GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于半導(dǎo)體照明領(lǐng)域，特別是涉及一種GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]從LED的結(jié)構(gòu)上講，可以將GaN基LED劃分為正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。正裝結(jié)構(gòu)LED有兩個(gè)明顯的缺點(diǎn)，首先正裝結(jié)構(gòu)LED P、η電極在LED的同一側(cè)，電流須橫向流過(guò)η-GaN層，導(dǎo)致電流擁擠，局部發(fā)熱量高，限制了驅(qū)動(dòng)電流;其次，由于藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性差，嚴(yán)重的阻礙了熱量的散失。為了解決散熱問(wèn)題，美國(guó)Lumileds Lighting公司發(fā)明了倒裝芯片(Flipchip)技術(shù)，其散熱效果有很大的改善，但是通常的GaN基倒裝結(jié)構(gòu)LED仍然是橫向結(jié)構(gòu)，電流擁擠的現(xiàn)象還是存在，仍然限制了驅(qū)動(dòng)電流的進(jìn)一步提升。
[0003]相比于傳統(tǒng)的GaN基LED正裝結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)具有散熱好，能夠承載大電流，發(fā)光強(qiáng)度高，耗電量小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通用照明、景觀照明、特種照明、汽車(chē)照明等領(lǐng)域，成為一代大功率GaN基LED極具潛力的解決方案，正受到業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注和研究。
[0004]垂直結(jié)構(gòu)可以有效解決正裝結(jié)構(gòu)LED的兩個(gè)問(wèn)題，垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED采用高熱導(dǎo)率的襯底取代藍(lán)寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率;垂直結(jié)構(gòu)的LED芯片的兩個(gè)電極分別在LED外延層的兩側(cè)，通過(guò)圖形化的η電極，使得電流幾乎全部垂直流過(guò)LED外延層，橫向流動(dòng)的電流極少，可以避免正裝結(jié)構(gòu)的電流擁擠問(wèn)題，提高發(fā)光效率，同時(shí)也解決了P極的遮光問(wèn)題，提升LED的發(fā)光面積。
[0005]垂直結(jié)構(gòu)LED的發(fā)光效率是該結(jié)構(gòu)的一個(gè)重大優(yōu)勢(shì)，同時(shí)也是一個(gè)技術(shù)難題。隨著垂直結(jié)構(gòu)LED研發(fā)工作地不斷開(kāi)展，越來(lái)越多的目光集中在其光提取效率和出光效率上。傳統(tǒng)垂直結(jié)構(gòu)LED芯片如圖1所示，其包括支撐襯底101、Ρ電極102、發(fā)光外延結(jié)構(gòu)103以及N電極104，這種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的側(cè)壁為正金字塔型(接近垂直)，這種側(cè)壁結(jié)構(gòu)幾乎將出射角大于全反射臨界角的光線全部限制在器件內(nèi)部，不利于光提取和出光。
[0006]鑒于以上所述，提供一種能夠提高出光效率的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法實(shí)屬必要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中GaN基LED垂直芯片出光效率較低的問(wèn)題。
[0008]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，包括步驟:步驟I)，提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底上形成包括N-GaN層、量子阱層及P-GaN層的發(fā)光外延結(jié)構(gòu);步驟2)，刻蝕所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，以形成具有正金字塔型傾斜側(cè)壁的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；步驟3)，于所述傾斜側(cè)壁表面形成透明絕緣層;步驟4)，于所述透明絕緣層表面形成反射層;步驟5)，于所述P-GaN層表面形成P焊盤(pán);步驟6)，提供一鍵合襯底，并鍵合所述鍵合襯底及P焊盤(pán);步驟7)，剝離所述生長(zhǎng)襯底露出所述N-GaN層，形成固定于所述鍵合襯底上的具有倒金字塔型傾斜側(cè)壁的發(fā)光外延結(jié)構(gòu);步驟8)，對(duì)裸露的N-GaN層表面進(jìn)行粗化;步驟9)，于所述N-GaN層表面形成N焊盤(pán)。
[0009]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟I)中，所述N-GaN層直接生長(zhǎng)于所述生長(zhǎng)襯底上。
[0010]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)中，所述透明絕緣層的材料選用為氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的一種。
[0011 ]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)中，采用蒸鍍工藝制作所述反射層，所述反射層包括粘附金屬層、反射金屬層以及阻擋金屬層。
[0012]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，所述粘附金屬層選用為Ni及Cr中的一種或兩種，反射金屬層選用為Al及Ag中的一種或兩種，阻擋金屬層選用為T(mén)i，Pt及Au中的一種或兩種以上。
[0013]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)制作P焊盤(pán)包括以下步驟:步驟5-1 )，于所述P-GaN層表面制備歐姆接觸的ITO層或Ni層；步驟5-
2)，于所述ITO層或Ni層表面制作Ag反射鏡;步驟5-3)，于所述Ag反射鏡表面制作Au/Sn金屬鍵合層。
[0014]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)所述的鍵合襯底包括Si襯底、W/Cu襯底及Mo/Cu襯底中的一種。
[0015]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟7)采用激光剝離工藝剝離所述生長(zhǎng)襯底。
[0016]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟8)的表面粗化選用為濕法腐蝕，腐蝕溶液包括KOH及H2S04中的一種或兩種。
