專利名稱：分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的led芯片制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及結(jié)合金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積(MOCVD)外延生長(zhǎng)技術(shù)、激光剝離和倒封裝技術(shù)的一種功率型半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)芯片的制備方法。本發(fā)明提出一種通過生長(zhǎng)直接獲得分立晶粒LED芯片的方法，提供LED芯片的幾何圖形設(shè)計(jì)不受LED芯片后工藝限制的新途徑，適用于獲得新型、大功率LED的制備。
背景技術(shù)：
通常，LED是在襯底上外延生長(zhǎng)獲得的，因而，LED的制備受到襯底晶體的晶格結(jié)構(gòu)的制約。晶格失配、熱膨脹系數(shù)的差異，使外延生長(zhǎng)階段的芯片外延層中應(yīng)力積累和釋放而產(chǎn)生大量的位錯(cuò)，特別對(duì)藍(lán)寶石襯底上GaN基LED外延層來說，位錯(cuò)密度高達(dá)1011/cm2，從根本上制約了LED功率的進(jìn)一步提高。在光導(dǎo)出方面，由于半導(dǎo)體折射率的與空氣折射率差，抑制了光從半導(dǎo)體出射的效率，以及出光面的半導(dǎo)體材料吸收和金屬電極層的吸收也不可忽視。另外，襯底的散熱問題也大大地影響著功率型LED的特性。以上三方面成為影響功率型半導(dǎo)體LED芯片光功率主要因素。
芯片制備的后工藝——?jiǎng)澠哑玫降腖ED形狀和成品率，也普遍受襯底上晶體結(jié)構(gòu)的影響。對(duì)藍(lán)寶石襯底上GaN基器件來說，更是由于藍(lán)寶石的解理面與GaN外延層解理面不同而限制了芯片的形狀，使有利于出光的管芯幾何圖形設(shè)計(jì)受到制約。另外，使用難于加工的襯底，增加了芯片制備的成本。
目前，有很多報(bào)道降低外延層中位錯(cuò)密度，提高晶體質(zhì)量的研究結(jié)果，主要為選擇側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù)(LEO)和過渡層生長(zhǎng)技術(shù)。日本的中村修二等人采用側(cè)向外延技術(shù)將源于襯底的貫穿位錯(cuò)密度降低了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，日本KazuyukiTadatomo等人圖形化襯底上生長(zhǎng)的LED外延層制備LED研究報(bào)道，位錯(cuò)密度降低為常規(guī)生長(zhǎng)外延片的三分之一，而LED光功率提高近五倍，外量子效率達(dá)24％；日本名城大學(xué)赤崎勇研究組的M.Iwaya等人報(bào)道低溫AlN插入層使張應(yīng)力得到釋放，獲得了外延片上與位錯(cuò)對(duì)應(yīng)的暗點(diǎn)密度降低到2×107cm-2的好結(jié)果；T.Wang等人和C.C.Yang等報(bào)道的多種緩沖層結(jié)構(gòu)也給出了與位錯(cuò)對(duì)應(yīng)的腐蝕坑密度達(dá)到106cm-2數(shù)量級(jí)的結(jié)果表明晶體質(zhì)量顯著提高，并獲得紫外光發(fā)光二極管(UVLED)功率大幅提高的良好結(jié)果。
對(duì)于GaN基材料的異質(zhì)生長(zhǎng)來說，雖然側(cè)向外延生長(zhǎng)技術(shù)(LEO)和過渡層生長(zhǎng)技術(shù)能夠改善晶體質(zhì)量的機(jī)理還有許多不清楚的地方，但不能排除生長(zhǎng)過程中應(yīng)力的變化是一個(gè)重要因素。
采用激光剝離技術(shù)，剝離藍(lán)寶石襯底，制備垂直電極結(jié)構(gòu)的GaN基LED，已經(jīng)成為一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展方向。日本日亞公司和德國(guó)的Osram公司已經(jīng)推出該技術(shù)的相關(guān)設(shè)備。同時(shí)，倒封裝結(jié)構(gòu)的LED，由于避免了P電極和P-GaN吸收，利用并且折射率低于GaN的藍(lán)寶石面出光，已經(jīng)證明能夠使光功率明顯提高，即使不剝離藍(lán)寶石襯底，也能夠大幅提高光功率1.5倍以上，美國(guó)LumiledsLighting的J.J.Wierer等報(bào)告的結(jié)果以及Daniel Steigerwald等提出的專利US6573537 B1表明倒裝芯片出光效率提高1.6倍。
