專利名稱：一種垂直led芯片的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及半導體光電芯片制造領域，尤其涉及一種垂直LED芯片。
背景技術：
近年來,對于大功率照明發(fā)光二極管(light-emitting diode,LED)的研究已經(jīng)成為趨勢，然而傳統(tǒng)的同側結構LED存在電流擁擠、電壓過高和散熱難等缺點，很難滿足大功率的需求，而垂直LED不僅可以有效地解決大電流注入下的擁擠效應，還可以緩解大電流注入所引起的內(nèi)量子效率降低，改善垂直LED的光電性能。因此，制備垂直LED芯片首先需要解決大功率垂直LED芯片散熱的問題，即將垂直LED芯片發(fā)光產(chǎn)生的熱量轉移到導電導熱性能好的基板上。目前，將垂直LED芯片發(fā)光產(chǎn)生的熱量轉移到基板上的垂直LED芯片的制作方法中主要有鍵合路線和電鍍基板路線。 以通過鍵合路線制備垂直LED芯片的制作工藝為例進行詳細分析參見圖1，傳統(tǒng)的紅光產(chǎn)品多數(shù)采用這種轉移技術，在襯底上沉積外延層，在外延層上由下至上依次制作P型接觸層、反射鏡層、金屬層、第一鍵合層，然后將其與帶有P電極和第二鍵合層的基板在一定溫度和壓力下壓焊在一起，再剝離掉襯底，完成后續(xù)垂直LED芯片制作，所述外延層由下至上依次沉積N型層、發(fā)光區(qū)和P型層。此鍵合路線中通常以金-金(Au-Au)或者金-錫(Au-Sn)為材料制成的所述第一鍵合層和所述第二鍵合層成本較高，且所述外延層的應力難于調(diào)控，第一鍵合層和第二鍵合層在鍵合過程中對外延層和襯底的平整度要求較高，工藝窗口窄。以通過電鍍基板路線制備垂直LED芯片制作工藝為例進行詳細分析參見圖2，在襯底上沉積外延層，在外延層上由下至上依次制作P型接觸層、反射鏡層、金屬層，然后在金屬層表面通過電鍍方式沉積一層較厚的電鍍基板，使其具有支撐能力，再剝離掉襯底，完成后續(xù)垂直LED芯片制作，所述外延層由下至上依次沉積N型層、發(fā)光區(qū)和P型層。該類型的垂直LED芯片一般采用單層或多層電鍍金屬形成電鍍基板作為轉移基板，在電鍍過程中，應力較難調(diào)控。為了解決上述問題，有必要設計一種垂直LED芯片，能將其產(chǎn)生的熱量經(jīng)外延層轉移至基板上而不增加外延層上的應力以及節(jié)約垂直LED芯片的制作成本。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種垂直LED芯片，以解決制作基板的過程中對外延層造成影響，緩解外延層的應力，以及避免大量使用貴金屬制作基板，降低了垂直LED芯片制作成本。為解決上述問題，本實用新型提供了一種垂直LED芯片，至少包括外延層，以及所述外延層上由下至上依次形成的接觸層、反射鏡層、粘合層和噴涂基板；其中，所述外延層自下而上依次包含有N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層上制作有N電極，所述噴涂基板上制作有P電極。[0010]進一步的，所述粘合層為與噴涂基板有很好粘附性。優(yōu)選的，所述粘合層為具有表面粗糙度為I. 5 μ mRa-20 μ mRa的粘合層。進一步的，所述噴涂基板或粘合層為使用鋁硅合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的噴涂基板或粘合層。進一步的，所述的噴涂基板或粘合層為使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金的噴涂基板或粘合層。優(yōu)選的，所述噴涂基板為膨脹系數(shù)大于所述外延層的膨脹系數(shù)，且小于襯底的膨脹系數(shù)的噴涂基板。優(yōu)選的，所述噴涂基板為厚度為80 μ m-500 μ m的噴涂基板。 由上述技術方案可見，與現(xiàn)有的分別通過鍵合路線和電鍍基板路線制備垂直LED芯片的工藝相比，本實用新型公開的垂直LED芯片的制作方法由于能夠借助噴涂基板選擇的多樣性，容易選擇膨脹系數(shù)大于外延層膨脹系數(shù)、且小于襯底膨脹系數(shù)的導電噴涂基板，以緩解外延層的應力；其次，由于在反射鏡阻擋層與噴涂基板之間還存在所述的粘合層，增加了所述粘合層和噴涂基板之間的附著力，且在所述粘合層形成過程中，其受熱溫度低，對外延層的影響也??；同時，由于噴涂方式避免了大量貴金屬的使用，降低了垂直LED芯片制作成本。

圖I是現(xiàn)有技術通過鍵合路線制備垂直LED芯片的過程示意圖；圖2是現(xiàn)有技術通過電鍍路線制備垂直LED芯片的過程示意圖；圖3是本實用新型一種垂直LED芯片制作方法流程；圖4A至圖4H是本實用新型一種垂直LED芯片制作方法；圖5是本實用新型一種垂直LED芯片結構示意圖。
具體實施方式
為使本實用新型的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，