[0017]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟9)所述的N焊盤(pán)選用為Ni/Au層、Al/Ti/Pt/Au層以及Cr/Pt/Au層中的一種。
[0018]本發(fā)明還提供一種GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，包括:鍵合襯底;P焊盤(pán)，鍵合于所述鍵合襯底;具有傾斜側(cè)壁的倒金字塔型發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，結(jié)合于所述P焊盤(pán)上，包括依次層疊的P-GaN層、量子阱層及N-GaN層，所述N-GaN層表面形成有粗化結(jié)構(gòu);透明絕緣層，形成于所述傾斜側(cè)壁表面;反射層，形成于所述透明絕緣層表面；以及N焊盤(pán)，形成于所述N-GaN層表面。
[0019]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述鍵合襯底包括Si襯底、W/Cu襯底及Mo/Cu襯底中的一種。
[0020]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述P焊盤(pán)包括與P-GaN形成歐姆接觸的ITO層或Ni層，位于所述ITO層或Ni層之上的Ag反射鏡，以及位于所述Ag反射鏡之上的Au/Sn鍵合層金屬層。
[0021 ]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述透明絕緣層的材料選用為氧化娃、氧化鋁及氮化娃中的一種。
[0022]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述反射層包括粘附金屬層、反射金屬層以及阻擋金屬層。
[0023]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述粘附金屬層選用為Ni及Cr中的一種或兩種，反射金屬層選用為Al及Ag中的一種或兩種，阻擋金屬層選用為T(mén)i，Pt及Au中的一種或兩種以上。
[0024]作為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述的N焊盤(pán)選用為Ni/Au層、Al/Ti/Pt/Au層以及Cr/Pt/Au層中的一種。
[0025]如上所述，本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及制備方法，具有以下有益效果:本發(fā)明將發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的側(cè)壁做成倒金字塔型，并鍍有反射層，可有效地改善現(xiàn)有的正金字塔型側(cè)壁的LED垂直芯片幾乎將出射角大于全反射臨界角的光線全部限制在器件內(nèi)部的缺陷，并將射向該側(cè)壁的更多的光線以更短的距離傳輸出去。本發(fā)明的垂直芯片側(cè)壁結(jié)構(gòu)增加了光提取效率，更有利于出光，同時(shí)利用絕緣材料對(duì)側(cè)壁進(jìn)行保護(hù)，有效避免制程中造成的芯片漏電情況，提尚芯片可靠性。本發(fā)明結(jié)構(gòu)及方法簡(jiǎn)單，可有效提尚LED的出光效率，在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0026]圖1顯示為現(xiàn)有技術(shù)中的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027]圖2?圖10分別顯示為本發(fā)明的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0028]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0029]201生長(zhǎng)襯底
[0030]202 N-GaN層
[0031]203量子阱層
[0032]204 P-GaN層
[0033]205傾斜側(cè)壁
[0034]206絕緣層
[0035]207反射層
[0036]208 P 焊盤(pán)
[0037]209鍵合襯底
[0038]210粗化結(jié)構(gòu)
[0039]211 N 焊盤(pán)
【具體實(shí)施方式】
[0040]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0041]請(qǐng)參閱圖2?圖10。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0042]如圖2?圖10所示，本實(shí)施例提供一種具有倒金字塔型側(cè)壁的GaN基LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，包括步驟:
[0043]如圖2所示，首先進(jìn)行步驟I)，提供一生長(zhǎng)襯底201，于所述生長(zhǎng)襯底201上形成包括N-GaN層202、量子阱層203及P-GaN層204的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)；
[0044]作為示例，所述生長(zhǎng)襯底201為藍(lán)寶石襯底。
[0045]具體地，采用化學(xué)氣相沉積工藝依次于所述藍(lán)寶石襯底表面制備所述N-GaN層202、量子阱層203以及P-GaN層204，在本實(shí)施例中，所述N-GaN層202直接生長(zhǎng)于所述生長(zhǎng)襯底201上，可以免去剝離后的傳統(tǒng)非故意摻雜層GaN的刻蝕的步驟，節(jié)省工藝步驟及工藝成本。
[0046]另外，在本實(shí)施例中，在制備前，還包括對(duì)所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行清洗的步驟，以去除其表面的雜質(zhì)，如聚合物、灰塵等。
[0047]如圖3所示，然后進(jìn)行步驟2)，刻蝕所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)，以形成具有正金字塔型傾斜側(cè)壁205的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)。
[0048]作為示例，利用S12、光刻膠或二者搭配作為ICP干法刻蝕掩膜材料，對(duì)所述發(fā)光外延結(jié)構(gòu)進(jìn)行刻蝕，通過(guò)調(diào)節(jié)ICP干法刻蝕氣體配比等工藝變更，可制備出不同傾斜角度的器件側(cè)壁。例如，所述傾斜側(cè)壁205與生長(zhǎng)襯底201的傾斜角度可以為5?30度，具體可以選擇為10度、15度、20度等，以降低LED器件內(nèi)部光線全反射的概率，大大提高出光效率。
[0049]如圖4所示，接著進(jìn)行步驟3)，形成具有正金字塔型傾斜側(cè)壁205的發(fā)光外延結(jié)構(gòu)后，為了防止后續(xù)制備工藝造成側(cè)壁漏電，提高芯片可靠性，于所述傾斜側(cè)壁205表面形成絕緣層206，所述透明絕緣層206的材料選用為氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的一種。在本實(shí)施例中，所述絕緣層206的材料選用為二氧化硅。
[0050]如圖5所示，然后進(jìn)行步