我國(guó)臺(tái)灣的J.T.Shu等進(jìn)行了HVPE島狀選擇生長(zhǎng)LED的方法，觀察到島狀生長(zhǎng)區(qū)域的腐蝕坑密度(EPD)為1-5×107cm-2，說明島狀外延生長(zhǎng)獲得了很好的晶體質(zhì)量，同時(shí)將LED外形做成六邊形，使得LED的光功率為常規(guī)的非島狀生長(zhǎng)的方型LED的兩倍。
因此，運(yùn)用改善晶體質(zhì)量的生長(zhǎng)方法、結(jié)合倒封裝、垂直結(jié)構(gòu)LED的制備，是提高LED光功率的主要方向。
本項(xiàng)發(fā)明在上述研究基礎(chǔ)上，提出一種不同的改變外延生長(zhǎng)過程中應(yīng)力分布以降低位錯(cuò)密度提高晶體質(zhì)量，即MOCVD島狀生長(zhǎng)，結(jié)合高出光效率的管芯形狀設(shè)計(jì)和激光剝離技術(shù)，獲得大功率LED芯片的簡(jiǎn)單、有效的新方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種結(jié)合高出光效率的管芯形狀設(shè)計(jì)，通過島狀區(qū)域LED外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)分立晶粒LED芯片，激光剝離后將分立的LED芯片封裝成上下電極的垂直結(jié)構(gòu)的、具有較高光功率的LED的制備方法。
分立晶粒LED外延層，在島狀區(qū)域外延生長(zhǎng)過程中，由于應(yīng)力分布的改善，外延層中位錯(cuò)密度減少，晶體質(zhì)量提高，從而提高了LED內(nèi)量子效率。
設(shè)計(jì)島狀區(qū)域的形狀，使生長(zhǎng)獲得的晶粒幾何形狀為適合光導(dǎo)出的多邊形、圓形，提高LED的光功率。
由于島狀區(qū)域生長(zhǎng)有利于應(yīng)力的釋放，在激光剝離過程中降低GaN和藍(lán)寶石襯底界面處由于激光輻照而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少剝離過程中的損傷，減少剝離前后LED的發(fā)光光譜因應(yīng)力變化而發(fā)生移動(dòng)，以保證剝離襯底而獲得高性能的LED。
傳統(tǒng)LED制備方法是MOCVD外延生長(zhǎng)、電極制備、外延片減薄、分割獲得芯片。本發(fā)明則在外延生長(zhǎng)時(shí)即獲得分立的LED晶粒，只需激光剝離去除襯底和電極制備，即可獲得LED芯片，無需減薄、分割等工藝過程，即可獲得LED芯片，與常規(guī)LED工藝相比，減少了后工藝，降低了成本。
本發(fā)明提出的島狀區(qū)域外延生長(zhǎng)獲得分立晶粒的垂直結(jié)構(gòu)LED的方法，工藝過程簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，是提高發(fā)光二極管效率的有效途徑。
該方法由于結(jié)合了激光剝離技術(shù)剝離藍(lán)寶石襯底，制備成垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片，而且芯片的形狀設(shè)計(jì)為圓形和多邊形，因而與J.T.Shu等報(bào)道的島狀生長(zhǎng)獲得的LED芯片方法有著顯著的不同。
本發(fā)明的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法有以下幾個(gè)要點(diǎn)1.在島狀區(qū)域外延生長(zhǎng)分立晶粒LED外延層，區(qū)別于常規(guī)的整片生長(zhǎng)和側(cè)向外延生長(zhǎng)，將生長(zhǎng)限制在芯片尺度的一定區(qū)域內(nèi)。
2.生長(zhǎng)過程中應(yīng)力分布改善，可以生長(zhǎng)比較厚的外延層，外延層中位錯(cuò)密度減少，晶體質(zhì)量提高。
3.在激光剝離過程中，島狀區(qū)域生長(zhǎng)可以降低GaN和藍(lán)寶石襯底界面處由于激光輻照而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少剝離過程中的損傷，減少剝離前后LED的發(fā)光光譜因應(yīng)力變化而發(fā)生移動(dòng)，以保證剝離襯底而獲得高性能的LED。
4.島狀區(qū)域的幾何圖形為適合光從管芯導(dǎo)出的多邊形和圓形，從而實(shí)現(xiàn)了通過生長(zhǎng)控制管芯形狀和尺寸，越過了后工藝加工獲得多邊形和圓形管芯的困難，為管芯制備提供了一條新的途徑。
5.在外延生長(zhǎng)時(shí)即獲得分立的LED晶粒，只需激光剝離去除襯底和電極制備即可獲得LED芯片，無需對(duì)藍(lán)寶石或GaN減薄、分割等工藝過程，即可獲得LED芯片，與常規(guī)LED工藝相比，減少了后工藝的花費(fèi)，降低了成本。