以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節(jié)以便于充分理解本實用新型。但是本實用新型能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本實用新型內(nèi)涵的情況下做類似推廣，因此本實用新型不受下面公開的具體實施的限制。其次，本實用新型利用示意圖進行詳細描述，在詳述本實用新型實施例時，為便于說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本實用新型保護的范圍。此外，在實際制作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖3，本實用新型所提供的一種垂直LED芯片制作方法流程為SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發(fā)光層和P型氮化層的外延層；SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層；S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層；[0029]S103 :米用嗔涂方式在所述粘合層上形成嗔涂基板；S104 :制成垂直LED芯片。下面以圖3所示的方法流程為例，結合附圖4A至4H，對一種垂直LED芯片的制作工藝進行詳細描述。實施例一SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發(fā)光層和P型氮化層的外延層；參見圖4A，提供一襯底100，在所述襯底100上生長外延層108，所述襯底100為藍寶石襯底，所述外延層108由下至上依次包含生長的N型氮化鎵102、發(fā)光層104和P型氮 化鎵106。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見圖4B，在所述外延層108的表面上依次采用電子束蒸發(fā)沉積接觸層110和反射鏡層112，其中，所述接觸層使用的材料為鎳(Ni)，其厚度為Inm;所述反射鏡層112使用的材料為銀(Ag)，其厚度為300nm。當然，在所述反射鏡層112上還可以沉積反射鏡阻擋層113，用以更好的防止所述反射鏡層112的擴散和電遷移。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。首先，參見圖4C，在反射鏡層112的表面上可采用蒸發(fā)、濺射或者噴涂方式形成粘合層114。優(yōu)選的，采用濺射方式形成粘合層114。其中，所述粘合層114可以使用鋁硅合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的材料，也可以使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金。本實施例中經(jīng)過周期為五數(shù)目的沉積過程后，再沉積厚度為2μπι的鋁(Al)形成粘合層114。其中，每周期分別沉積厚度為IOOnm的鈦(Ti)和厚度為IOOnm的鈦-鎢(Ti-W)合金。其次，參見圖4D，優(yōu)選的，可以采用表面圖形粗化或噴砂粗化使所述粘合層的表面粗化。優(yōu)選的，采用表面圖形粗化工藝，在所述粘合層的表面做光刻刻蝕出深度為2μπι的圖形，使其表面具有較大的粗糙度，便于和后續(xù)工藝形成噴涂基板(圖中未示)更牢固的結合，所述粘合層114的表面粗糙度在I. 5 μ mRa-20 μ mRa之間,優(yōu)選的,所述粘合層的表面粗糙度為3ymRa。由此形成的粘合層可以為具有良好的導電導熱性能的化合物或單質。若在所述反射鏡阻擋層113表面上形成了與其具有良好粘附力的粘合層114，也可以不對粘合層114進行表面粗化處理，參見圖4C，而直接進行接下來的步驟。接著，對所述粘合層114的表面進行清潔，其中，可以通過溶劑清洗法、蒸汽清洗法、堿洗法、熱脫酯法、等離子體處理等化學或物理的方法對粘合層的表面進行清潔，優(yōu)選的，采用等離子體處理所述粘合層的表面污跡。最后，對所述粘合層的表面進行預熱，消除水分和濕氣，提高所述粘合層與后續(xù)工藝形成的噴涂基板的結合強度。當然，還可以沉積既能與所述粘合層結合好，又能與后續(xù)工藝形成的噴涂基板很好結合的過渡層(圖中未示)。S103 :米用嗔涂方式在所述粘合層上形成嗔涂基板。若所述粘合層114為表面粗化的粘合層，則參見圖4E，如粘合層表面未進行表面粗化處理，則參見圖4F，在所述粘合層114的表面上采用噴涂方式形成厚度為80 μ m-500 μ m的噴涂基板116，用以滿足支撐要求。優(yōu)選的，所述噴涂基板的厚度為100 μ m。所述的噴涂方式可以為熱噴涂或冷噴涂，所述的熱噴涂可以為火焰噴涂、電弧噴涂或等離子體噴涂。