一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种提高垂直结构LED发光效率的方法。首先，提供一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构，在外延结构层的表面形成微米级孔洞以及位于微米级孔洞底部的亚微米级孔洞，此种出光面结构能增加器件内部光的出射几率，大大提高出光效率。本发明专利技术还提供了一种上述芯片结构的制备方法，通过剥离带微米级凸起的生长衬底，在外延结构层上形成微米级孔洞，并通过刻蚀在微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞，此方法工艺简单，可用于大规模的工业生产，能够大大提高垂直结构LED发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构及其制备方法
本专利技术涉及半导体领域，尤其涉及一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构及其制备方法。
技术介绍
从LED(Light-EmittingDiode,发光二极管)的结构上讲，可以分为正装结构、倒装结构和垂直结构。垂直结构LED可以有效解决正装结构LED和倒装结构LED存在的散热效率低和电流阻塞等关键问题，提高LED的发光效率和光强密度，且具有散热好、能够承载大电流、发光强度高、耗电量小以及寿命长等优点，因此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，正受到业界越来越多的关注和研究，是半导体照明技术发展的必然趋势。垂直结构LED剥离了蓝宝石衬底，可直接在P型外延层上布置反射层，器件内部随机射向非出光面的光直接通过反射层反射，通常的反射层为金属反射层或者电介质材料构成的布拉格分布反射层等，避免了由于器件内部有源区随机射向非出光面而易造成光抽取效率降低的问题。GaN基LED的光抽取效率受制于GaN与空气之间巨大的折射率差，根据斯涅耳定律，只有入射角在临界角(约23°)以内的光可以出射到空气中，而临界角以外的光只能在GaN内部来回反射，直至被自吸收。对于正装结构LED和倒装结构LED，为了提高LED的出光效率，图形化衬底在LED的制备中被广泛采用，因为衬底上的图形能体现到外延N型层的表面，并作为LED的出光面，增大出光面的折射率。而对于垂直结构LED，图形化衬底需被剥离，因此垂直结构LED面临着如何提高光提取效率的问题。
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及其制备方法，以解决现有技术中垂直结构LED光提取效率低的问题。鉴于此，本专利技术提供一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构，包括：导电支撑衬底；金属键合电极层，形成于所述导电支撑衬底的表面；金属反射电极层，形成于所述金属键合电极层的表面；接触层，形成于所述金属反射电极层的表面；外延结构层，形成于所述接触层的表面，所述外延结构层包括P型GaN层、N型GaN层以及结合于所述P型GaN层和N型GaN层中间的有源区层，其中，在所述外延结构层的表面具有微米级孔洞以及位于所述微米级孔洞底部的亚微米级孔洞；N电极，结合于所述外延结构层的表面。可选的，所述微米级孔洞的孔径为2μm-3μm，深度为1μm-3μm；所述亚微米级孔洞的孔径为300nm-800nm,深度为1μm-2μm。可选的，所述金属键合电极层的材质为Au-Sn共晶。可选的，所述金属反射电极层的材质为Ag。可选的，所述接触层的材质为ITO或Ni。本专利技术还提供一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构的制备方法，包括:提供生长衬底，在所述生长衬底表面刻蚀形成微米级凸起，然后在所述生长衬底上形成外延结构层；在所述外延结构层上依次形成接触层、金属反射电极层和金属键合电极层；在所述金属键合电极层上形成导电支撑衬底；剥离所述生长衬底，以在所述外延结构层的表面形成微米级孔洞；刻蚀所述外延结构层的表面，以在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞；在所述外延结构层的表面形成N电极。可选的，刻蚀所述外延结构层的表面的步骤包括：在所述外延结构层的表面沉积二氧化硅层；以所述二氧化硅层作掩膜进行干法刻蚀，在以在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞；去除剩余的所述二氧化硅层。可选的，在所述生长衬底表面刻蚀形成微米级凸起后，先在所述生长衬底表面形成非故意掺杂层，再在所述非故意掺杂层表面形成外延结构层；在剥离所述生长衬底后，先在所述非故意掺杂层的表面形成微米级孔洞，再去除所述非故意掺杂层并将所述微米级孔洞转移至所述外延结构层，最后刻蚀所述外延结构层的表面，以在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞。可选的，在所述非故意掺杂层的表面形成微米级孔洞后，通过以下步骤形成亚微米级孔洞：干法刻蚀所述非故意掺杂层的表面以去除所述非故意掺杂层，并将所述微米级孔洞转移至所述外延结构层的表面；在所述外延结构层的表面沉积二氧化硅层；通过光刻和刻蚀工艺去除LED器件间沟槽处的二氧化硅层，在所述沟槽处露出所述外延结构层；对所述外延结构层和二氧化硅层同时进行干法刻蚀，在所述沟槽处露出所述接触层，并在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞；去除所述二氧化硅层。可选的，所述外延结构层的厚度是5μm-8μm，所述非故意掺杂层的厚度为1μm-3μm，在所述外延结构层的表面沉积的二氧化硅层厚度为1000nm-2000nm。