一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法技术

技术编号:14418071 阅读:119 留言:0更新日期:2017-01-12 12:58
本发明专利技术公开了一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法以带有低温u‑GaN修复层及基底的衬底作为生长基础,然后,在平整的u‑GaN表面依次生长其他各层外延,制备得到紫光LED外延片;最后将紫光LED外延片制成垂直结构LED,主要包括以下环节:在LED外延片表面沉积形成反射镜,并制出金属电极图形,利用高温金属键合工艺将金属电极图形表面键合在金属基板上,并利用激光剥离技术剥离衬底;在u‑GaN表面制出另一极金属电极图形。本发明专利技术制备的垂直结构LED单颗芯片功率较大,减少了串并联LED数量,可以实现以单芯片满足用户需求,同时简化驱动电路设计,大大提高LED产品的可靠性和使用寿命。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
,具体涉及一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法
技术介绍
半导体照明的应用近年来已明显加速,其效果已得到市场认可,但其在整个照明市场的渗透率仍然较低。国内LED照明应用市场尚未成为产业发展的主导力量。半导体照明应用市场,特别是功能性照明市场正处于发展的初期阶段,未来空间巨大。传统的正装结构LED芯片,P型GaN掺杂困难导致空穴载流子浓度低下和不易长厚而导致电流不易扩散,当前普遍采用在P型GaN表面制备超薄金属薄膜或ITO薄膜的方法达到电流得均匀扩散。但是金属薄膜电极层要吸收部分光降低出光效率,如果厚度减薄反过来又限制电流扩散层在P型GaN层表面实现均匀和可靠的电流扩散。ITO透光率虽然高达90%,但电导率却不及金属,电流的扩散效果亦有限。而且这种结构的电极和引线做到出光面,工作时会挡住部分光线。因此,这种P型接触结构制约了LED芯片的工作电流大小。另一方面,这种结构的PN结热量通过蓝宝石衬底导出,鉴于蓝宝石的导热系数很低,对大尺寸的功率型芯片来说导热路径较长,这种LED芯片的热阻较大,工作电流也受到限制。垂直结构大功率芯片技术作为最前端的核心技术,还处于产业化初期,国内基本还属于空白。近两年来国内仅半导体照明已具有年均超过数百亿的市场规模,随着产品技术和市场的成熟,今后的市场规模还将持续增加,因此该项目产品市场发展前景极为广阔,商业价值巨大。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足,。本专利技术采用以下技术方案:一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,以带有低温u-GaN修复层及基底的衬底作为生长基础,然后,在平整的u-GaN修复层表面依次生长其他各层外延,制备得到紫光LED外延片;最后将紫光LED外延片制成垂直结构LED芯片,包括以下步骤:2.1)紫光LED外延片的P-GaN表面清洗后,对衬底进行研磨抛光,在P-GaN表面进行涂胶及激光划片,再去除P-GaN表面的氧化层,用去离子水PM清洗干净,氮气吹干;2.2)在P-GaN表面进行PM蒸镀反射镜电极,然后用光刻胶作P电极掩膜,进行PM腐蚀和去胶,然后用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成兼作欧姆接触层和反射镜的金属层,再用去胶剂剥离光刻胶以形成P型金属电极图形,然后进行快速退火,退火温度为350~450℃;2.3)利用高温金属键合工艺,在N2环境下加压将P-GaN面键合在硅或铜或钨铜合金基板上;2.4)利用激光剥离技术剥离衬底,剥离后进行清洗;2.5)先对u-GaN进行刻蚀处理,对u-GaN面采用酸碱进行粗化处理,然后再对u-GaN表面处理,先采用光刻胶沉积二氧化硅掩膜作N电极,然后进行划片槽光刻,经过曝光后对划片槽蚀刻,去胶去二氧化硅后再进行二氧化硅沉积,然后进行电极光刻,曝光后蚀刻二氧化硅;2.6)再用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成N型电极金属,再用去胶剂剥离光刻胶以形成N型金属电极图形,最终得到垂直结构的LED。进一步的,2.3)中,在紫光LED外延片的P-GaN表面、硅或铜或钨铜合金基板表面分别蒸镀一层1~2um的键合金属,然后将预键合的样品放入晶圆键合机中,在N2保护下按照设定的温度及压力参数进行键合。进一步的,所述晶圆键合机中键合温度为200~800℃,键合压力为300N,时间为1h。进一步的,所述键合过程中一边清洗衬底,一边对所述紫光LED芯片进行POD蒸度,然后将衬底和芯片外延层键合。进一步的,2.5)中,所述刻蚀具体为采用电感耦合等离子体蚀刻u-GaN外延片表面,ICP的功率为400~700W,反应压力为500~800Pa,反应气体为50sccm的Cl2和50sccm的氧气,刻蚀时间为3200s,刻蚀后的u-GaN表面粗糙度RMS为0.15~0.18nm,再进行粗化处理。进一步的,所述粗化处理具体为:3.1)将u-GaN外延片清洗:依次放入丙酮超声清洗2~5分钟、酒精超声清洗2~3分钟,去离子水中进行超声清洗2~3分钟;3.2)将u-GaN外延片使用加热到200~260℃,后将加热到熔融状态的KOH均匀涂抹在GaN外延片表面,将微波加热使温度稳定在250℃,持续腐蚀8~10分钟;3.3)关闭加热,自然冷却到室温后再用去离子水清洗GaN外延片表面的KOH。进一步的,所述激光剥离技术具体为:采用逐点剥离工艺,波长248nm、光斑尺寸为2mm×2mm的正方形光斑、能量密度为500mJ/cm2的KrF准分子激光器的激光作辐照光源,从蓝宝石一侧扫描整个样品,移动速度为1.55mm/s,激光扫描完样品后,蓝宝石衬底脱落,用1:1的HCI浸泡样品,除去GaN上的金属Ga。进一步的,所述紫光LED外延片的制备包括以下步骤:1.1)在1070~1090℃温度下、压力为150torr下通N2烘烤10~30min,氮化蓝宝石、SiC或Si衬底,衬底厚度为430~450μm;1.2)将步骤1氮化后的蓝宝石、SiC或Si衬底降温至515~535℃、压力为800torr,然后在衬底上生长厚度为15~35nm的基底,随后升温至1030~1050℃、压力为400torr使基底重新结晶,再生长1.8~2.5μm的u-GaN修复层;1.3)升温至1070~1090℃、压力为200torr先生长轻Si掺杂的n-GaN层,厚度为500~600nm,再生长重Si掺杂的n-GaN层,厚度为300~400nm;1.4)在所述重Si掺杂n-GaN层的基础上生长n-AlGaN电流扩展层,厚度为80~240nm;1.5)在n-AlGaN层的基础上生长Si掺杂的n+GaN层,厚度为2~4μm,随后生长不掺Si的n-GaN层500~600nm;1.6)在阱的生长温度740~760℃,垒的生长温度为820-840℃、压力为200torr下生长10~20个周期的不掺杂Al的InGaN/GaN超晶格,再生长8个周期Al掺杂的InGaN/AlGaN;所述多量子阱层厚度为250~350nm;1.7)升温至960~980℃,压力为150torr生长PAlGaN层,厚度为1~200nm;降温至920~940℃,压力为150torr生长轻Mg掺杂的P+GaN层,厚度为0.1~0.2μm;生长重Mg掺杂的P++GaN层,厚度为5~20nm;1.8)生长CTL层,厚度为10~30nm,生长完毕后,降温至700~730℃进行退火60-120min,之后随炉冷却。进一步的,1.6)中,所述先生长10~20个周期厚度为80~120nm的不掺杂Al的InGaN/GaN超晶格,具体为:先生长30~40nm的GaN-cap层,再生长5~15nm的barrierGaN层,最后生长1.5~5nm的InGaN阱层;所述再生长8个周期厚度为100~150nm的Al掺杂的InGaN/AlGaN,具体为:先生长5~15nm的barrierInGaN层,再生长1.5~5nm的AlGaN阱层,最后生长30~40nm的GaN-cap层。与现有技术相比,本专利技术至少具有以下有益效果:一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,以带有低温u-GaN修复层及基底的衬底作为生长基础,然后,在平整的u-GaN表面依次生长其他各层外延,制备得到LED外延片;最后将紫光LED外延片制本文档来自技高网...
一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法

