低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片及其制備方法，其結(jié)構(gòu)包括：基板層，生長(zhǎng)襯底上的外延層被轉(zhuǎn)移至所述基板層之上；基板層與外延層之間，由上至下依次有阻擋保護(hù)層、稀釋保護(hù)層和黏結(jié)層；N電極位于外延層之上。它利用由多種金屬或合金的疊層構(gòu)成的稀釋保護(hù)層和阻擋保護(hù)層，克服了低成本、低熔點(diǎn)金屬作為黏結(jié)層材料存在的抗腐蝕能力差、擴(kuò)散能力強(qiáng)等易破壞發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)及光電性能等問題，從而可代替貴金屬作為熱壓黏合材料，一方面極大減低了垂直式發(fā)光二極管的制備成本，另一方面較低的熱壓溫度及壓力，減小熱壓自身的殘余應(yīng)力，使器件的光電性能和可靠性得到提高。本發(fā)明主要用于半導(dǎo)體發(fā)光器件上。
【專利說明】低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光器件及其制備方法，尤其涉及一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片及其制備方法。
[0002]【背景技術(shù)】:
從發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)上講，GaN基的發(fā)光二極管芯片可分為正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工藝相對(duì)成熟，然而其具有電流擁擠和散熱困難兩大缺點(diǎn)；倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片有效地改善了傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的散熱問題，其通過將發(fā)光二極管芯片與導(dǎo)熱性能良好的基板焊接在一起，使發(fā)光二極管芯片倒置在基板上，從而可通過基板散熱，適用于大尺寸的發(fā)光二極管芯片。但是，與正裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片一樣，倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的Ρ、η電極仍在發(fā)光二極管芯片同側(cè)，電流將橫向流過η型材料，電流擁擠的現(xiàn)象仍然存在，限制了驅(qū)動(dòng)電流的進(jìn)一步增大。垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管則可以有效地解決散熱困難和電流擁擠的問題，與此同時(shí)，垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片還解決了 Ρ電極擋光的問題，提高了出光面積。除此之外，垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的另一大優(yōu)勢(shì)還在于:經(jīng)過薄膜轉(zhuǎn)移后η型材料裸露，從而使用表面粗化等方法具有可行性，這可以大大提高LED的出光效率。因此，垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片已成為大功率LED的發(fā)展趨勢(shì)，也逐漸成為照明用發(fā)光二極管芯片的主流產(chǎn)品。
[0003]垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的工藝與正裝結(jié)構(gòu)、倒裝結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片工藝的主要區(qū)別在于引入了薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)，即首先通過晶圓熱壓黏合或電鍍的方法將外延片與具有高導(dǎo)電性、高導(dǎo)熱性的基板粘合在一起，然后通過激光剝離或濕法腐蝕的方法去除原生長(zhǎng)襯底。目前產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)垂直結(jié)構(gòu)LED均通過晶圓熱壓黏合的方法進(jìn)行薄膜轉(zhuǎn)移，但是目前薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)特別是晶圓熱壓黏合階段需要使用大量的金、鉬、金錫等貴金屬材料，而貴金屬在整個(gè)垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片制造成本中占很大的比例，限制了垂直結(jié)構(gòu)LED成本的進(jìn)一步下降，而成本仍是目前LED光源大規(guī)模進(jìn)入通用照明領(lǐng)域的瓶頸之一。
