GaN基LED垂直芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种GaN基LED垂直芯片结构及其制备方法，该结构包括：键合衬底；刻蚀阻挡层，对应切割道区域结合于所述键合衬底表面；P电极，键合于所述键合衬底；发光外延结构，结合于所述P电极上，包括依次层叠的P-GaN层、量子阱层及N-GaN层，所述发光外延结构由切割道区域隔开成发光外延台面结构；以及N电极，形成于所述N-GaN层表面。本发明专利技术公开了一种可提高垂直芯片可靠性的器件结构及其制备方法，于切割道区域生长SiO2刻蚀阻挡层，使得剥离后ICP深刻蚀MESA台面时，避免切割道金属碎屑飞溅到芯片侧壁而出现的漏电情况。本发明专利技术的器件结构利用简单的一道负性光刻胶进行光刻即可完成，制程方便，成本低，适合批量生产使用。

GaN based LED vertical chip structure and preparation method thereof

The invention provides a GaN based LED chip vertical structure and its preparing method, the structure includes a bonding substrate; etching barrier layer, the corresponding cutting area in the bonding surface of the substrate; the P electrode bonded to the bonding substrate; light-emitting epitaxy structure, combined with the P electrode. Includes, sequentially stacked quantum well layer, P-GaN layer and N-GaN layer, the light emitting epitaxial structure by cutting into the area across the road light emitting epitaxial mesa structure; and the N electrode is formed on the surface layer of N-GaN. The invention discloses a preparation method for improving the reliability of chip and device structure of vertical system for cutting road regional growth SiO2 etch stop layer, so after stripping ICP deep etching MESA mesa, metal cutting to avoid leakage debris splashed onto the side wall of the chip and the emergence of. The device structure of the invention can be completed by using a simple negative photoresist to make photoetching, and has the advantages of convenient process and low cost, and is suitable for mass production.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体照明制造领域，特别是涉及一种GaN基LED垂直芯片结构及其制备方法。
技术介绍
从LED的结构上讲，可以将GaN基LED划分为正装结构、倒装结构和垂直结构。正装结构LED有两个明显的缺点，首先正装结构LEDp、n电极在LED的同一侧，电流须横向流过n-GaN层，导致电流拥挤，局部发热量高，限制了驱动电流；其次，由于蓝宝石衬底的导热性差，严重的阻碍了热量的散失。为了解决散热问题，美国LumiledsLighting公司专利技术了倒装芯片(Flipchip)技术，其散热效果有很大的改善，但是通常的GaN基倒装结构LED仍然是横向结构，电流拥挤的现象还是存在，仍然限制了驱动电流的进一步提升。相比于传统的GaN基LED正装结构，垂直结构具有散热好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小、寿命长等优点，被广泛应用于通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明等领域，成为一代大功率GaN基LED极具潜力的解决方案，正受到业界越来越多的关注和研究。垂直结构可以有效解决正装结构LED的两个问题，垂直结构GaN基LED采用高热导率的衬底取代蓝宝石衬底，在很大程度上提高了散热效率；垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，通过图形化的n电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，横向流动的电流极少，可以避免正装结构的电流拥挤问题，提高发光效率，同时也解决了P极的遮光问题，提升LED的发光面积。但垂直结构LED工艺难度较大，一直以来存在许多挑战，特别是制作高反射率电极、台面刻蚀以及漏电流抑制等关键技术。如图1所示，传统垂直结构LED芯片台面(MESA)间切割道103一般采用ICP干法深刻蚀工艺形成，但由于发光外延结构103厚度的片内和片间的不均匀性，ICP最终会直接刻蚀到P电极金属102(及键合层金属)，从而造成金属飞溅到芯片侧壁(尤其敏感的是侧壁上外露的薄量子阱层)，极易导致芯片漏电，影响芯片可靠性。鉴于以上所述，提供一种能够避免切割道金属碎屑飞溅到芯片侧壁而出现的漏电情况的GaN基LED垂直芯片结构及其制备方法实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种GaN基LED垂直芯片结构及其制备方法，用于解决现有技术中电极金属飞溅到芯片侧壁导致芯片漏电，从而影响芯片可靠性的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，包括步骤：步骤1)，提供一生长衬底，于所述生长衬底上形成包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN层的发光外延结构；步骤2)，于所述P-GaN层表面形成刻蚀阻挡层，于所述刻蚀阻挡层中形成P电极制备区域，并至少保留切割道区域的刻蚀阻挡层；步骤3)，于所述P电极制备区域制备P电极；步骤4)，提供一键合衬底，并键合所述键合衬底及P电极；步骤5)，剥离所述生长衬底；步骤6)，去除切割道区域的发光外延结构，直至露出所述刻蚀阻挡层；步骤7)，于所述N-GaN层表面形成N电极。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤1)中，所述N-GaN层与生长衬底之间还生长有U-GaN层；步骤6)中，还包括去除所述U-GaN层的步骤。