一种垂直LED芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种垂直LED芯片制备方法包括：1）提供生长衬底，于生长衬底上形成外延层，2）于外延层上依次形成金属电极层及键合衬底；3）采用低能量激光剥离生长衬底，其中，相邻两小光斑间的重叠率超过50%。本发明专利技术还提供一种垂直LED芯片结构包括：键合衬底；依次位于键合衬底之上的金属电极层、P‑GaN层、多量子阱层及N‑GaN层；依次位于N‑GaN层表面的钝化层及N电极。本发明专利技术解决了现有技术中大尺寸LED芯片垂直制程中，键合后的晶圆内应力大，极易造成键合衬底破裂或形变严重，并对外延层结构及性能产生恶劣的微观影响直接导致严重漏电，致使成品率极低的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于LED芯片领域，特别是涉及一种垂直LED芯片结构及其制备方法。
技术介绍
众所周知，传统的正装结构LED芯片由于蓝宝石衬底不导电、导热率差的制约性，存在电流分布不均匀、散热性差等先天缺陷。为了克服正装结构LED芯片的这些不足，业内都在积极开发垂直结构LED芯片(以下简称V-LED)。V-LED采用高导电率、散热良好的Si或者金属衬底，衬底导热良好，PN结散热问题得到解决，大尺寸功率芯片得以实现。V-LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，由于图形化电极和全部的P-类型限制层作为P面电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，极少横向流动的电流，可以改善平面结构的电流分布问题，提高发光效率，也可以解决P极的遮光问题，提升LED的发光面积。GaN基垂直结构LED作为发光半导体器件的研究热点，经过多年的开发，目前比较成熟的制备技术为衬底转移技术：先使用金属共融晶技术将蓝宝石衬底的外延片与导电、导热性能优良的键合衬底键合起来，再利用蓝宝石与GaN禁带宽度不同的特点，选用特定波长的激光，使在与蓝宝石接触面附近的GaN分解，达到将原有的蓝宝石衬底剥离的目的，外延层转移至导热性及导电性良好的键合衬底上。目前常见的蓝宝石衬底剥离采用如下原理：GaN在激光照射下吸收能量，分解为镓和氮气，从而使得蓝宝石衬底与GaN层分离。但是，由于前期晶圆键合时必须经历的高温高压及各材料之间热涨系数不同等原因，会在晶圆内积累大量应力。特别是大尺寸晶圆(例如4inch、6inch)垂直制程中，键合后的晶圆内应力极大，如果激光剥离工艺无法缓释应力，则会在GaN分解的瞬间产生剧烈的应力释放，在爆炸性气流冲击下，键合上去的键合衬底易产生碎裂或极大形变，并会对GaN外延层结构及性能产生恶劣的微观影响直接导致严重漏电，致使成品率极低。而且键合后，晶圆内的应力主要集中存在于晶圆边缘处。如图2a和图2b中所示，传统的2inch垂直结构LED剥离技术，一般采用气体准分子激光器，使用方形光斑弓形往复式加工，在光斑与光斑边界处形成Overlap(重叠率约为1％-15％)以保障激光布满晶圆所有区域，这样晶圆内单位面积单次受到的激光能量密度需要较大(现有技术常见的光斑能量一般≥0.45mJ/cm2)，以保证每点均能实现分离，在方形光斑交界处会形成微米级的EPI损伤，在后端处理中极易形成漏电通道。对于4inch或更大尺寸的晶圆垂直制程来说，键合后晶圆内单位面积积累的应力大增，如果剥离过程中，应力释放不均匀，极易造成键合上去的导电衬底破裂或形变严重，并对GaN外延层结构及性能产生恶劣的微观影响直接导致严重漏电，致使成品率极低。这也是目前垂直结构LED晶圆尺寸集中在2inch难以突破至4inch的技术难题，而且单纯靠减小激光光斑无法解决此问题，激光光斑通过透明的蓝宝石衬底辐照在界面处的GaN上时，要做到激光光斑和光斑之间很好的衔接，避免由于光斑重合造成对某处重复辐照而引入较大的损伤致使GaN层破裂，这对扫描控制系统的精确度要求非常严格，同时还需要在保证较高激光光功率密度的前提下对光斑进行光束整形，这不但对激光输出功率提出了高的要求，更增加了激光器光学系统的复杂性，这些都会造成激光剥离系统庞大，价格昂贵。