[0004]
【發(fā)明內(nèi)容】
:
本發(fā)明的第一個(gè)目的在于提供一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片。
[0005]本發(fā)明的第二個(gè)目的在于提供一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法，通過設(shè)計(jì)具有多種金屬疊層結(jié)構(gòu)的P面保護(hù)層、基板保護(hù)層，使得晶圓熱壓黏合工藝所需要的大量晶圓熱壓黏合材料可采用低熔點(diǎn)、低成本的普通金屬，而避免采用Au、Pt、AuSn等貴金屬，大大降低了制備垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的成本。
[0006]本發(fā)明的第一個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，包括:基板層，基板層由依次從下至上的基板反面接觸層、基板應(yīng)力調(diào)制層、基板反面保護(hù)層、支撐基板、基板正面阻擋保護(hù)層和基板正面稀釋保護(hù)層構(gòu)成，特征是:在基板的上面依次設(shè)有黏結(jié)層、P面保護(hù)層、P面歐姆接觸金屬層和外延層，P面保護(hù)層由依次從下至上的P面稀釋保護(hù)層和P面阻擋保護(hù)層構(gòu)成，外延層由依次從下至上的P型半導(dǎo)體層、發(fā)光活性層、η型半導(dǎo)體層和緩沖層構(gòu)成，η電極位于η型半導(dǎo)體層之上。[0007]優(yōu)選地，所述的黏結(jié)層的厚度為0.5um?5um。
[0008]優(yōu)選地,所述的ρ面保護(hù)層的厚度為0.1 um?15um。
[0009]優(yōu)選地，所述的ρ面歐姆接觸金屬層的厚度為0.05um?0.5 um。
[0010]優(yōu)選地，所述的基板正面稀釋保護(hù)層的厚度為0.5 um?10 um。
[0011]優(yōu)選地,所述的基板正面阻擋保護(hù)層的厚度為0.2um?5um。
[0012]優(yōu)選地，所述的支撐基板的厚度為60um?600um。
[0013]優(yōu)選地，所述的基板應(yīng)力調(diào)制層的厚度為1 um?20 um。
[0014]優(yōu)選地，所述的基板反面接觸層的厚度為0.1 um?5 um。
[0015]優(yōu)選地，所述的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的結(jié)構(gòu)包括鈍化層、增加出光的圖形織構(gòu)層、與電極的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)、光增透層。
[0016]本發(fā)明的第二個(gè)目的是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法，特征是:
A、先在生長(zhǎng)襯底上依次沉積有緩沖層、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光活性層和ρ型半導(dǎo)體層，構(gòu)成外延層；
Β、再在外延層上依次沉積有ρ面歐姆接觸金屬層、并進(jìn)行圖形化處理，使其和η電極焊盤具有互補(bǔ)結(jié)構(gòu)；
C、再沉積由ρ面阻擋保護(hù)層和ρ面稀釋保護(hù)層構(gòu)成的ρ面保護(hù)層；
D、然后在支撐基板的正面依次沉積有基板正面阻擋保護(hù)層和基板正面稀釋保護(hù)層；
Ε、沉積黏結(jié)層；
F、在支撐基板的反面依次沉積有基板反面保護(hù)層、基板應(yīng)力調(diào)制層和基板反面接觸
層；
G、采用晶圓熱壓黏合的方式將外延層和基板通過黏結(jié)層粘合在一起；
Η、去除生長(zhǎng)襯底，最后按常用方法制備增加出光的圖形織構(gòu)層、鈍化層、光增透層和η電極，得到成品。
