本发明专利技术提出了一种换衬底的正装GaN基发光二极管芯片，其包括由下而上设置的高导热衬底、焊料层、GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层、p型GaN层和透明导电膜层，或由下而上设置的高导热衬底、焊料层、金属反射层、GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层、p型GaN层和透明导电膜层；在所述透明导电膜层和n型GaN层上分别设置有p电极、n电极；在所述透明导电膜层裸露的上表面和n型GaN层裸露的上表面及p、n电极边缘区域均设置有钝化层。本发明专利技术所述的换衬底的正装GaN基发光二极管，散热性能好，发光效率高，使用寿命更长；临时基板的使用，降低了生产过程的破片率，提高产出率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及，属于光电子
技术介绍
近年来，发光二极管(LED)逐渐成为最受重视的光源技术之一。一方面LED具有体积小的特征；另一方面LED具备低电流、低电压驱动的省电特性；同时它还具有结构牢固、抗冲击和抗震能力强，超长寿命等众多优点。其中，作为光电子领域的主要应用之一，GaN基材料得到了越来越多人的关注，利用GaN基半导体材料可制作出超高亮度蓝、绿、白光发光二极管。基于LED的重要作用，如何提高大功率GaN基蓝色LED芯片的发光功率和散热已成为关注的焦点。随着外延生长技术和多量子阱结构的发展，超高亮度发光二极管的内量子效率已有了很大的改善，目前蓝光GaN基LED的内量子效率已达90%。随着生长分布布拉格反射层(DBR)结构、表面粗化和光子晶体等技术的发展，蓝光GaN基LED的外量子效率也得到了很大提升。散热问题成为大功率GaN基蓝色LED芯片需重点解决的技术难题，散热效果的优劣直接关系到LED的寿命和节能效果。LED是靠电子在能带间跃迁产生光的，其光谱中不含有红外部分，所以LED的热量不能靠辐射散发。如果LED芯片中的热量不能及时散发出去，会加速器件的老化。一旦LED的温度超过最高临界温度(跟据不同外延及工艺，芯片温度大概为150°C )，往往会造成LED永久性失效。有效地解决LED芯片的散热问题，对提高大功率GaN基蓝色LED芯片的可靠性和寿命具有重要作用。要做到这一点，最直接的方法莫过于提供一条良好的导热通道让热量从结往外散出。在外延技术上，与导热性差的蓝宝石(导热系数约20W / mK)相比，SiC衬底(导热系数约490W / mK)和Si衬底(导热系数约150W / mK)因导热性能良好有着很大的优势。在芯片的级别上，与传统正装结构以蓝宝石衬底作为散热通道相比，垂直及倒装焊芯片结构有着较佳的散热能力。垂直结构芯片直接采用铜合金作为衬底，有效地提高了芯片的散热能力。倒装焊(Flip-Chip)技术通过共晶焊将LED芯片倒装到具有更高导热率的硅衬底上，芯片与衬底间的金凸点和硅衬底同时提高了 LED芯片的散热能力，保障LED的热量能够快速从芯片中导出。中国专利CN100499189C公开了一种纯金AU的合金键合LED倒装芯片的制备方法，该专利将P-N电极外延片和带有反射层的硅衬底通过填充纯金和其它合金纯加热法键合进行倒装焊接形成大功率LED倒装芯片，使LED产生的热量降低，提高芯片的可靠性。但是该方法需对芯片P-N电极以及硅衬底图形进行特殊设计，工艺复杂。中国专利CNlO 191961A公开了本专利技术涉及一种大功率正装LED芯片结构，此专利技术所述的大功率正装LED芯片通过采用导热基座和DBR光学反射膜的结合，解决了大功率LED芯片在高电流密度小所遇到的散热及提高出光效率的问题。在该专利技术中，需对蓝宝石衬底减薄到50微米以下，一方面严重影响到后续的清洗、DBR镀膜、键合等工步的破片率，另一面剩余的蓝宝石衬底还是影响到LED芯片的散热能力。中国专利CN101465401B公开了一种基于平面键合及暂时性基底转移技术的薄膜GaNLED制备方法，通过先平面键合到支撑基底上再分离单元器件的方式，即先实现GaN LED与支撑基底的无间隙接合，再实现各单元GaN LED器件之间的绝对分离，以降低激光剥离过程裂缝的产生及裂缝的延伸，借助暂时性基底待激光剥离后进行芯片制造，保证大面积激光剥离去除蓝宝石衬底制造薄膜GaN LED的高成品率。但是该方法将P型GaN层键合在Si衬底上，因此制程中会造成芯片电压高、漏电等。综上所述，尽管SiC衬底的导热性能很好，但是由于其高成本，使得器件的生产成本很高；Si衬底虽然成本很低，但是由于GaN外延层和Si晶体存在较大的晶格失配，使外延层出现大量的位错，影响芯片的参数。