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垂直LED芯片结构及其制备方法，用于解决现有技术中大尺寸LED芯片垂直制程中，键合后的晶圆内应力大，极易造成键合衬底破裂或形变严重，并对外延层结构及性能产生恶劣的微观影响直接导致严重漏电，致使成品率极低的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种垂直LED芯片结构的制备方法包括：1)提供生长衬底，于所述生长衬底上形成外延层；2)于所述外延层上依次形成金属电极层及键合衬底；3)采用低能量激光剥离所述生长衬底。其中，相邻两小光斑间的重叠率超过50％。优选地，所述激光能量密度≤0.25mJ/cm2。优选地，采用低能量激光剥离所述生长衬底步骤中，以固态激光器为激光光源，采用的所述小光斑为直径40-60μm的类圆形光斑。优选地，采用低能量激光剥离所述生长衬底步骤中，采用由晶圆边缘向内梯度降低扫描频率的方式进行扫描照射。优选地，采用低能量激光剥离所述生长衬底步骤中，采用固定光斑位置，载盘做螺旋式运动扫描的方式进行；或者采用固定载盘位置，光斑做螺旋式运动扫描的方式进行。优选地，采用低能量激光剥离所述生长衬底步骤中，采用可加热的载盘承载待剥离芯片。优选地，采用低能量激光剥离所述生长衬底，还包括：1)刻蚀未掺杂GaN层至暴露出N-GaN层；2)对暴露出的N-GaN层进行表面粗化处理；3)于表面粗化后的N-GaN层上形成钝化层及N电极。优选地，所述外延层包括依次形成于所述生长衬底上的未掺杂GaN层、N-GaN层、多量子阱层及P-GaN层；所述金属电极包括依次形成于所述外延层上的电流扩展层、反射层及金属键合层。本专利技术还提供一种垂直LED芯片结构包括：键合衬底；依次位于所述键合衬底之上的金属电极层、P-GaN层、多量子阱层及N-GaN层；依次位于所述N-GaN层表面的钝化层及N电极；其中，所述N-GaN层表面形成有粗化微结构。优选地，所述芯片结构的出光面为N-GaN层。如上所述，本专利技术的完整的垂直LED芯片结构及其制备方法，具有以下有益效果：(1)通过采用及小光斑和降低光斑能量，增大光斑重叠率保证单位面积内能量密度，避免在光斑交界处形成微米级的外延层损伤，在后端处理中不会形成漏电通道。(2)采用螺旋式激光扫描方式由内向外充分了释放GaN层分解时产生氮气，减少瞬间、局域氮气在界面处产生的微爆对样品的损伤，同时该扫描方式和样品的形状一致更有利于应力的均匀释放，进一步保证了剥离后外延层的完整性和均匀性。(3)通过由晶圆边缘向中心梯度变化扫描频率，均匀缓和释放晶圆内积存的应力。(4)使用可加热的载盘承载晶圆，在加热的情况下进行激光剥离，可以有效更大程度上的释放残余力，并减少损伤。(5)可以获得大面积的无生长衬底的完整的4英寸或更大尺寸GaN基外延膜，可有效减少晶圆的破片率及衬底形变，可有效减少对GaN外延层的损伤，有效提升了垂直结构LED的成品率，使更大尺寸的晶圆垂直结构LED可实现量产。附图说明图1显示为本专利技术的垂直LED芯片结构的制作方法的流程图。图2a显示为本专利技术(现有技术中)的采用气体准分子激光扫描的示意图。图2b显示为本专利技术(现有技术中)的采用气体准本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：1)提供生长衬底，于所述生长衬底上形成外延层；2)于所述外延层上依次形成金属电极层及键合衬底；3)采用低能量激光剥离所述生长衬底，其中，相邻两小光斑间的重叠率超过50％。

【技术特征摘要】
1.一种垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
1)提供生长衬底，于所述生长衬底上形成外延层；
2)于所述外延层上依次形成金属电极层及键合衬底；
3)采用低能量激光剥离所述生长衬底，其中，相邻两小光斑间的重叠率超过50％。
2.根据权利要求1所述的垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于：所述激光能量密度
≤0.25mJ/cm2。
3.根据权利要求1所述的垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于：采用低能量激光剥
离所述生长衬底步骤中，以固态激光器为激光光源，采用的所述小光斑为直径40-60μm的
类圆形光斑。
4.根据权利要求1所述的垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于：采用低能量激光剥
离所述生长衬底步骤中，采用由晶圆边缘向内梯度降低扫描频率的方式进行扫描照射。
5.根据权利要求1所述的垂直LED芯片结构的制备方法，其特征在于：采用低能量激光剥
离所述生长衬底步骤中，采用固定光斑位置，载盘做螺旋式运动扫描的方式进行；或者采
用固定载盘位置，光斑做螺旋式运动扫描的方式进行。
6.根据权利要求1所述的垂直LED芯...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕孟岩，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