[0017]所述黏結(jié)層的沉積方式為以下三種方式的一種:在基板正面稀釋保護(hù)層上沉積黏結(jié)層；或在Ρ面稀釋保護(hù)層上沉積黏結(jié)層；或在基板正面稀釋保護(hù)層和Ρ面稀釋保護(hù)層上分別沉積黏結(jié)層。
[0018]優(yōu)選地，在生長(zhǎng)緩沖層之前，先圖形化生長(zhǎng)襯底，圖形化后的生長(zhǎng)襯底可以起到調(diào)節(jié)外延層應(yīng)力、提高LED出光率等重要作用。
[0019]優(yōu)選地，所述ρ面歐姆接觸金屬層、ρ面保護(hù)層、黏結(jié)層、基板正面保護(hù)層和基板反面保護(hù)層的沉積方式均采用電子束蒸發(fā)的方式。
[0020]優(yōu)選地，所述的黏結(jié)層為采用Sn、Al、In、Pb、B1、Sb、Zn低熔點(diǎn)、低成本金屬及其與Ag、Cu、Au常用金屬形成的合金材料。
[0021]優(yōu)選地，所述的ρ面稀釋保護(hù)層、基板正面稀釋保護(hù)層、基板應(yīng)力調(diào)制層為Ag、Cu、Au、Al、N1、Cr、ff> Ti 單層金屬，或以上金屬的疊層，如 Cu/Ni/Cu、Ag/Ni/Ag、Cu/Ti/Ni/Ag、Cu/Ni/Ti/Mo、Cu/Ni/Ti/Al/Ti/A,或合金，如 TiW、FeNiCr、FeCoCr 構(gòu)成。
[0022]優(yōu)選地，所述ρ面阻擋保護(hù)層、基板正面阻擋保護(hù)層、基板反面保護(hù)層均由多種金屬:Cr、T1、Pt、Au、N1、W、Cu 或金屬合金:TiW、FeNiCr、FeCoCr 的疊層構(gòu)成。
[0023]優(yōu)選地，所述的支撐基板的材料為S1、Ge、GaAs、GaP、Cu (ff)、Mo、C、Si02或以上材料的復(fù)合基板中的一種。
[0024]優(yōu)選地，所述晶圓熱壓黏合的壓力為100kg?lOOOKg。
[0025]優(yōu)選地，所述晶圓熱壓黏合的溫度為150°C?400°C。
[0026]優(yōu)選地，所述生長(zhǎng)襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、GaN襯底或A1N襯底中的任意一種；
所述的垂直結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管芯片的制備方法，包括制備以下結(jié)構(gòu):反光層、鈍化層、增加出光的圖形織構(gòu)層、與電極的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)、光增透層。
[0027]本發(fā)明可通過調(diào)節(jié)ρ面阻擋保護(hù)層的結(jié)構(gòu)和厚度來調(diào)節(jié)外延層的應(yīng)力，以提高芯片制造的良率和芯片的可靠性；通過調(diào)節(jié)晶圓熱壓黏合的壓力和溫度來調(diào)節(jié)外延層的應(yīng)力；通過調(diào)節(jié)基板應(yīng)力調(diào)制層的厚度，可以調(diào)整基板的平整度，有利于提高晶圓的良率及芯片的可靠性。
[0028]本發(fā)明提出了一種用低成本金屬代替貴金屬作為晶圓熱壓黏合熱壓材料的方法，它通過在黏結(jié)層的兩側(cè)分別制備P面稀釋保護(hù)層和基板正面稀釋保護(hù)層的方式，使低成本金屬在作為晶圓熱壓黏合熱壓材料的同時(shí)不會(huì)擴(kuò)散到P面歐姆接觸層，也不會(huì)影響基板與外延層之間的鍵合的牢固程度，這一方法采用低成本金屬代替金、金錫等昂貴金屬作為晶圓熱壓黏合的熱壓材料，從而大大降低了垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的生產(chǎn)成本。
[0029]本發(fā)明的單塊晶圓片所需要蒸鍍的貴金屬Pt、Au的厚度由原先的5.4微米降低至2.1微米，假定采用容量為100X2英寸片的電子束蒸發(fā)臺(tái)作為金屬的鍍膜設(shè)備，每個(gè)完整的流水制程即可節(jié)省貴金屬Pt、Au的量為55g/100片，這大大降低了產(chǎn)品的成本，提高了生產(chǎn)效益。
[0030]本發(fā)明適合于將硅襯底、藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底及其現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】的襯底上外延生長(zhǎng)的氮化鎵基LED薄膜轉(zhuǎn)移至新基板上并制備垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
