[发明专利]GaN基发光二极管芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体材料的制备领域，尤其涉及一种GaN基发光二极管芯片及其制备方法。

背景技术

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，并进而通过研磨来减薄该晶片；3)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；2)进行正面激光划片；3)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；5)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；5)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。

发明内容

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，本发明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。