其中，所述噴涂基板116可以使用鋁硅合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中一種或其它材料組成的材料，也可以使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金。本實例中通過等離子體噴涂鎢-銅(W-Cu)合金形成噴涂基板116。所述的W-Cu合金的比例可以進行調(diào)整，如W占所述W-Cu合金質量百分比為80% -85%，優(yōu)選的，W占所述W-Cu合金質量百分比為85%。由此形成的噴涂基板可以為具有良好的導電導熱性能的化合物或單質。S104 :制成垂直LED芯片。若所述粘合層114為表面粗化的粘合層，則參見圖4G，如粘合層表面未進行表面粗化處理，則參見圖4H，形成所述噴涂基板后，對形成的所述噴涂基板116進行退火工藝， 再進行拋光工藝，使所述噴涂基板116的表面達到工藝要求后，一種方法為按照現(xiàn)有工藝剝離所述襯底100，獨立化芯片，在所述N型氮化層102表面上制作N電極118，減薄拋光噴涂基板116到工藝要求，再在所述噴涂基板116的表面上制作P電極120，最后進行芯片切害I]，形成垂直LED芯片，如圖5所示。另一種方法為先在所述噴涂基板116表面制作P電極120，剝離掉襯底100后，獨立化芯片，再在所述N型氮化層102表面制作N電極118，最后進行芯片切割，形成垂直LED芯片。由于通過噴涂基板116將垂直LED芯片使用過程中產(chǎn)生的熱量從外延層108轉移至噴涂基板116上的制作工藝簡單，不局限于垂直LED芯片的制作，同樣可以運用于平面倒裝結構的LED芯片的制作，以緩解外延層受到的應力，以及減少貴金屬的使用，節(jié)約成本。實施例二SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發(fā)光層和P型氮化層的外延層；參見實施例一中的步驟S100，在此不再——贅述。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見實施例一中的步驟SlOl，在此不再--贅述。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。參見實施例一中的步驟S102，在此不再——贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S102不同之處在在于先沉積厚度為50nm的鉬(Pt)后，再沉積厚度為2μηι的招(Al)形成粘合層114。S103 :米用嗔涂方式在所述粘合層上形成嗔涂基板。參見實施例一中的步驟S103，在此不再--贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S103不同之處在在于通過等離子體噴鋁-硅(Al-Si)合金形成噴涂基板116。所述的Al-Si合金的比例可以進行調(diào)整，Al占所述Al-Si合金質量百分比為15% -25%，優(yōu)選的，Al占所述Al-Si合金質量百分比為20%。S104 :制成垂直LED芯片。參見實施例一中的步驟S104，在此不再--贅述。[0064]實施例三SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發(fā)光層和P型氮化層的外延層；參見實施例一中的步驟S100，在此不再--贅述。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。 參見實施例一中的步驟SlOl，在此不再--贅述。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。參見實施例一中的步驟S102，在此不再--贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S102不同之處在在于先經(jīng)過周期為五數(shù)目的沉積過程后，再沉積厚度為2μπι的鈦(Ti)形成粘合層114。其中，每周期分別沉積厚度為IOOnm的鈦(Ti)和厚度為IOOnm的鈦-鎢(Ti-W)合金。S103 :采用噴涂方式在所述粘合層上形成噴涂基板。參見實施例一中的步驟S103，在此不再--贅述。S104 :制成垂直LED芯片。參見實施例一中的步驟S104，在此不再--贅述。實施例四SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發(fā)光層和P型氮化層的外延層；參見實施例一中的步驟S100，在此不再--贅述。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見實施例一中的步驟SlOl，在此不再--贅述。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。