極。
7.根據權利要求5所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述分布布拉格反射層由交替的高折射率和低折射率材料層組成。
8.根據權利要求7所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述高折射率層材料選自TiO、TiO2、Ti3O5、Ti2O3、Ta2O5、ZrO2或前述的任意組合之一。
9.根據權利要求7所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述低折射率層材料選自SiO2、SiNx、A12O3或前述的任意組合之一。
10.根據權利要求5所述的發光二極體晶片的製作方法，其特徵在於：所述金屬反射層選用Al、Au或Ag或前述的任意組合之一。
實施方式
以下結合實施例對《發光二極體晶片的製作方法》作進一步的描述。
- 實施例1
一種氮化鎵基發光二極體晶片的製作方法，其製作步驟包括：
如圖1所示，在藍寶石襯底101上採用金屬有機化學氣相沉積（MOCVD）依次外延生長：N型層102、發光層103和P型層104。
如圖2所示，通過光刻及蝕刻技術，使N型層102局部露出。
如圖3所示，在外延層表面，即P型層104表面上製作ITO透明導電層105。
如圖4所示，通過光刻及蝕刻技術，分別在ITO透明導電層105和暴露的N型層102上製作P電極106和N電極107。
如圖5所示，減薄藍寶石襯底101，背面減薄後的藍寶石襯底101厚度為85微米。
如圖6所示，在藍寶石背面設定掩膜層108，通過光刻工藝露出切割道。
如圖7所示，採用雷射沿著藍寶石襯底背面進行先後偏移切割道中心的2次劃片，避免雷射能量過高導致芯粒燒傷，增加了劃寬、劃深，形成U型缺口109，使得藍寶石襯底形成局部傾斜的側面。
如圖8所示，對U型缺口進行ICP蝕刻作業，去除雷射劃片留下的碎屑並使得U型缺口的表面更為平整，U型缺口108的寬度為20微米，深度為30微米。
如圖9所示，在藍寶石襯底101背面及U型缺口109上蒸鍍20層由高折射率TiO2和低折射率SiO2材料交替組成的分布布拉格反射層110，使得藍寶石襯底局部側面及背面均設定有具有高反射性的分布布拉格反射層，如此增加了晶片側面的反射鏡面積，可以更大程度地向上出光；此外，減少後段封裝工序複合膠對LED晶片因烘烤固化後不穩定現象，增加可靠性，節省封裝工序，降低製作成本。
如圖10所示，從藍寶石襯底101正面裂片，裂片方向與U型缺口的中心線（切割道中心線）在垂直方向上保持一致，從而製得氮化鎵基發光二極體晶片。
- 實施例2
與實施例1不同的是，本實施例在藍寶石襯底背面及U型缺口上蒸鍍分布布拉格反射層之後，再濺鍍Al金屬反射層，如此構成全方位反射層，由於金屬反射層具有良好的導熱性及高反射率，有利於LED晶片的出光效率的進一步提升及散熱性能的改善。
應當理解的是，上述具體實施方案為《發光二極體晶片的製作方法》的優選實施例，《發光二極體晶片的製作方法》的範圍不限於該實施例，凡依《發光二極體晶片的製作方法》所做的任何變更，皆屬《發光二極體晶片的製作方法》的保護範圍之內。
榮譽表彰
2021年8月16日，《發光二極體晶片的製作方法》獲得安徽第八屆專利獎金獎。
