專利名稱：帶有二維自然散射出光面的led芯片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本項(xiàng)發(fā)明屬于光電技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種結(jié)合金屬有機(jī)物化學(xué)汽相淀積(MOCVD)外延生長(zhǎng)技術(shù)、激光剝離和倒裝焊技術(shù)的制備一種功率型半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)芯片的方法。
背景技術(shù)：
通常GaN基LED是以藍(lán)寶石襯底上MOCVD生長(zhǎng)的多量子阱結(jié)構(gòu)，由于晶格失配、熱膨脹系數(shù)的差異較大，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)，從根本上制約了LED功率的提高；同時(shí)，由于藍(lán)寶石襯底是電絕緣的，使得常規(guī)結(jié)構(gòu)的LED為n電極和p電極在同一面上制備的平面結(jié)構(gòu)，又因?yàn)閚電極是將表面的p型層和有源區(qū)刻蝕掉而暴露的n型層上形成的，故n型電極區(qū)域?yàn)椴话l(fā)光區(qū)域，使有效發(fā)光區(qū)域減少，并且，p電極層和接觸層的光吸收也是光損失的重要因素；在光導(dǎo)出方面，由于GaN的與空氣折射率差較大(GaN折射率為2.5)，p面出光時(shí)，只有4％左右能夠射出芯片，因而成為抑制光功率主要因素。另外，目前多數(shù)使用的藍(lán)寶石襯底的散熱問題也大大地影響著功率型LED的特性。
針對(duì)上述問題，目前解決辦法主要有(1)減少位錯(cuò)密度的晶體生長(zhǎng)技術(shù)，選擇側(cè)向外延生長(zhǎng)是研究報(bào)道較多、應(yīng)用較廣泛、可有效降低位錯(cuò)密度的改進(jìn)的MOCVD生長(zhǎng)方法，運(yùn)用該方法可以有效地提高發(fā)光器件的內(nèi)量子效率。以日本日亞公司中村修二等為代表的結(jié)果已經(jīng)表明側(cè)向外延技術(shù)(LEO)可將貫穿位錯(cuò)降低2個(gè)數(shù)量級(jí)，并成功用于GaN基激光器的制備，用于提高紫外光發(fā)光器件特性的研究也有相當(dāng)?shù)膱?bào)道。但是，成功應(yīng)用于批量生產(chǎn)的側(cè)向外延技術(shù)仍然有待開發(fā)。
(2)采用導(dǎo)電的SiC襯底，制備垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片，美國(guó)CREE公司以SiC襯底的LED為其主流產(chǎn)品，但是存在SiC LED成本高，加工難的問題。
(3)激光剝離藍(lán)寶石襯底，制備垂直電極結(jié)構(gòu)LED，日本日亞和德國(guó)的Osram公司已經(jīng)推出該技術(shù)及相關(guān)設(shè)備，成為一個(gè)值得關(guān)注的發(fā)展方向，但是由于n電極制備，芯片鍵合(wafer bonding)技術(shù)方面的困難，仍然沒有產(chǎn)業(yè)化；(4)設(shè)計(jì)各種光學(xué)結(jié)構(gòu)和電極結(jié)構(gòu)以提高光的導(dǎo)出效率。利用光子晶體的概念，對(duì)出光區(qū)設(shè)計(jì)，可提高光的導(dǎo)出效率；中村等人提出的表面粗化技術(shù)，將LED出光區(qū)加工成有利于出光的粗糙表面，將光功率提高了2-3倍。電極結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)均勻的電流分布，有效發(fā)光區(qū)域增加，這對(duì)功率型LED管芯來說非常重要；(5)倒封裝結(jié)構(gòu)由于避免P電極和P-GaN吸收，由于藍(lán)寶石折射率低于GaN，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。
盡管以上各種方法在一定程度上實(shí)現(xiàn)了功率型LED的制備，但是各方法中還都存在多種不利的因素，因此獲得具有更高的光功率的發(fā)光二極管仍然是本技術(shù)領(lǐng)域中待解決的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是提出一種基于激光剝離技術(shù)和倒裝焊技術(shù)，在外延生長(zhǎng)時(shí)將具有良好光導(dǎo)出效果的二維散射出光面，在外延生長(zhǎng)階段自然地形成于LED結(jié)構(gòu)之上，而獲得具有較高的光功率的發(fā)光二極管的制備方法。
通過控制這種二維散射出光面的微觀尺寸，還可以在n型區(qū)表面獲得較高載流子濃度，從而形成良好的歐姆接觸，對(duì)垂直結(jié)構(gòu)的LED的特性的改善具有重要的意義。
位于襯底與GaN外延層界面處二維散射出光面，還可以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。
本發(fā)明提出的在外延生長(zhǎng)前進(jìn)行的網(wǎng)狀溝槽化襯底工藝，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方法。