[0031]【專利附圖】

【附圖說明】:
圖1是運(yùn)用本發(fā)明的方法可以獲得的一種垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的結(jié)構(gòu)圖；
圖2是生長(zhǎng)襯底圖形化后的剖面圖；
圖3是外延片剖面示意圖；
圖4為外延片上制備ρ面歐姆接觸金屬層后的剖面示意圖；
圖5是制備了 ρ面保護(hù)層之后的剖面示意圖；
圖6是在基板層上沉積了黏結(jié)層以后的剖面示意圖；
圖7是LED薄膜與基板層粘結(jié)之后的剖面示意圖；
圖8是去除掉原生長(zhǎng)襯底之后的剖面示意圖；
圖9是芯片去邊之后的剖面示意圖；
圖10是芯片表面粗化之后的剖面示意圖；
圖11是芯片鈍化之后的剖面示意圖；
圖12是η電極制備后的剖面示意圖。
[0032]【具體實(shí)施方式】:
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明所保護(hù)的具體內(nèi)容不僅僅限于以下所描述的各種實(shí)施例子，對(duì)以下實(shí)施例子所做的任何顯而易見的修改或各種實(shí)施形態(tài)關(guān)鍵要素的重新組合都受到本發(fā)明的保護(hù)。[0033]本發(fā)明的實(shí)施方式適合于將娃襯底、藍(lán)寶石襯底、碳化娃襯底及其現(xiàn)有【技術(shù)領(lǐng)域】的襯底上外延生長(zhǎng)的氮化鎵基LED薄膜轉(zhuǎn)移至新基板上并制備垂直結(jié)構(gòu)LED芯片。
[0034]實(shí)施例:
本發(fā)明提供一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，其結(jié)構(gòu)包括:基板層、黏結(jié)層、P面保護(hù)層、P面歐姆接觸金屬層、外延層和η電極；另外，為了提高LED芯片的可靠性或發(fā)光效率，芯片結(jié)構(gòu)還優(yōu)選地包括制備鈍化層、增加出光的圖形織構(gòu)層、與電極的互補(bǔ)結(jié)構(gòu)以及光增透層中一種或幾種。
[0035]本發(fā)明還提供上述低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法。為了便于理解，首先簡(jiǎn)述其芯片制備的整個(gè)過程:
A、圖形化生長(zhǎng)襯底；
B、生長(zhǎng)氮化鎵基LED薄膜，即外延層；
C、沉積ρ面歐姆接觸層，并進(jìn)行圖形化處理，使其和η電極焊盤具有互補(bǔ)結(jié)構(gòu)；
D、沉積ρ面保護(hù)層；
Ε、制備基板層:在支撐基板上沉積基板正面阻擋保護(hù)層、基板正面稀釋保護(hù)層和基板反面保護(hù)層、基板應(yīng)力調(diào)制層和基板反面接觸層；
F、在基板正面稀釋保護(hù)層上沉積黏結(jié)層；
G、采用晶圓熱壓黏合的方法將外延層和基板層粘合在一起，并去掉原生長(zhǎng)襯底；
Η、外延層薄膜的去邊處理；
1、外延層薄膜的表面織構(gòu)處理；
J、沉積鈍化層并光刻出鈍化層圖形；
Κ、制備η電極和焊盤。
[0036]上述過程詳細(xì)說明如下:
圖2是生長(zhǎng)襯底圖形化后的剖面圖。圖中000是生長(zhǎng)襯底，001是生長(zhǎng)襯底000上的凸墻，凸墻001將生長(zhǎng)襯底000分割成了周期性陣列式的生長(zhǎng)平臺(tái)。凸墻001的材料與生長(zhǎng)襯底000不同，其特殊之處在于:采用金屬化學(xué)氣相沉積方法生長(zhǎng)氮化鎵基LED薄膜時(shí)，除緩沖層100外的LED薄膜不會(huì)生長(zhǎng)在此凸墻001上。生長(zhǎng)襯底000可以是藍(lán)寶石襯底、硅襯底、碳化硅襯底以及現(xiàn)有氮化鎵基LED【技術(shù)領(lǐng)域】?jī)?nèi)薄膜生長(zhǎng)襯底中的任一種。本實(shí)施例的生長(zhǎng)襯底000為硅襯底。硅襯底上的凸墻001可以有效地調(diào)節(jié)外延層薄膜和生長(zhǎng)襯底000之間的應(yīng)力，減少外延層中裂紋的產(chǎn)生。被凸墻001分隔成的生長(zhǎng)平臺(tái)可以是正方形、三角形、矩形、菱形等形狀，本實(shí)施例為正方形。