根據(jù)本發(fā)明的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的制備方法，具體技術(shù)方案有兩種，下面詳細(xì)說明各個(gè)技術(shù)方案的具體步驟分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片發(fā)光二極管的制備方法一，具體步驟如下1.在藍(lán)寶石襯底上淀積SiO2，并刻蝕SiO2以限定島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀。將生長(zhǎng)區(qū)的幾何形狀設(shè)計(jì)為有利于光導(dǎo)出多邊形和圓形。
2.在帶有SiO2圖形的襯底上依次生長(zhǎng)n型GaN、LED有源層、p型GaN；外延片還要進(jìn)行常規(guī)的P型激活退火。
3.在p-GaN上制備電極和反射層，電極金屬要能夠獲得良好歐姆接觸，同時(shí)還要考慮到與起反射鏡面作用的反射層金屬有良好的粘附作用，淀積之后要經(jīng)過合金而獲得與p-GaN間的歐姆接觸；反射層金屬的選擇為反射率高、穩(wěn)定性好、與歐姆接觸層金屬有良好的粘附性，對(duì)歐姆接觸無不良影響的金屬。
4.將上述帶有P電極LED外延片鍵合在Si或Cu支撐襯底上，放置在真空室中抽走膠中氣泡，保證島狀生長(zhǎng)層與支撐襯底表面均勻無空洞的緊密接觸，支撐襯底加工成具有誘導(dǎo)裂片功能的圖形。
5.激光剝離去除難于加工的藍(lán)寶石襯底。由于GaN與藍(lán)寶石襯底結(jié)合部分少，激光剝離中可以采用較低能量的激光束，減少了在剝離過程對(duì)界面處晶體的損傷。剝離完成后，需要去除外延層表面的金屬Ga。
6.在n-GaN面上完成n電極制備；由于出光面的要求，n電極要盡量占有較小的面積，通常在保證焊線的最低要求尺度上設(shè)計(jì)電極尺寸。
7.分離島狀生長(zhǎng)區(qū)域?yàn)榇怪彪姌O結(jié)構(gòu)的LED芯片。
分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片發(fā)光二極管的制備方法二，具體步驟如下1.在藍(lán)寶石襯底上淀積SiO2，并刻蝕SiO2以限定島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀。將生長(zhǎng)區(qū)的幾何形狀設(shè)計(jì)為有利于光導(dǎo)出多邊形和圓形。
2.在藍(lán)寶石襯底上運(yùn)用氫化物氣相外延(HVPE)技術(shù)生長(zhǎng)厚n-GaN外延層。
3.在帶有厚n-GaN島狀生長(zhǎng)層的襯底上運(yùn)用MOCVD技術(shù)二次生長(zhǎng)Si摻雜GaN、LED有源層、p型GaN，外延片還要進(jìn)行常規(guī)的P型激活退火。
4.在p-GaN上制備電極和反射層，電極金屬要能夠獲得良好歐姆接觸，同時(shí)還要考慮到與起反射鏡面作用的反射層金屬有良好的粘附作用，淀積之后要經(jīng)過合金而獲得與p-GaN間的歐姆接觸；反射層金屬的選擇為反射率高、穩(wěn)定性好、與歐姆接觸層金屬有良好的粘附性，對(duì)歐姆接觸無不良影響的金屬。
5.將上述帶有P電極LED外延片鍵合在Si或Cu支撐襯底上，放置在真空室中抽走膠中氣泡，保證島狀生長(zhǎng)層與支撐襯底表面均勻無空洞的緊密接觸，支撐襯底加工成具有誘導(dǎo)裂片功能的圖形。
6.激光剝離去除難于加工的藍(lán)寶石襯底。由于GaN與藍(lán)寶石襯底結(jié)合部分少，激光剝離中可以采用較低能量的激光束，減少了在剝離過程對(duì)界面處晶體的損傷。剝離完成后，需要去除外延層表面的金屬Ga。
7.在n-GaN面上完成n電極制備，由于出光面的要求，n電極要盡量占有較小的面積，通常在保證焊線的最低要求尺度上設(shè)計(jì)電極尺寸。
8.分離島狀生長(zhǎng)區(qū)域?yàn)榇怪彪姌O結(jié)構(gòu)的LED芯片。
上述兩種方法，同樣適用于外延層中帶有AlGaN電子阻擋層的LED的制備。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)地說明圖1島狀生長(zhǎng)的平面幾何圖形結(jié)構(gòu)；圖2n型電極平面圖；圖3(a)～(i)為分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)LED芯片制備過程；圖4(a)和(b)分別示意Al和Ag的反射率與膜厚的關(guān)系。
最佳實(shí)施例詳細(xì)描述下面參照本發(fā)明的附圖，更詳細(xì)的描述出本發(fā)明的最佳實(shí)施例。