【技术保护点】
一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,以带有低温u‑GaN修复层及基底的衬底作为生长基础,然后,在平整的u‑GaN修复层表面依次生长其他各层外延,制备得到紫光LED外延片;最后将紫光LED外延片制成垂直结构LED芯片,包括以下步骤:2.1)紫光LED外延片的P‑GaN表面清洗后,对衬底进行研磨抛光,在P‑GaN表面进行涂胶及激光划片,再去除P‑GaN表面的氧化层,用去离子水PM清洗干净,氮气吹干;2.2)在P‑GaN表面进行PM蒸镀反射镜电极,然后用光刻胶作P电极掩膜,进行PM腐蚀和去胶,然后用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成兼作欧姆接触层和反射镜的金属层,再用去胶剂剥离光刻胶以形成P型金属电极图形,然后进行快速退火,退火温度为350~450℃;2.3)利用高温金属键合工艺,在N2环境下加压将P‑GaN面键合在硅或铜或钨铜合金基板上;2.4)利用激光剥离技术剥离衬底,剥离后进行清洗;2.5)先对u‑GaN进行刻蚀处理,对u‑GaN面采用酸碱进行粗化处理,然后再对u‑GaN表面处理,先采用光刻胶沉积二氧化硅掩膜作N电极,然后进行划片槽光刻,经过曝光后对划片槽蚀刻,去胶去二氧化硅后再进行二氧化硅沉积,然后进行电极光刻,曝光后蚀刻二氧化硅;2.6)再用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成N型电极金属,再用去胶剂剥离光刻胶以形成N型金属电极图形,最终得到垂直结构的LED。...