本發(fā)明的一種帶有二維自然散射出光面的發(fā)光二極管的制備方法有以下幾個(gè)要點(diǎn)
1.在外延生長(zhǎng)的襯底上經(jīng)刻蝕形成網(wǎng)格狀圖形，區(qū)別于目前常規(guī)側(cè)向外延的條狀結(jié)構(gòu)襯底。
2.網(wǎng)格狀溝槽襯底上生長(zhǎng)的GaN，具有二維側(cè)向外延生長(zhǎng)機(jī)制，其位錯(cuò)密度低，晶體質(zhì)量好，對(duì)提高LED發(fā)光的內(nèi)量子效率有重要意義。
3.在網(wǎng)格狀圖形化的襯底上生長(zhǎng)的LED外延層上，蒸鍍高反射率金屬?gòu)?fù)合層Ni/Au/Ni/Al/Ni/Au，同時(shí)實(shí)現(xiàn)良好的歐姆接觸，厚度分別為50/50/100/3500/200/2000。復(fù)合層中，Ni/Au起到歐姆接觸的作用，其上100的Ni層阻隔Al與Au接觸形成對(duì)歐姆接觸不利的復(fù)合體，Al高反射率層的厚度可以從700～4000，最上面的Ni和Au有利于倒裝焊工藝中與Si支撐襯底(submount)的熔接。
4.在激光剝離過程中，散射出光面可以降低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。使用較小能量的激光剝離工藝，減少損傷。網(wǎng)格狀溝槽襯底上的外延層進(jìn)行激光剝離的工藝為KrF激光器，波長(zhǎng)248nm，激光器掃描頻率1Hz，激光器能量密度400-500mJ/cm2。
5.在網(wǎng)狀溝槽襯底上生長(zhǎng)n型GaN面上蒸鍍Ti/Al/Ti/Au，形成歐姆接觸層和焊點(diǎn)。與通常的芯片相比較，n-GaN層具有更高的載流子濃度，接觸電壓會(huì)更低，因?yàn)閭?cè)向外延生長(zhǎng)層中的部分區(qū)域，施主雜質(zhì)有更高的電離趨勢(shì)。
6.N電極為有益于電流擴(kuò)展、并且小于整個(gè)出光面積10％的設(shè)計(jì)。
7.以n型GaN為出光面，由于網(wǎng)格狀溝槽襯底生長(zhǎng)的原因，出光面為二維自然散射面，光導(dǎo)出效率得到提高。
根據(jù)本發(fā)明的一種帶有二維自然散射出光面的發(fā)光二極管的制備方法，具體技術(shù)方案有三種，下面詳細(xì)說明各個(gè)技術(shù)方案的具體步驟帶有二維自然散射出光面的發(fā)光二極管的制備方法一，具體步驟如下1.在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行網(wǎng)格狀溝槽刻蝕；由于藍(lán)寶石硬度較高，普通的刻蝕方法有相當(dāng)?shù)碾y度，我們實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用反應(yīng)離子刻蝕(RIE)和誘導(dǎo)耦合等離子體(ICP)刻蝕。
2.在帶有網(wǎng)狀溝槽的襯底上依次生長(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(wú)不良影響的金屬。我們經(jīng)過研究，采用多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)Ni/Au/Ni/Al/Ni/Au，以獲得高反射率、電學(xué)特性好的LED。
4.將上述帶有P電極LED外延片鍵合在Si或Cu等支撐襯底上，放置在真空室中抽走膠中氣泡，保證外延片和支撐襯底表面均勻無(wú)空洞的緊密接觸。
5.激光剝離去除難于加工的藍(lán)寶石襯底。結(jié)合激光剝離技術(shù)，采用較低能量的激光束，盡量減少在剝離過程中對(duì)界面處晶體的損傷。剝離完成后，需要去除溶化于外延層表面的金屬Ga。
6.在n-GaN面上完成n電極制備；由于散射出光面的要求，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。
最后，經(jīng)過減薄、劃片，制備成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
帶有二維自然散射出光面的發(fā)光二極管的制備方法二，具體步驟如下1.在藍(lán)寶石襯底上首先生長(zhǎng)緩沖層和重?fù)絥-GaN外延層；此二層的厚度與設(shè)計(jì)的二維散射出光面的刻蝕深度相當(dāng)。
2.進(jìn)行網(wǎng)格狀溝槽刻蝕GaN，與刻蝕藍(lán)寶石相比，工藝難度小，易于實(shí)現(xiàn)。
3.在帶有網(wǎng)狀溝槽的襯底上依次生長(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(wú)不良影響的金屬。我們經(jīng)過研究，采用多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)Ni/Au/Ni/Al/Ni/Au，以獲得高反射率、電學(xué)特性好的LED。
5.將上述帶有P電極LED外延片鍵合在Si或Cu等支撐襯底上，放置在真空室中抽走膠中氣泡，保證外延片和支撐襯底表明均勻無(wú)空洞的緊密接觸。
6.激光剝離去除難于加工的藍(lán)寶石襯底。結(jié)合激光剝離技術(shù)，采用較低能量的激光束，盡量減少在剝離過程中對(duì)界面處晶體的損傷。剝離完成后，需要去除溶化于外延層表面的金屬Ga。