參見實施例一中的步驟S102，在此不再--贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S102不同之處在在于先沉積厚度為50nm的鉬(Pt)后，再沉積厚度為2μπι的鈦(Ti)形成粘合層114。S103 :米用嗔涂方式在所述粘合層上形成嗔涂基板。參見實施例一中的步驟S103，在此不再--贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S103不同之處在在于通過等離子體噴鋁-硅(Al-Si)合金形成噴涂基板116。所述的Al-Si合金的比例可以進行調(diào)整，Al占所述Al-Si合金質量百分比為15% -25%，優(yōu)選的，Al占所述Al-Si合金質量百分比為20%。S104 :制成垂直LED芯片。參見實施例一中的步驟S104，在此不再--贅述。相應的，本實用新型提出一種垂直LED芯片，該垂直LED芯片包括外延層108，以及所述外延層108上由下至上依次形成的接觸層110、反射鏡層112、粘合層114和噴涂基板116。其中，所述外延層108自下而上依次還包含有N型氮化鎵層102、發(fā)光層104和P型氮化鎵層106，所述N型氮化鎵層102上制作有N電極118，所述噴涂基板上制作有P電極120。若需要防止所述反射鏡層中的銀擴散和電遷移，還可以在所述反射鏡層112上制作有反射鏡阻擋層113之后，形成所述粘合層114，如圖5所示。[0091]與現(xiàn)有技術相比，本實用新型提供的垂直LED芯片的制作方法，由于制作噴涂基板116的材料選擇多樣性，容易選擇膨脹系數(shù)大于所述外延層108的膨脹系數(shù)，且小于所述襯底100的膨脹系數(shù)的材料制作所述噴涂基板116，從而可以使后續(xù)工藝制備的垂直LED芯片在使用過程中的熱量轉移至所述的噴涂基板116上，以緩解所述外延層108上的應力。此夕卜，由于所述粘合層114的存在，也增加了所述粘合層和噴涂基板之間的附著力，且在所述粘合層形成過程中，其受熱溫度低，一般溫度不超過200°C，對外延層的影響也小。另外，由于噴涂方式避免了大量貴金屬的使用，降低了垂直LED芯片制作成本。本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改，因此本實用新型的保護范圍應當以本實用新型權利要求所界定的范圍為準?！?br> 權利要求1.一種垂直LED芯片，其特征在于，至少包括 外延層，以及所述外延層上由下至上依次形成的接觸層、反射鏡層、粘合層和噴涂基板；其中，所述外延層自下而上依次包含有N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層上制作有N電極，所述噴涂基板上制作有P電極。
2.根據(jù)權利要求I所述的垂直LED芯片，其特征在于所述粘合層與噴涂基板有很好粘附性。
3.根據(jù)權利要求I所述的垂直LED芯片，其特征在于所述粘合層為具有表面粗糙度為I. 5 μ mRa-20 μ mRa的粘合層。
4.根據(jù)權利要求2所述的垂直LED芯片，其特征在于所述噴涂基板或粘合層為使用鋁硅合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化硅、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的噴涂基 板或粘合層。
5.根據(jù)權利要求2所述的垂直LED芯片，其特征在于所述噴涂基板或粘合層為使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金的噴涂基板或粘合層。
6.根據(jù)權利要求1、2、4或5中任一項所述的垂直LED芯片，其特征在于所述噴涂基板為膨脹系數(shù)大于所述外延層的膨脹系數(shù)，且小于襯底的膨脹系數(shù)的噴涂基板。
7.根據(jù)權利要求I的垂直LED芯片，其特征在于所述噴涂基板為厚度為80 μ m-500 μ m的噴涂基板。
專利摘要本實用新型提出一種垂直LED芯片，至少包括外延層，以及所述外延層上由下至上依次形成的接觸層、反射鏡層、粘合層和噴涂基板；其中，所述外延層自下而上依次包含有N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層上制作有N電極，所述噴涂基板上制作有P電極。本實用新型提供的垂直LED芯片，可以解決制作基板的過程中對外延層造成影響，緩解外延層受到的應力，以及避免大量使用貴金屬，降低了垂直LED芯片制作成本。
文檔編號H01L33/12GK202601711SQ20122016210
公開日2012年12月12日 申請日期2012年4月13日 優(yōu)先權日2012年4月13日
發(fā)明者封飛飛, 張昊翔, 萬遠濤, 金豫浙, 高耀輝, 李東昇, 江忠永 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司