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,以带有低温u-GaN修复层及基底的衬底作为生长基础,然后,在平整的u-GaN修复层表面依次生长其他各层外延,制备得到紫光LED外延片;最后将紫光LED外延片制成垂直结构LED芯片,包括以下步骤:2.1)紫光LED外延片的P-GaN表面清洗后,对衬底进行研磨抛光,在P-GaN表面进行涂胶及激光划片,再去除P-GaN表面的氧化层,用去离子水PM清洗干净,氮气吹干;2.2)在P-GaN表面进行PM蒸镀反射镜电极,然后用光刻胶作P电极掩膜,进行PM腐蚀和去胶,然后用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成兼作欧姆接触层和反射镜的金属层,再用去胶剂剥离光刻胶以形成P型金属电极图形,然后进行快速退火,退火温度为350~450℃;2.3)利用高温金属键合工艺,在N2环境下加压将P-GaN面键合在硅或铜或钨铜合金基板上;2.4)利用激光剥离技术剥离衬底,剥离后进行清洗;2.5)先对u-GaN进行刻蚀处理,对u-GaN面采用酸碱进行粗化处理,然后再对u-GaN表面处理,先采用光刻胶沉积二氧化硅掩膜作N电极,然后进行划片槽光刻,经过曝光后对划片槽蚀刻,去胶去二氧化硅后再进行二氧化硅沉积,然后进行电极光刻,曝光后蚀刻二氧化硅;2.6)再用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成N型电极金属,再用去胶剂剥离光刻胶以形成N型金属电极图形,最终得到垂直结构的LED。2.根据权利要求1所述的一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,2.3)中,在紫光LED外延片的P-GaN表面、硅或铜或钨铜合金基板表面分别蒸镀一层1~2um的键合金属,然后将预键合的样品放入晶圆键合机中,在N2保护下按照设定的温度及压力参数进行键合。3.根据权利要求2所述的一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述晶圆键合机中键合温度为200~800℃,键合压力为300N,时间为1h。4.根据权利要求3所述的一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述键合过程中一边清洗衬底,一边对所述紫光LED芯片进行POD蒸度,然后将衬底和芯片外延层键合。5.根据权利要求1所述的一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,2.5)中,所述刻蚀具体为采用电感耦合等离子体蚀刻u-GaN外延片表面,ICP的功率为400~700W,反应压力为500~800Pa,反应气体为50sccm的Cl2和50sccm的氧气,刻蚀时间为3200s,刻蚀后的u-GaN表面粗糙度RMS为0.15~0.18nm,再进行粗化处理。6.根据权利要求5所述的一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述粗化处理具体为:3.1)将u-GaN外延片清洗:依次放入丙酮超声清洗2~5分钟、酒精超声清洗2~3分钟,去离子水中进行超声清洗2~3分钟;3.2)将u-GaN外延片使用加热到200~260℃,后将加热到熔融状态的KOH均匀涂抹在GaN外延片表面,将微波加热使温度稳定在250℃,持续腐蚀8~10分钟...

【专利技术属性】
技术研发人员:田伟刘波波田进赵俊李谊
申请(专利权)人:中联西北工程设计研究院有限公司
类型:发明
国别省市:陕西;61

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