如圖3(a)～(f)所示為分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片制備過程，圖中1表示是藍(lán)寶石襯底或帶有GaN生長(zhǎng)層的襯底，2是SiO2，3是LED外延片，4是透明電極(Ni/Au)，5是反射層，6是支撐襯底(Si或Cu)，7是鍵合金屬(Au-Sn合金)。下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明最佳實(shí)施例一具體步驟(a)在藍(lán)寶石襯底1上淀積SiO22，并刻蝕SiO22以限定島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀。生長(zhǎng)區(qū)域的大小為L(zhǎng)ED器件尺寸，生長(zhǎng)區(qū)的幾何形狀為有利于光導(dǎo)出多邊形和圓形，圖1中示例了矩形、六邊形和圓形；(b)在(a)步驟獲得的襯底上，運(yùn)用MOCVD技術(shù)生長(zhǎng)LED外延層，并進(jìn)行P型激活退火。
(c)在GaN基LED外延片3p面上蒸鍍透明電極4，結(jié)構(gòu)為Ni(50～100)/Au(50～100)，然后在氧氣氛中500℃下合金5分鐘。
(d)在透明電極上蒸鍍Ni(50～100)/Al(300～500)/Ni(200)/Au(2000)反射層5。反射層5中高反射率金屬可以為Al或Ag，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，可根據(jù)厚度與反射率關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。圖4所示為對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)，Al層厚度和Ag層厚度與反射率的關(guān)系曲線圖。
(e)Si或Cu支撐襯底上制備SiO2絕緣層，蒸鍍Au-Sn合金或其他可用于鍵合的金屬層7，并放置在真空室中抽走膠中氣泡，保證島狀生長(zhǎng)層與支撐襯底表面均勻無空洞的緊密接觸，將支撐襯底加工成可以誘導(dǎo)裂片的圖形及結(jié)構(gòu)。
(f)在約300℃或更低的溫度下下把LED外延片與Si襯底或銅襯底6鍵合。
(g)用KrF準(zhǔn)分子激光器從藍(lán)寶石襯底側(cè)照射，剝離藍(lán)寶石襯底，激光器波長(zhǎng)248nm，照射能量密度400-600mJ/cm2，掃描頻率為1Hz；剝離完成后，需要去除外延層表面的金屬Ga。
(h)在n-GaN表面蒸鍍n電極金屬，經(jīng)過圖形剝離獲得n電極；如圖3所示為n型電極平面圖，圖中電極結(jié)構(gòu)為Ti 200/Al 200～300/Ti 100～200/Au 4000。
(i)分離島狀生長(zhǎng)區(qū)域，則獲得大功率垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片。
最佳實(shí)施例二技術(shù)方案如下，參考圖3說明本實(shí)施例的具體步驟
(a)在藍(lán)寶石襯底1上淀積SiO22，并刻蝕SiO22以限定島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀。生長(zhǎng)區(qū)域的大小為L(zhǎng)ED器件尺寸，生長(zhǎng)區(qū)的幾何形狀為有利于光導(dǎo)出多邊形和圓形，圖1中示例了矩形、六邊形和圓形。
(b)在(a)步驟中獲得的襯底上，在藍(lán)寶石襯底上運(yùn)用氫化物氣相外延(HVPE)技術(shù)生長(zhǎng)厚n-GaN外延層，獲得島狀生長(zhǎng)的n型GaN襯底。
(c)在(b)步驟獲得的島狀GaN襯底上，運(yùn)用MOCVD技術(shù)二次生長(zhǎng)Si摻雜GaN、LED有源層、p型GaN，外延片還要進(jìn)行常規(guī)的P型激活退火。
(d)在GaN基LED外延片p面上蒸鍍透明電極4，結(jié)構(gòu)為Ni(50)/Au(50)，然后在氧氣下500℃下合金5分鐘。
(e)在透明電極上蒸鍍Ni(50～100)/Al(300～500)/Ni(200)/Au(2000)反射層5。反射層5中高反射率金屬可以為Al或Ag，對(duì)應(yīng)波長(zhǎng)，可根據(jù)厚度與反射率關(guān)系進(jìn)行調(diào)整。圖4所示為對(duì)應(yīng)于不同波長(zhǎng)，Al層厚度和Ag層厚度與反射率的關(guān)系曲線圖。
(f)Si或Cu支撐襯底上1制備SiO2絕緣層，蒸鍍Au-Sn合金或其他可用于鍵合的金屬層7，并放置在真空室中抽走膠中氣泡，保證島狀生長(zhǎng)層與支撐襯底表面均勻無空洞的緊密接觸，將支撐襯底加工成可以誘導(dǎo)裂片的圖形及結(jié)構(gòu)6。
(g)在約300℃或更低溫度下把LED外延片與Si襯底或銅襯底6鍵合。
(h)用KrF準(zhǔn)分子激光器從藍(lán)寶石襯底側(cè)照射，剝離藍(lán)寶石襯底，激光器波長(zhǎng)248nm，照射能量密度400-600mJ/cm2，掃描頻率為1Hz；剝離完成后，需要去除外延層表面的金屬Ga。