可选的，在所述非故意掺杂层的表面形成微米级孔洞后，通过以下步骤形成亚微米级孔洞：在所述非故意掺杂层表面沉积二氧化硅层；通过光刻和刻蚀工艺去除LED器件间沟槽处的二氧化硅层，在所述沟槽处露出所述非故意掺杂层；对所述二氧化硅层以及在所述沟槽处露出的所述非故意掺杂层同时进行干法刻蚀，在所述沟槽处露出所述接触层，同时在非所述沟槽处去除所述二氧化硅层和所述非故意掺杂层后，在所述外延结构层的表面形成所述微米级孔洞并在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞。可选的，所述外延结构层的厚度是5μm-8μm，所述非故意掺杂层的厚度为1μm-3μm，在所述非故意掺杂层表面沉积二氧化硅层的厚度为500nm-1000nm。可选的，在形成N电极之前，还包括对所述外延结构层的表面进行表面粗化的过程。本专利技术提供的具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构，在外延结构层的表面形成微米级孔洞以及位于微米级孔洞底部的亚微米级孔洞，此种出光面结构能增加器件内部光的出射几率，大大提高出光效率。本专利技术提供的上述芯片结构的制备方法通过剥离带微米级凸起的生长衬底，在外延结构层上形成微米级孔洞，并通过刻蚀在微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞，此方法工艺简单，可用于大规模的工业生产，能够大大提高垂直结构LED发光效率。附图说明图1为本专利技术一实施例所述具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构的制备方法的流程图。图2-图8为本专利技术一实施例所述具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构的制造方法过程中的器件剖面示意图。图11为剥离生长衬底后器件在SEM电子显微镜中的俯视图(左)和侧视图(右)。图9A-图9D为从图5到图6的一种具体形成过程的器件剖面示意图。图12为图9A所示步骤中器件在SEM电子显微镜中的俯视图(左)和侧视图(右)。图10A-图10B为从图5到图6的另一种具体形成过程的器件剖面示意图。图13A为通过图9A-图9D所示形成方法形成的器件在SEM电子显微镜中的俯视图(左)和侧视图(右)。图13B为通过图10A-图10B所示形成方法形成的器件在SEM电子显微镜中的俯视图(左)和侧视图(右)。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本专利技术的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本专利技术实施例的目的。本专利技术提供一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构，如图8所示，所述LED垂直芯片结构包括：导电支撑衬底700，形成于所述导电支撑衬底700表面的金属键合电极层600，形成于所述金属键合电极层600表面的金属反射电极层500，形成于所述金属反射电极层500表面的接触层400，形成于所述接触层400表面的外延结构层300，以及形成于所述外延结构本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片结构，其特征在于，包括：导电支撑衬底；金属键合电极层，形成于所述导电支撑衬底的表面；金属反射电极层，形成于所述金属键合电极层的表面；接触层，形成于所述金属反射电极层的表面；外延结构层，形成于所述接触层的表面，所述外延结构层包括P型GaN层、N型GaN层以及形成于所述P型GaN层和N型GaN层中间的有源区层，其中，在所述外延结构层的表面具有微米级孔洞以及位于所述微米级孔洞底部的亚微米级孔洞；N电极，结合于所述外延结构层的表面。

【技术特征摘要】
1.一种具有粗化形貌的LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于，包括:提供生长衬底，在所述生长衬底表面刻蚀形成微米级凸起，然后在所述生长衬底上形成外延结构层；在所述外延结构层上依次形成接触层、金属反射电极层和金属键合电极层；在所述金属键合电极层上形成导电支撑衬底；剥离所述生长衬底，以在所述外延结构层的表面形成微米级孔洞；刻蚀所述外延结构层的表面，在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞；在所述外延结构层的表面形成N电极其中，在所述生长衬底表面刻蚀形成微米级凸起后，先在所述生长衬底表面形成非故意掺杂层，再在所述非故意掺杂层表面形成外延结构层；在剥离所述生长衬底后，先在所述非故意掺杂层的表面形成微米级孔洞，再刻蚀去除所述非故意掺杂层并将所述微米级孔洞转移至所述外延结构层，最后刻蚀所述外延结构层的表面，以在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞；在所述非故意掺杂层的表面形成微米级孔洞后，通过以下步骤形成亚微米级孔洞：干法刻蚀所述非故意掺杂层的表面以去除所述非故意掺杂层，并将所述微米级孔洞转移至所述外延结构层的表面；在所述外延结构层的表面沉积二氧化硅层；通过光刻和刻蚀工艺去除LED器件间沟槽处的二氧化硅层，在所述沟槽处露出所述外延结构层；对所述外延结构层和二氧化硅层同时进行干法刻蚀，在所述沟槽处露出所述接触层，并在所述微米级孔洞的底部形成亚微米级孔洞；去除所述二氧化硅层。2.如权利要求1所述的LED垂直芯片结构的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：童玲，张琼，吕孟岩，张宇，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