7.在n-GaN面上完成n電極制備，由于散射出光面的要求，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。
最后，經(jīng)過減薄、劃片，制備成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
在此方案中，當(dāng)步驟2的刻蝕深度小于步驟1中GaN外延層的厚度時(shí)，在步驟7中n電極是制備于比較平坦的GaN剝離面上，為了避免GaN層對(duì)光特別是短波長(zhǎng)光的吸收，應(yīng)當(dāng)注意，刻蝕深度和步驟一中GaN外延層的厚度的差應(yīng)盡量小。當(dāng)步驟2的刻蝕深度等于步驟1中GaN外延層的厚度，在步驟7中n電極是制備于散射出光面的GaN剝離面上。兩種情況的n電極特性會(huì)有所不同。
帶有二維自然散射出光面的發(fā)光二極管的制備方法三，具體步驟如下1.運(yùn)用氫化物氣相外延(HVPE)或其他方法制備高摻雜n-GaN厚膜，以GaN厚膜或者n-GaN單晶作為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)襯底。
2.刻蝕GaN成網(wǎng)格狀溝槽結(jié)構(gòu)襯底，使用GaN網(wǎng)格狀溝槽結(jié)構(gòu)襯底，將獲得更高質(zhì)量的外延生長(zhǎng)層。
3.在帶有網(wǎng)狀溝槽的襯底上依次生長(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。
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(wú)不良影響的金屬。我們經(jīng)過研究，采用多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)Ni/Au/Ni/Al/Ni/Au，以獲得高反射率、電學(xué)特性好的LED。
5.在n-GaN面上完成n電極制備，由于散射出光面的要求，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。
最后，減薄、劃片，制備成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
此方法的應(yīng)用中，考慮到短波長(zhǎng)的光被GaN層的吸收，可以P面出光，因此，步驟4應(yīng)為n-GaN上制備電極和反射層，步驟5中完成P-GaN上保證出光面積的電極。
上述三種方法，同樣適用于外延層中帶有AlGaN電子阻擋層的LED的散射出光面制備。


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加工后網(wǎng)格狀溝槽襯底圖形結(jié)構(gòu)；圖2Al層厚度與反射率的關(guān)系(光的波長(zhǎng)為400nm)；圖3n型電極平面圖；圖4(a)～(g)為帶有自然散射出光面的LED芯片制備過程。
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4(a)～(g)所示為帶有自然散射出光面的LED芯片制備過程，圖中1表示刻蝕出的溝槽部分，2是藍(lán)寶石襯底或GaN襯底，3是半導(dǎo)體接觸層，4是金屬電極，5P-GaN，6是LED有源區(qū)(MQWs)，7是n-GaN，8是透明電極(Ni/Au)，9是反射層，10是支撐襯底(Si或Cu)，11是凸點(diǎn)金屬(Au-Sn合金)，12是n電極金屬(Ti/Al/Ai/Au)，13是自然散射出光面。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)寶石襯底上刻蝕出具有二維溝槽的網(wǎng)格狀圖形；圖1所示為加工后網(wǎng)格狀溝槽襯底圖形結(jié)構(gòu)，圖1a加工后網(wǎng)格狀溝槽襯底圖形結(jié)構(gòu)的表面示意圖；圖1b加工后網(wǎng)格狀溝槽襯底圖形結(jié)構(gòu)的截面示意圖；圖中1為刻蝕出的溝槽部分，2為藍(lán)寶石襯底或GaN襯底；其中溝槽部分1的寬度為3μ～5μ，間距3μ-5μ，溝槽深0.5～1μ。
(b)在(a)步驟獲得的襯底上，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p面上蒸鍍透明電極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9。圖2所示為Al層厚度與反射率的關(guān)系曲線圖，其中光的波長(zhǎng)為400nm，反射層中Al膜的厚度可根據(jù)圖2中具體數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。
(e)Si或Cu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突點(diǎn)。
(f)在280～350℃下把LED外延片與Si襯底或銅襯底鍵合。
(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；(h)在n-GaN 7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3表示半導(dǎo)體接觸層，4表示金屬電極，電極結(jié)構(gòu)為Ti200/Al200～300/Ti100～200/Au4000。