(i)在n-GaN表面蒸鍍n電極金屬，經(jīng)過圖形剝離獲得n電極；如圖3所示為n型電極平面圖，圖中電極結(jié)構(gòu)為Ti 200/Al 200～300/Ti 100～200/Au 4000。
(j)分離島狀生長(zhǎng)區(qū)域，則獲得大功率垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片。
在以上對(duì)應(yīng)兩種分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的制備方法的制備方法的兩個(gè)最佳實(shí)施例，外延生長(zhǎng)步驟中增加AlGaN電子阻擋層或進(jìn)行其他生長(zhǎng)，將獲得具有AlGaN電子阻擋層或其他外延結(jié)構(gòu)的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片，均可實(shí)施上述分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的制備方法所述的技術(shù)方案。
本項(xiàng)發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)在島狀區(qū)域外延生長(zhǎng)分立晶粒LED外延層，區(qū)別于常規(guī)的整片生長(zhǎng)和側(cè)向外延生長(zhǎng)，將生長(zhǎng)區(qū)域限制在芯片尺度內(nèi)，獲得芯片尺寸的高質(zhì)量島狀LED外延層。
(2)生長(zhǎng)過程中應(yīng)力分布改善，可以生長(zhǎng)比較厚的外延層，外延層中位錯(cuò)密度減少，晶體質(zhì)量提高，使LED發(fā)光效率提高。
(3)直接在島狀圖形襯底上實(shí)施與普通GaN-based LED生長(zhǎng)接近工藝，容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；(4)在激光剝離過程中，島狀區(qū)域生長(zhǎng)可以降低GaN和藍(lán)寶石襯底界面處由于激光輻照而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少剝離過程中的損傷，減少剝離前后LED的發(fā)光光譜因應(yīng)力變化而發(fā)生移動(dòng)，以保證剝離襯底而獲得高性能的LED。
(5)島狀區(qū)域的幾何圖形為適合光從管芯導(dǎo)出的多邊形和圓形，從而實(shí)現(xiàn)了通過生長(zhǎng)控制管芯形狀和尺寸，越過了后工藝加工獲得多邊形和圓形管芯的困難，為管芯制備提供了一條新的途徑。
(6)在外延生長(zhǎng)時(shí)即獲得分立的LED晶粒，只需激光剝離去除襯底和電極制備即可獲得LED芯片，無需對(duì)藍(lán)寶石或GaN減薄、分割等工藝過程，即可獲得LED芯片，與常規(guī)LED工藝相比，減少了后工藝的花費(fèi)，降低了成本。
(7)p型反射層采用高反射率的Al復(fù)合層結(jié)構(gòu)，提高芯片出光效率。
本項(xiàng)發(fā)明對(duì)GaN基大功率發(fā)光器件提供新的方法，尤其對(duì)短波長(zhǎng)的發(fā)光二極管具有重要意義。應(yīng)用該方法制備的LED，具有成為主流潛力的垂直電極結(jié)構(gòu)，因而光功率和熱學(xué)特性好，而且由于采用有利于光出射的管芯形狀(圓形、多邊形)，光功率會(huì)進(jìn)一步提高。與目前報(bào)道的提高出光效率的方法相比，本發(fā)明所涉及的LED芯片制備工藝過程簡(jiǎn)單，有利于實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。
盡管為說明目的公開了本發(fā)明的最佳實(shí)施例和附圖，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解在不脫離本發(fā)明及所附的權(quán)利要求的精神和范圍內(nèi)，各種替換、變化和修改都是可能的。因此，本發(fā)明不應(yīng)局限于最佳實(shí)施例和附圖所公開的內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，具體包括以下步驟1)在藍(lán)寶石襯底上淀積SiO2，并刻蝕SiO2以限定島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀；2)在刻蝕有SiO2圖形的襯底上依次生長(zhǎng)n型GaN、LED有源層、p型GaN，外延片還要進(jìn)行常規(guī)的P型激活退火；3)在p-GaN上制備電極和反射層；4)將上述帶有P電極LED外延片鍵合在Si或Cu支撐襯底上，放置在真空室中抽走膠中氣泡；5)激光剝離去除藍(lán)寶石襯底；6)在n-GaN面上完成n電極制備；7)分離島狀生長(zhǎng)區(qū)域?yàn)榇怪彪姌O結(jié)構(gòu)的LED芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