一种垂直结构LED芯片制备方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直结构LED芯片制备方法，包括以下步骤：1)在异质衬底上利用外延生长方法获得具有LED结构的LED外延层；2)在LED外延层的上表面上利用激光加工出多道交错的沟槽，形成柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域；3)在LED外延层上依次制备得到欧姆接触层、第一键合材料层，在键合衬底上制备得到第二键合材料层；4)将LED外延层上的第一键合材料层与键合衬底上的第二键合材料层键合在一起，然后利用激光剥离方法去除异质衬底；5)将剥离后的LED外延层刻蚀至N-GaN表面，用湿法腐蚀工艺将柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域和LED外延层有效区域外氮化镓材料去除，最后完成钝化层和N电极制备，得到垂直结构LED芯片。

【技术实现步骤摘要】

：本专利技术属于发光二极管
，具体涉及基于激光剥离工艺技术制备垂直结构LED芯片领域。
技术介绍
：自上世纪90年代LED白光照明技术进入快速发展阶段以来，LED应用市场规模已突破数千亿元，同时近两年来随着AlGaN紫外LED/LD器件的快速发展，使得其在UV固化、紫外线消毒杀菌、半导体固体激光器等应用领域也显现出良好的市场发展前景。最常见的LED产品采用水平结构设计，电流从沿水平方向流过LED的发光区，电子横向注入从一个电极到另一个电极，导致途中电流密度分布不均匀，产生电流拥堵效应造成了发光不均匀，且热分布也不均匀，容易造成器件快速老化失效，从而限制了单颗LED芯片的尺寸以及器件的发光。采用垂直结构LED芯片技术能够良好的解决以上技术难题，垂直结构芯片将LED的两个电极放在LED薄膜的两侧，电流垂直于薄膜表面流过器件，可以大幅度提升单芯片工作电流密度，同时彻底解决蓝宝石散热不佳的问题。相比较水平结构LED芯片，由于垂直结构LED芯片需要进行衬底剥离和转移，电极图形加工，U-GaN氮化镓材料刻蚀区域定义、钝化保护层等，因此造成了垂直芯片工艺较水平芯片复杂。垂直结构芯片由于其产品特殊性，必须实现单颗芯片间外延层材料的完全分割，目前多采用等离子体干法深刻蚀或激光烧蚀走道并结合高温湿法蚀刻的方式来实现，同时为避免芯片互相间被激光剥离瞬间产生的高压气体冲击影响，必须预留宽度超过100um以上的深刻蚀走道或激光烧蚀及其缓冲区域，因此造成外延功能层的严重浪费并导致单位晶圆上芯片产出减少。然而以上技术还存在其他工艺问题和隐患，例如采用氮化镓干法深刻蚀工艺耗时长产能低且难以控制刻蚀侧壁形貌多获得梯形侧壁结构，这将容易导致在U-GaN刻蚀时侧壁坍塌造成芯片外观变形甚至产生漏电，采用激光烧蚀和高温湿法腐蚀工艺虽可以解决以上侧壁形貌控制问题，但由于激光烧蚀工艺中芯片单位区域之间的氮化镓材料距离仍较近约为7-20um(激光线宽限制)，仍存在剥离瞬间产生的高压气体冲击导致芯片产生漏电的隐患，同时利用高温腐蚀工艺清洗去除烧蚀走道及其缓冲区在内较宽的无效区氮化镓材料时，由于烧蚀走道开口只有一个界面相对较小，容易出现氮化镓材料腐蚀不干净现象，轻则造成外观异常严重时将导致芯片漏电。本专利技术提供一种垂直结构芯片区域分割技术，可以改善以上的工艺问题和隐患，为垂直结构芯片规模化生产提供较好的解决方案。
技术实现思路
：本专利技术的目的在于提供一种垂直结构LED芯片制备方法，该制备方法利用高温溶液腐蚀和特殊设计激光烧蚀工艺来实现单位区域的分割，改善了等离子体干法深刻蚀和传统激光烧蚀工艺路线中存在的多种工艺问题和隐患，采用该工艺方法可以降低产品外观异常和漏电情况，能够有效提升产品良率，为垂直芯片的规模化生产提供更好的解决方案。为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案来实现的：一种垂直结构LED芯片制备方法，包括以下步骤：1)在异质衬底上利用外延生长方法获得具有LED结构的LED外延层；2)在LED外延层的上表面上利用激光加工出多道交错的沟槽，形成柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域；3)在LED外延层上依次制备得到欧姆接触层、第一键合材料层，在键合衬底上制备得到第二键合材料层；4)将LED外延层上的第一键合材料层与键合衬底上的第二键合材料层键合在一起，然后利用激光剥离方法去除异质衬底；5)将剥离后的LED外延层刻蚀至N-GaN表面，用湿法腐蚀工艺将柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域和LED外延层有效区域外氮化镓材料去除，最后完成钝化层和N电极制备，得到垂直结构LED芯片。本专利技术进一步的改进在于，异质衬底采用蓝宝石、硅或者碳化硅材料制成；LED外延层采用GaN、AlN、InGaN、AlGaN或者AlInGaN材料制成。本专利技术进一步的改进在于，多道交错的沟槽数量大于等于2，采用不定位盲划或基于晶圆平边的定位划线，其包围形状为依照设计需要的规则或不规则垂直芯片图形轮廓，该多道交错的沟槽为等间距或不等间距分布，且其相互间距离为几微米至数十微米，沟槽划线深度至少达到或超过异质衬底与LED外延层的界面。本专利技术进一步的改进在于，柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域内，在相邻垂直芯片之间的柱状包围数量大于等于1层，该柱状区域最外侧划线道的边缘与相近垂直芯片有效区域边缘的间距不小于十微米。本专利技术进一步的改进在于，利用光刻和物理气相沉积方法，在LED外延层的工作区域制备得到欧姆接触层和第一键合材料层。本专利技术进一步的改进在于，将剥离后的LED外延层干法刻蚀至N-GaN表面，干法蚀刻为反应离子刻蚀或者感应耦合等离子刻蚀。本专利技术进一步的改进在于，步骤5)中，在N-GaN表面利用物理气相或化学气相沉积方法制备一层完整的钝化保护层，其材料为氧化硅或氮化硅中的一种，利用光刻、湿法腐蚀在保护层中形成N电极接触区，采用物理气相沉积技术在该接触区完成N电极的制备，得到垂直结构LED芯片。相对于现有技术，本专利技术在垂直芯片分割时采用了多道激光划线工艺，在芯片周边制备出柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域，以降低或消除激光剥离瞬间高压气体冲击效应。同时该区域由于多道划线暴露出更多界面，使得腐蚀液和无效区域的氮化镓接触更加充分使其更容易被去除干净，降低了腐蚀残留造成的PN界面非故意导通的可能性，同时起到缩短腐蚀工艺时间的目的，能够提升了垂直芯片产品良率。该工艺设计经试验证实，垂直芯片外观良率改善可达到20％左右，且激光剥离效果较通用工艺改善至少提高5％，产品综合良率提升至少3％。附图说明：图1是具体实施例1工艺图，(a)异质衬底上外延层和等间距盲划线位置示意图、(b)划线后柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域示意图、(c)垂直结构芯片晶圆键合结构和激光剥离示意图、(d)整片垂直结构芯片晶圆示意图。图2是具体实施例2工艺图，(a)异质衬底上外延层和不等间距柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域示意图、(b)整片垂直结构芯片晶圆示意图。其中：10-异质衬底，11-LED外延层，12-激光划线位置，13-柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域，20-键合衬底，21-金属电极。具体实施方式：以下结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术一种垂直结构LED芯片制备方法，包括以下步骤：1)在异质衬底10上利用外延生长方法获得具有LED结构的LED外延层11；其中，异质衬底10采用蓝宝石、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直结构LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在异质衬底(10)上利用外延生长方法获得具有LED结构的LED外延层(11)；2)在LED外延层(11)的上表面上利用激光加工出多道交错的沟槽(12)，形成柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域(13)；3)在LED外延层(11)上依次制备得到欧姆接触层(14)、第一键合材料层(15)，在键合衬底(20)上制备得到第二键合材料层(16)；4)将LED外延层(11)上的第一键合材料层(15)与键合衬底(20)上的第二键合材料层(16)键合在一起，然后利用激光剥离方法去除异质衬底(10)；5)将剥离后的LED外延层(11)刻蚀至N‑GaN表面，用湿法腐蚀工艺将柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域(13)和LED外延层(11)有效区域外氮化镓材料去除，最后完成钝化层和N电极制备，得到垂直结构LED芯片。