(i)最后，經(jīng)減薄、劃片分割，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4說明本實(shí)施例的具體步驟(a)在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN緩沖層和重?fù)絥-GaN 7外延層，層厚約1μ～1.5μ。
(b)在(a)步驟中獲得的襯底上刻蝕出具有二維溝槽的網(wǎng)格狀圖形(見圖1)，圖形中溝槽寬度為3μ～5μ，間距3μ-5μ，溝槽深～1μ或者～1.5μ。
(c)在(b)步驟獲得的圖形化襯底上，生長(zhǎng)LED外延層。
(d)在GaN基LED外延片p面上蒸鍍透明電極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(3～500)/Ni(200)/Au(2000)反射層，反射層中Al膜的厚度可根據(jù)圖2中數(shù)據(jù)調(diào)整。
(f)Si或Cu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突點(diǎn)。
(g)在280～350℃下把LED外延片與Si襯底或銅襯底鍵合。
(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；(i)在n-GaN 7表面蒸鍍n電極如圖3，電極結(jié)構(gòu)為Ti200/Al200～300/Ti100～200/Au4000。
(k)最后，經(jīng)減薄、劃片分割外延片，封裝，則獲得大功率垂直電極結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片。
此技術(shù)方案中，對(duì)應(yīng)步驟(a)的層厚，步驟(b)的刻蝕深度小于層厚時(shí)，應(yīng)注意兩者的差應(yīng)越小越好。
最佳實(shí)施例三技術(shù)方案如下，參考圖4說明本實(shí)施例的具體步驟(a)在HVPE或其他方法獲得的GaN襯底上，刻蝕出具有二維溝槽的網(wǎng)格狀圖形(見圖1)，圖形中溝槽寬度為3μ～5μ，間距3μ-5μ，溝槽深0.5～1μ。
(b)在(a)步驟獲得的襯底上，生長(zhǎng)LED外延層。
(c)在GaN基LED外延片p面上蒸鍍透明電極Ni(50)/Au(50)，然后在氧氣下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，反射層中Al層的厚度可根據(jù)圖2的數(shù)據(jù)調(diào)整。
(e)在n-GaN表面蒸鍍n電極如圖3，電極結(jié)構(gòu)為Ti200/Al 200～300/Ti100～200/Au4000。
(f)最后，經(jīng)減薄、劃片分割，則獲得大功率垂直電極結(jié)構(gòu)的倒裝LED芯片。
此技術(shù)方案中在GaN襯底的基礎(chǔ)上運(yùn)用溝槽圖形化會(huì)獲得更高質(zhì)量外延層，對(duì)短波長(zhǎng)發(fā)光器件的發(fā)光效率的提高具有重要意義，當(dāng)應(yīng)用此方案制備短波長(zhǎng)發(fā)光器件時(shí)，為避免GaN對(duì)光的吸收，可采取p面出光的封裝方式，因而步驟(d)應(yīng)改為采用圖3制備P電極，步驟(e)改為整面蒸鍍獲得n電極。
在以上對(duì)應(yīng)三種二維自然散射出光面LED的制備方法的三個(gè)最佳實(shí)施例中，外延生長(zhǎng)步驟中增加AlGaN電子阻擋層，將獲得帶有二維自然散射出光面和AlGaN電子阻擋層的LED。
本項(xiàng)發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)(1)刻蝕獲得二維圖形襯底，側(cè)向生長(zhǎng)之后得到平均位錯(cuò)密度較低的高質(zhì)量外延層，提高LED芯片的發(fā)光效率。
(2)直接在襯底上刻蝕形成二維圖形，與普通GaN-based LED生長(zhǎng)工藝接近，容易實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)；(3)在圖形襯底上生長(zhǎng)，方法一和方法二可避免SiO2等常規(guī)方法中使用的掩膜在生長(zhǎng)中帶來的污染；(4)生長(zhǎng)中形成自然的二維散射出光面，可提高光功率；
(5)方法一和方法二中，雙方向的側(cè)向外延生長(zhǎng)，獲得具有較高載流子濃度n型GaN接觸層，改善了n型電極質(zhì)量，降低了工作電壓；(6)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，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，而且由于采用生長(zhǎng)過程中自然形成的二維散射面出光，光功率會(huì)進(jìn)一步提高。T.Fuji等人報(bào)道光功率正比于出光面粗糙度，優(yōu)化工藝條件后，光功率可提高2-3倍以上。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