的IED制備方法，其特征在于支撐襯底加工成有利于芯片分割的圖形及結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于在島狀區(qū)域運(yùn)用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積技術(shù)生長(zhǎng)分立晶粒LED外延層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于刻蝕SiO2將島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀限定為圓形或多邊形。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于激光剝離藍(lán)寶石襯底，并在剝離過程中采用較低能量的激光束。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于激光剝離去除藍(lán)寶石襯底完成后，去除外延層表面的金屬Ga。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于用外延生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)AlGaN電子阻擋層。
8.一種分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，具體包括以下步驟1)在藍(lán)寶石襯底上淀積SiO2，并刻蝕SiO2以限定島狀生長(zhǎng)區(qū)域和幾何形狀；2)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚n-GaN外延層；3)在帶有厚n-GaN島狀生長(zhǎng)層的襯底上二次生長(zhǎng)Si摻雜GaN、LED有源層、p型GaN，外延片還要進(jìn)行常規(guī)的P型激活退火；4)在p-GaN上制備電極和反射層；5)將上述帶有P電極LED外延片鍵合在Si或Cu支撐襯底上，放置在真空室中抽走膠中氣泡；6)激光剝離去除藍(lán)寶石襯底；7)在n-GaN面上完成n電極制備；8)分離島狀生長(zhǎng)區(qū)域?yàn)榇怪彪姌O結(jié)構(gòu)的LED芯片。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于在島狀生長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)首先采用氫化物氣相外延技術(shù)生長(zhǎng)厚n-GaN外延層。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的分立晶粒垂直結(jié)構(gòu)的LED制備方法，其特征在于在帶有厚n-GaN島狀生長(zhǎng)層的襯底上，運(yùn)用金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積外延生長(zhǎng)技術(shù)，二次生長(zhǎng)LED外延結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種高出光效率的管芯形狀設(shè)計(jì)，通過島狀區(qū)域LED外延生長(zhǎng)，生長(zhǎng)分立晶粒LED芯片，激光剝離后將分立的LED芯片封裝成上下電極的垂直結(jié)構(gòu)的、具有較高光功率的LED的制備方法。分立晶粒LED外延層，在島狀區(qū)域外延生長(zhǎng)過程中，由于應(yīng)力分布的改善，外延層中位錯(cuò)密度減少，晶體質(zhì)量提高，從而提高了LED內(nèi)量子效率。設(shè)計(jì)島狀區(qū)域的形狀，使生長(zhǎng)獲得的晶粒幾何形狀為適合光導(dǎo)出的多邊形、圓形，提高LED的光功率。由于島狀區(qū)域生長(zhǎng)有利于應(yīng)力的釋放，在激光剝離過程中降低GaN和藍(lán)寶石襯底界面處由于激光輻照而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少剝離過程中的損傷，減少剝離前后LED的發(fā)光光譜因應(yīng)力變化而發(fā)生移動(dòng)，以保證剝離襯底而獲得高性能的LED。
文檔編號(hào)H01L33/00GK1801498SQ20051001113
公開日2006年7月12日 申請(qǐng)日期2005年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月7日
發(fā)明者于彤軍, 秦志新, 楊志堅(jiān), 胡曉東, 陳志忠, 祁山, 陸羽, 康香寧, 商淑萍, 童玉珍, 丁曉民, 張國(guó)義 申請(qǐng)人:北京大學(xué)