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，所述刻蚀阻挡层选用为二氧化硅层，其厚度范围为0.5～1μm。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)于所述刻蚀阻挡层中形成P电极制备区域包括步骤：步骤a)，于所述刻蚀阻挡层表面形成负性光刻胶胶；步骤b)，采用光刻工艺制备出光刻图形；步骤c)，采用BOE湿法蚀刻工艺于所述述刻蚀阻挡层中形成P电极制备区域。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤3)制作P电极包括以下步骤：步骤3-1)，于所述P-GaN层表面制备欧姆接触的ITO层或Ni层；步骤3-2)，于所述ITO层或Ni层表面制作Ag反射镜；步骤3-3)，于所述Ag反射镜表面制作Au/Sn金属键合层。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤4)所述的键合衬底包括Si衬底、W/Cu衬底及Mo/Cu衬底中的一种。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤5)采用激光剥离工艺剥离所述生长衬底。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤6)中，采用ICP刻蚀法去除切割道区域的发光外延结构。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤6)去除切割道区域的发光外延结构形成发光外延台面结构后，还包括于所述发光外延台面结构侧壁表面形成绝缘层的步骤。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤7)在制备N电极之前，还包括对裸露的N-GaN层表面进行粗化的步骤。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，表面粗化选用为湿法腐蚀，腐蚀溶液包括KOH及H2SO4中的一种或两种。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤7)所述的N电极选用为Ni/Au层、Al/Ti/Pt/Au层以及Cr/Pt/Au层中的一种。本专利技术还提供一种GaN基LED垂直芯片结构，包括：键合衬底；刻蚀阻挡层，对应切割道区域结合于所述键合衬底表面；P电极，键合于所述键合衬底；发光外延结构，结合于所述P电极上，包括依次层叠的P-GaN层、量子阱层及N-GaN层，所述发光外延结构由切割道区域隔开成发光外延台面结构；以及N电极，形成于所述N-GaN层表面。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述键合衬底包括Si衬底、W/Cu衬底及Mo/Cu衬底中的一种。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述刻蚀阻挡层选用为二氧化硅层，其厚度范围为0.5～1μm。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述P电极包括与P-GaN形成欧姆接触的ITO层或Ni层，位于所述ITO层或Ni层之上的Ag反射镜，以及位于所述Ag反射镜之上的Au/Sn键合层金属层。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述发光外延台面结构侧壁表面形成有绝缘层。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述N-GaN层表面形成有粗化结构。作为本专利技术的GaN基LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述的N电极本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于，包括步骤：步骤1)，提供一生长衬底，于所述生长衬底上形成包括N‑GaN层、量子阱层及P‑GaN层的发光外延结构；步骤2)，于所述P‑GaN层表面形成刻蚀阻挡层，于所述刻蚀阻挡层中形成P电极制备区域，并至少保留切割道区域的刻蚀阻挡层；步骤3)，于所述P电极制备区域制备P电极；步骤4)，提供一键合衬底，并键合所述键合衬底及P电极；步骤5)，剥离所述生长衬底；步骤6)，去除切割道区域的发光外延结构，直至露出所述刻蚀阻挡层；步骤7)，于所述N‑GaN层表面形成N电极。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于，包括步骤：
步骤1)，提供一生长衬底，于所述生长衬底上形成包括N-GaN层、量子阱层及P-GaN
层的发光外延结构；
步骤2)，于所述P-GaN层表面形成刻蚀阻挡层，于所述刻蚀阻挡层中形成P电极
制备区域，并至少保留切割道区域的刻蚀阻挡层；
步骤3)，于所述P电极制备区域制备P电极；
步骤4)，提供一键合衬底，并键合所述键合衬底及P电极；
步骤5)，剥离所述生长衬底；
步骤6)，去除切割道区域的发光外延结构，直至露出所述刻蚀阻挡层；
步骤7)，于所述N-GaN层表面形成N电极。
2.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤1)中，
所述N-GaN层与生长衬底之间还生长有U-GaN层；步骤6)中，还包括去除所述U-GaN
层的步骤。
3.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤2)中，
所述刻蚀阻挡层选用为二氧化硅层，其厚度范围为0.5～1μm。
4.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤2)于
所述刻蚀阻挡层中形成P电极制备区域包括步骤：
步骤a)，于所述刻蚀阻挡层表面形成负性光刻胶胶；
步骤b)，采用光刻工艺制备出光刻图形；
步骤c)，采用BOE湿法蚀刻工艺于所述述刻蚀阻挡层中形成P电极制备区域。
5.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤3)制
作P电极包括以下步骤：
步骤3-1)，于所述P-GaN层表面制备欧姆接触的ITO层或Ni层；
步骤3-2)，于所述ITO层或Ni层表面制作Ag反射镜；
步骤3-3)，于所述Ag反射镜表面制作Au/Sn金属键合层。
6.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤4)所
述的键合衬底包括Si衬底、W/Cu衬底及Mo/Cu衬底中的一种。
7.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤5)采
用激光剥离工艺剥离所述生长衬底。
8.根据权利要求1所述的GaN基LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于：步骤6)中，
采用ICP刻蚀法去除切割道区域的发光外延结构。
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【专利技术属性】
技术研发人员：童玲，徐慧文，李起鸣，
申请(专利权)人：映瑞光电科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31