[0037]圖3是外延片剖面示意圖。其是采用金屬化學(xué)氣相沉積的方法獲得的，其外延層至少包括緩沖層100、η性半導(dǎo)體層101、發(fā)光活性層102、ρ型半導(dǎo)體層103。如圖3所示，生長(zhǎng)襯底000的凸墻001上只生長(zhǎng)了緩沖層100，氮化鎵基LED薄膜的其他層沒有在凸墻001上生長(zhǎng)，在硅襯底的生長(zhǎng)平臺(tái)則生長(zhǎng)了完整的正方形LED薄膜，從而在各個(gè)正方形LED薄膜方塊之間形成了凹槽，凹槽可以起到調(diào)節(jié)LED薄膜應(yīng)力的重要作用。
[0038]圖4為外延片上制備ρ面歐姆接觸金屬層后的剖面示意圖。沉積ρ面歐姆接觸金屬層201可以是鎳和銀的金屬疊層，也可以是純銀，還可以是銀、鉬、鎳、鈀、銠、鋁等金屬中任意組合的合金。在制備P面歐姆接觸金屬層201之前，可以在ρ型半導(dǎo)體層103上進(jìn)行激活處理，具體實(shí)施方法:先沉積金、鉬、鎳、鈀、銀、鈷中的任意一種金屬或者任意組合的疊層，先使其形成P面歐姆接觸層201并進(jìn)行退火，然后將其去除；或者直接將ρ型半導(dǎo)體層103在高溫下退火。沉積ρ面歐姆接觸層201前和后，可以分別對(duì)ρ面半導(dǎo)體層103和ρ面歐姆接觸層201進(jìn)行圖形化處理，以和后續(xù)將要制備的η電極和焊盤形成互補(bǔ)結(jié)構(gòu)。另外，為了提高LED的出光效率，可以在ρ面歐姆接觸層201后沉積反光層，或沉積的ρ面歐姆接觸層201本身就具有很好的反光效果。
[0039]圖5是制備了 ρ面保護(hù)層之后的剖面示意圖。P面保護(hù)層包括ρ面阻擋保護(hù)層202和ρ面稀釋保護(hù)層203。優(yōu)選地，ρ面阻擋保護(hù)層202為Cr、T1、Pt、Au、W等多種金屬或金屬合金，如TiW等的疊層結(jié)構(gòu)；優(yōu)選地ρ面稀釋保護(hù)層，203為Ag、Cu、Au、Al、Fe、N1、Cr、W、Mo、Ir、Zr、Ti等一種單層金屬或以上金屬的疊層，如Cu/Ni/Cu、Ag/Ni/Ag、Cu/Ti/Ni/Ag、Cu/Ni/Ti/Mo、Cu/Ni/Ti/Al/Ti/Ag 等結(jié)構(gòu)。ρ 面阻擋層 202 的厚度范圍 0.1 um ?5 um，優(yōu)選地，厚度為0.5 um?1.5um ； ρ面稀釋層203的厚度范圍0.5 um?10 um,優(yōu)選地，厚度為 2 um ?4 um。
[0040]圖6是在基板層上沉積了黏結(jié)層400以后的剖面示意圖?；鍖影ㄖ位?00、基板正面阻擋保護(hù)層301、基板正面稀釋保護(hù)層302、基板反面保護(hù)層303、基板應(yīng)力調(diào)制層304和基板反面接觸層305。采用電子束蒸發(fā)的方式，首先在支撐基板300的正面依次沉積基板正面阻擋保護(hù)層301、基板正面稀釋保護(hù)層302，然后在支撐基板300的反面依次沉積基板反面保護(hù)層303、基板應(yīng)力調(diào)制層304和基板反面接觸層305，最后在基板正面稀釋保護(hù)層302上面沉積黏結(jié)層400。黏結(jié)層400可以只沉積在基板正面稀釋保護(hù)層302上面，也可以只沉積在P面稀釋保護(hù)層203上面，也可以同時(shí)沉積在基板正面稀釋保護(hù)層302和ρ面稀釋保護(hù)層203上面。所述的支撐基板300為硅基板、金屬基板、陶瓷基板或其他復(fù)合基板中的任一種，本實(shí)施例的支撐基板300為硅基板，支撐基板300的厚度為60um?600um之間。優(yōu)選地，支撐基板300的厚度為100 um?200 um之間。優(yōu)選地，基板正面阻擋保護(hù)層301采用Cr、T1、Pt、Au、ff等多種金屬或金屬合金，如TiW等的疊層結(jié)構(gòu)，厚度為0.5 um?1.5um。優(yōu)選地,基板正面稀釋保護(hù)層302采用Ag、Cu、Au、Al、Fe、N1、Cr、W、Mo、Ir、Zr、Ti等一種單層金屬或以上金屬的疊層，如Cu/Ni/Cu、Ag/Ni/Ag、Cu/Ti/Ni/Ag、Cu/Ni/Ti/Mo、Cu/Ni/Ti/Al/Ti/Ag等結(jié)構(gòu)，厚度為3 um?4 um。優(yōu)選地，基板反面保護(hù)層303采用0、11、？丨、411、1等多種金屬的疊層結(jié)構(gòu)，厚度為0.3 um?l.0um。優(yōu)選地，基板應(yīng)力調(diào)制層304采用Ag、Cu、Au、Al、N1、Ti等單層金屬，或以上金屬的疊層，如Cu/Ni/Cu、Ag/Ni/Ag、Cu/Ti/Ni/Ag、Cu/Ni/Ti/Al/Ti/Ag等,厚度為6 um?14 um。優(yōu)選地，基板反面接觸層305采用Pt、Au、Ag等一種物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定且具有良好導(dǎo)熱導(dǎo)電材料的單層金屬或Pt/Au/Pt/Au等兩種以上的金屬疊層或合金AuSn、AgSn等,厚度為0.1 um?2.5 um。優(yōu)選地，400采用Sn、Al、In、B1、Pb、Zn、Sb等低熔點(diǎn)、低成本金屬及其與Ag、Cu、Fe、Au等常用金屬形成的合金，厚度為0.5 um?5 um。