1.一種帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，具體包括以下步驟1)在藍(lán)寶石襯底上進(jìn)行網(wǎng)格狀溝槽刻蝕；2)在帶有網(wǎng)狀溝槽的襯底上依次生長(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，采用多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)；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)減薄、劃片，制備成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED芯片。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于用外延生長(zhǎng)技術(shù)生長(zhǎng)AlGaN電子阻擋層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于激光剝離過程中采用較低能量的激光束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于進(jìn)行網(wǎng)格狀溝槽刻蝕時(shí)，用反應(yīng)離子刻蝕或者誘導(dǎo)耦合等離子體刻蝕。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于在外延生長(zhǎng)的襯底上經(jīng)刻蝕形成網(wǎng)格狀圖形，并經(jīng)過激光剝離獲得垂直結(jié)構(gòu)LED。
6.一種帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，具體包括以下步驟1)在藍(lán)寶石襯底上首先生長(zhǎng)緩沖層和重?fù)絥-GaN外延層；2)進(jìn)行GaN網(wǎng)格狀溝槽刻蝕；3)在帶有網(wǎng)狀溝槽的襯底上依次生長(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，采用多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)；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)減薄、劃片，制備成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于在外延生長(zhǎng)的襯底上經(jīng)刻蝕形成網(wǎng)格狀圖形，并經(jīng)過激光剝離獲得垂直結(jié)構(gòu)LED。
8.一種帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，具體包括以下步驟1)制備高摻雜n-GaN厚膜，以GaN厚膜或者n-GaN單晶作為L(zhǎng)ED結(jié)構(gòu)的外延生長(zhǎng)襯底；2)刻蝕GaN成網(wǎng)格狀溝槽結(jié)構(gòu)襯底，使用GaN網(wǎng)格狀溝槽結(jié)構(gòu)襯底；3)在帶有網(wǎng)狀溝槽的襯底上依次生長(zhǎng)Si摻雜GaN、LED外延層、p型接觸層，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，電極采用多層金屬?gòu)?fù)合結(jié)構(gòu)；5)在n-GaN面上完成n電極制備；6)減薄、劃片，制備成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于，進(jìn)一步包括以下步驟n-GaN上制備具有反射作用的n電極，P-GaN上制備具有出光作用的P電極，并將芯片封裝成垂直電極結(jié)構(gòu)的LED。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的帶有二維自然散射出光面的LED芯片的制備方法，其特征在于在外延生長(zhǎng)的襯底上經(jīng)刻蝕形成網(wǎng)格狀圖形，區(qū)別于目前常規(guī)側(cè)向外延的條狀結(jié)構(gòu)襯底。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種基于激光剝離技術(shù)和倒封裝技術(shù)，在外延生長(zhǎng)時(shí)將具有良好光導(dǎo)出效果的二維散射出光面，在外延生長(zhǎng)階段自然地形成于LED結(jié)構(gòu)之上，而獲得具有較高的光功率的發(fā)光二極管的制備方法。通過控制這種二維散射出光面的微觀尺寸，在n型區(qū)表面獲得較高載流子濃度，從而形成良好的歐姆接觸，對(duì)垂直結(jié)構(gòu)的LED的特性的改善具有重要的意義。位于襯底與GaN外延層界面處二維散射出光面，還可以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)H01L33/00GK1797795SQ20041010183
公開日2006年7月5日 申請(qǐng)日期2004年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月27日
發(fā)明者于彤軍, 秦志新, 胡曉東, 陳志忠, 楊志堅(jiān), 童玉珍, 康香寧, 陸羽, 張國(guó)義 申請(qǐng)人:北京大學(xué)