垂直及倒装焊芯片结构也存在着工艺复杂以及良率低等不足。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术提供一种换衬底的正装GaN基发光二极管，该专利技术所用衬底成本低、导热好，具有工艺简单、良率高等优点。本专利技术还提供一种上述发光二极管的制备方法。术语解释:ITO:1ndium Tin Oxide，氧化铟锡，是一种透明导电薄膜；PECVD:Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n,等离子体增强化学气相沉积。本专利技术的技术方案如下:根据本专利技术，优选方案之一:一种换衬底的正装GaN基发光二极管芯片，包括由下而上设置的高导热衬底、焊料层、GaN缓冲层、η型GaN层、量子阱层、P型GaN层和透明导电膜层；在所述透明导电膜层和η型GaN层上分别设置有P电极、η电极；在所述透明导电膜层裸露的上表面和η型GaN层裸露的上表面及P、η电极边缘区域均设置有钝化层。根据本专利技术，优选方案之一:一种换衬底的正装GaN基发光二极管芯片，包括由下而上设置的高导热衬底、焊料层、金属反射层、GaN缓冲层、η型GaN层、量子阱层、P型GaN层和透明导电膜层；在所述透明导电膜层和η型GaN层上分别设置有P电极、η电极；在所述透明导电膜层裸露的上表面和η型GaN层裸露的上表面及金属电极边缘区域均设置有钝化层。所述高导热衬底为硅、铜、铝或铜合金；所述透明导电膜层为ITO薄膜；所述金属反射层为Ni / Pt / Au或Rh / W / Au / W。一种上述换衬底的正装GaN基发光二极管芯片的制备方法，包括步骤如下:(I)在蓝宝石衬底上依次生长GaN缓冲层、η型GaN层、量子阱层、P型GaN层；(2)利用现有的ICP干法刻蚀方法，沿GaN基外延片的ρ型GaN层到η型GaN层刻蚀出台面结构,完成刻蚀后,对GaN基外延片进行去胶清洗；(3)在所述P型GaN层的表面沉积一层ITO透明导电膜作为电流扩展层，然后在所述电流扩展层上进行光刻，只保留P型GaN层上对应的ITO透明导电膜；(4)分别在所述ITO透明导电膜层和η型GaN层上制备ρ电极和η电极，所述ρ电极和η电极材料都为Cr / Pt / Au ；(5)在所述步骤(4)完成的芯片表面使用PECVD的方法沉积氧化硅薄膜作为钝化层；(6)对所述步骤(5)完成后的晶圆经过光刻、腐蚀工艺，腐蚀掉P电极和η电极表面的钝化层薄膜，如图1所示；(7)在所述步骤(6)完成的晶圆上方涂覆一层光刻胶，将晶圆与临时基板粘合在一起，如图2所示；(8)采用激光剥离的方法将经过步骤(7)完成的晶圆的原蓝宝石衬底去除；(9)在步骤(8)去除衬底的表面沉积一层焊料，如图3所示；将晶圆与高导热衬底键合在一起，如图4所示；或，在步骤(8)去除衬底的表面沉积一层金属反射层，再沉积一层焊料，将晶圆与高导热衬底键合在一起，如图6所不；(10)去除上述晶圆的临时基板，然后去胶清洗，得到图5或图7所示结构；(11)将上述晶圆划裂得到一粒粒芯片。根据本专利技术优选的，所述步骤(7)中临时基板是蓝宝石衬底、玻璃或石英。根据本专利技术优选的,所述步骤(9)中焊料是AuSruAuIn或AgSn。根据本专利技术优选的，所述步骤(9)中键合温度为250_300°C，压力0.3-0.6MPa，加压时间为3-6分钟。本专利技术上述技术方案中未做详细说明和限定的，均参照发光二极管制作的现有技术。本专利技术的有益效果:1、本专利技术的GaN基LED本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种换衬底的正装GaN基发光二极管芯片，其特征在于，包括由下而上设置的高导热衬底、焊料层、GaN缓冲层、n型GaN层、量子阱层、p型GaN层和透明导电膜层；在所述透明导电膜层和n型GaN层上分别设置有p电极、n电极；在所述透明导电膜层裸露的上表面和n型GaN层裸露的上表面及p、n电极边缘区域均设置有钝化层。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：吴向龙，夏伟，马玉玲，王德晓，刘岩，
申请(专利权)人：山东浪潮华光光电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37
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