[0041]圖7是LED薄膜與基板層粘結(jié)之后的剖面示意圖。LED薄膜與基板層的黏合是采用晶圓熱壓黏合的方式。晶圓熱壓黏合的溫度和壓力以及黏結(jié)層400的材料將會(huì)影響LED薄膜與基板層粘合的牢固度，另外，可以通過控制晶圓熱壓黏合的溫度和壓力來調(diào)節(jié)外延片的應(yīng)力狀態(tài)，也可以通過選擇黏結(jié)層400的材料種類、ρ面歐姆接觸金屬層201、p面阻擋保護(hù)層202和ρ面稀釋保護(hù)層203的沉積溫度等來調(diào)節(jié)外延片的應(yīng)力狀態(tài)。以Sn作為黏結(jié)層400材料為例，優(yōu)選地，晶圓熱壓黏合的溫度在230°C ?280°C，壓力在lOOKg?600Kg。[0042]圖8是去除掉原生長(zhǎng)襯底之后的剖面示意圖。本實(shí)施例中的生長(zhǎng)襯底000是硅襯底，去除硅襯底通常采用濕法腐蝕的方法，此方法技術(shù)成熟、操作簡(jiǎn)單、成本低。在去除生長(zhǎng)襯底000的同時(shí)，其上的凸墻001也會(huì)被去除，至此就實(shí)現(xiàn)了將LED薄膜由原生長(zhǎng)襯底轉(zhuǎn)移至基板層的薄膜轉(zhuǎn)移的過程。如圖8所示，薄膜轉(zhuǎn)移后，LED薄膜呈現(xiàn)周期性的陣列結(jié)構(gòu)，各個(gè)方塊形薄膜之間有凹槽，此凹槽對(duì)應(yīng)著原生長(zhǎng)襯底000上的凸墻001 ;另外，還可以看到薄膜轉(zhuǎn)以后緩沖層100裸露，這樣就可以通過表面粗化等工藝來提高LED的出光效率。
[0043]本實(shí)施例采用的是方塊形圖形化襯底，如上所述，除緩沖層外的LED薄膜主層只生長(zhǎng)在正方形的生長(zhǎng)平臺(tái)上。由于邊緣效應(yīng)，在方塊邊緣的LED薄膜通常晶體質(zhì)量較差，生長(zhǎng)厚度較厚，另外需為后續(xù)的劃片工序留出空間，因此需將每個(gè)方塊LED薄膜的邊緣去掉，即去邊。
[0044]圖9是芯片去邊之后的剖面示意圖。去邊可以采用光刻和濕法腐蝕的方法進(jìn)行，也可以通過光刻和干法刻蝕的方法進(jìn)行。去邊光刻之前通常先生長(zhǎng)一層Si02、SiN或金屬等材料作為掩膜層，隨后通過光刻工藝制備圖形，最后通過濕法腐蝕或干法刻蝕的方法去除需要去掉的邊緣材料。
[0045]圖10是芯片表面粗化之后的剖面示意圖。粗化層500通常采用濕法腐蝕的方法制備，另外其它形式的表面織構(gòu)處理，例如光子晶體等，通常采用光刻技術(shù)和干法刻蝕的方法進(jìn)行。
[0046]表面粗化處理和去邊工藝兩者不分加工的先后順序，可以先表面粗化處理再進(jìn)行去邊工藝，也可以先進(jìn)行去邊工藝再表面粗化處理。
[0047]圖11是芯片鈍化之后的剖面示意圖。鈍化層600通常采用物理或化學(xué)的方法在芯片表面制備Si02、SiN、聚酰亞胺等介質(zhì)材料，鈍化及保護(hù)芯片表面及邊緣。
[0048]鈍化、去邊及表面粗化的先后順序也可以這樣進(jìn)行:先去邊，隨后進(jìn)行邊緣鈍化，然后粗化處理，最后可以選擇是否進(jìn)行表面鈍化。
[0049]圖12是η電極制備后的剖面示意圖。η電極700可以采用光刻和濕法腐蝕的方法制備，也可以通過光刻和剝離的方法制備。優(yōu)選地，η電極700為導(dǎo)電性能較好且與η型半導(dǎo)體材料能夠形成較好歐姆接觸的金屬材料，如Pt、Au、Al、T1、Cr、N1、Cu、Ag等，厚度為Ium ?10 urn。
【權(quán)利要求】