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构LED芯片制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)在异质衬底(10)上利用外延生长方法获得具有LED结构的LED外延层
(11)；
2)在LED外延层(11)的上表面上利用激光加工出多道交错的沟槽(12)，
形成柱状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域(13)；
3)在LED外延层(11)上依次制备得到欧姆接触层(14)、第一键合材料层
(15)，在键合衬底(20)上制备得到第二键合材料层(16)；
4)将LED外延层(11)上的第一键合材料层(15)与键合衬底(20)上的
第二键合材料层(16)键合在一起，然后利用激光剥离方法去除异质衬底(10)；
5)将剥离后的LED外延层(11)刻蚀至N-GaN表面，用湿法腐蚀工艺将柱
状包围氮化镓高压气体释放牺牲区域(13)和LED外延层(11)有效区域外氮化
镓材料去除，最后完成钝化层和N电极制备，得到垂直结构LED芯片。
2.根据权利要求1所述的一种垂直结构LED芯片制备方法，其特征在于，
异质衬底(10)采用蓝宝石、硅或者碳化硅材料制成；LED外延层(11)采用
GaN、AlN、InGaN、AlGaN或者AlInGaN材料制成。
3.根据权利要求1所述的一种垂直结构LED芯片制备方法，其特征在于，
多道交错的沟槽数量大于等于2，采用不定位盲划或基于晶圆平边的定位划线，

【专利技术属性】
技术研发人员：云峰，郭茂峰，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61