1.一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，包括:基板層，基板層由依次從下至上的基板反面接觸層、基板應(yīng)力調(diào)制層、基板反面保護(hù)層、支撐基板、基板正面阻擋保護(hù)層和基板正面稀釋保護(hù)層構(gòu)成，其特征在于:在基板的上面依次設(shè)有黏結(jié)層、P面保護(hù)層、P面歐姆接觸金屬層和外延層，P面保護(hù)層由依次從下至上的P面稀釋保護(hù)層和P面阻擋保護(hù)層構(gòu)成，外延層由依次從下至上的P型半導(dǎo)體層、發(fā)光活性層、η型半導(dǎo)體層和緩沖層構(gòu)成，η電極位于η型半導(dǎo)體層之上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片，其特征在于:所述的黏結(jié)層的厚度為0.5um~5um,所述的ρ面保護(hù)層的厚度為0.1 um~15um,所述的基板正面稀釋保護(hù)層的厚度為0.5 um~10 um,所述的基板正面阻擋保護(hù)層的厚度為0.2um~5um,所述的支撐基板的厚度為60um~600um,所述的基板應(yīng)力調(diào)制層的厚度為1 um~20 um,所述的基板反面接觸層的厚度為0.1 um~5 um。
3.一種低成本的垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管芯片的制備方法，其特征在于: A、先在生長(zhǎng)襯底上依次沉積有緩沖層、η型半導(dǎo)體層、發(fā)光活性層和ρ型半導(dǎo)體層，構(gòu)成外延層； Β、再在外延層上依次沉積有ρ面歐姆接觸金屬層、并進(jìn)行圖形化處理，使其和η電極焊盤具有互補(bǔ)結(jié)構(gòu)； C、再沉積由ρ面阻擋保護(hù)層和ρ面稀釋保護(hù)層構(gòu)成的ρ面保護(hù)層； D、然后在支撐基板的正面依次沉積有基板正面阻擋保護(hù)層和基板正面稀釋保護(hù)層； Ε、沉積黏結(jié)層； F、在支撐基板的反面依次沉積有基板反面保護(hù)層、基板應(yīng)力調(diào)制層和基板反面接觸 層； G、采用晶圓熱壓黏合的方式將外延層和基板通過黏結(jié)層粘合在一起； Η、去除生長(zhǎng)襯底，最后按常用方法制備增加出光的圖形織構(gòu)層、鈍化層、光增透層和η電極，得到成品。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的黏結(jié)層為采用Sn、Al、In、Pb、B1、Sb、Zn低熔點(diǎn)、低成本金屬及其與Ag、Cu、Au常用金屬形成的合金材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的ρ面稀釋保護(hù)層、基板正面稀釋保護(hù)層、基板應(yīng)力調(diào)制層為Ag、Cu、Au、Al、N1、Cr、W、Ti單層金屬，或以上金屬的疊層，如 Cu/Ni/Cu、Ag/Ni/Ag、Cu/Ti/Ni/Ag、Cu/Ni/Ti/Mo、Cu/Ni/Ti/Al/Ti/A，或合金，如 TiW、FeNiCr、FeCoCr 構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述ρ面阻擋保護(hù)層、基板正面阻擋保護(hù)層、基板反面保護(hù)層均由多種金屬:Cr、T1、Pt、Au、N1、W、Cu或金屬合金:TiW、FeNiCr、FeCoCr的疊層構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述的支撐基板的材料為S1、Ge、GaAs、GaP、Cu (W)、Mo、C、Si02或以上材料的復(fù)合基板中的一種。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述晶圓熱壓黏合的壓力為100kg ~lOOOKgo
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述晶圓熱壓黏合的溫度為150°C~400。。。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制備方法，其特征在于:所述生長(zhǎng)襯底為藍(lán)寶石襯底、碳化硅襯底、硅襯底、GaN襯底或A1N襯底中的任意一種。
【文檔編號(hào)】H01L33/48GK103560193SQ201310383588
【公開日】2014年2月5日 申請(qǐng)日期:2013年8月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月29日
【發(fā)明者】王光緒, 劉軍林, 江風(fēng)益 申請(qǐng)人:南昌黃綠照明有限公司, 南昌大學(xué)