GaN基垂直LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种GaN基垂直LED芯片及其制备方法，从下至上依次包括：支撑衬底、金属反射层、孔洞反射层、P型电流扩展层、有源区发光层、N型电流扩展层及N电极，其中，P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层；孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。其在P型电流扩展层表面进一步生长具有V型孔洞的空洞反射层，该孔洞反射层和金属反射层的组合形式保证了垂直LED芯片发光效率的同时无需对外延片的上表面进行粗化，以此进一步保证了垂直LED芯片制备过程中的良率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】
GaN基垂直LED芯片及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，尤其是一种GaN基垂直LED芯片及其制备方法。
技术介绍
GaN基LED芯片结构包括水平芯片、倒装芯片和垂直芯片，其中，垂直芯片由于具备大电流扩展均匀、出光角度窄、封装可靠性高等优点，在汽车头灯、手机闪光灯、高强度方向光照明、投影光源等高端市场上广泛应用。垂直芯片的主体结构从下至上依次包括导电支撑衬底、键合金属层(图中未示出)、下电极(反射金属层)、外延层(包括P型电流扩展层、有源区发光层和N型电流扩展层)及上电极/通孔电极(N电极)，如图1所示。一般来说，为了增大光线的逃逸角度、提高芯片的出光效率，需要对垂直芯片外延层的上表面进行粗化操作。具体，在外延衬底剥离后，垂直LED芯片的上表面实际上是外延的缓冲层，此处外延材料缺陷密度较高，也是不稳定的氮极性面。在LED表面粗化过程中，可能发生外延层中局部的缺陷集中导致的局部粗化过深(过蚀)，甚至外延层局部穿通。这种现象将引起垂直LED芯片漏电和老化失效等良率和可靠性问题。在大芯片尺寸的垂直LED应用中，由于单个模组的LED使用颗数较少，可以通过点测筛选、老化后修复等方法剔除垂直LED芯片的可靠性风险。但是，在新世代的mini-LED和micro-LED显示技术中，单颗LED芯片尺寸在100μm甚至10μm以下，单个显示模块使用的LED芯片数量达上万颗甚至上千万颗。此时，常规的点测、分选、修复等技术将面临巨大的困难。是以，在这种巨量应用场景中，由表面粗化导致垂直LED芯片可能出现外延过蚀、外延穿通、芯片漏电、亮度退化、芯片失效等风险必须得到彻底解决。
技术实现思路
为了克服以上不足，本专利技术提供了一种GaN基垂直LED芯片及其制备方法，有效解决现有垂直LED芯片可能由于外延片表面粗化导致出现的外延过蚀、外延穿通、芯片漏电、亮度退化、芯片失效等风险。本专利技术提供的技术方案为：一种GaN基垂直LED芯片，从下至上依次包括：支撑衬底、金属反射层、孔洞反射层、P型电流扩展层、有源区发光层、N型电流扩展层及N电极，其中，所述P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层；所述孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。一种GaN基垂直LED芯片制备方法，包括：在生长衬底上依次生长缓冲层、N型电流扩展层及有源区发光层；在950～1000℃的条件下于所述有源区发光层表面生长P型GaN层，作为P型电流扩展层；在500～700℃的条件下于所述P型电流扩展层表面生长P型GaN层，作为孔洞反射层；在所述孔洞反射层表面蒸镀金属反射层；通过共晶的方式将蒸镀有金属反射层的外延片键合至支撑衬底表面；去除生长衬底，并蚀刻缓冲层；于所述N型电流扩展层表面蒸镀欧姆接触层并形成N电极。本专利技术提供的GaN基垂直LED芯片及其制备方法，在P型电流扩展层表面进一步生长具有V型孔洞的空洞反射层，该孔洞反射层和金属反射层的组合形式保证了垂直LED芯片发光效率的同时无需对外延片的上表面进行粗化，以此进一步保证了垂直LED芯片制备过程中的良率和可靠性，满足新世代垂直mini-LED或者垂直micro-LED的巨量应用要求。附图说明图1为现有技术中GaN基垂直LED芯片结构示意图；图2为本专利技术中GaN基垂直LED芯片结构示意图；图3(a)为P型电流扩展层表面AFM形貌，图3(b)为空洞反射层表面AFM形貌；图4为本专利技术中外延片结构示意图。附图标记：11-支撑衬底，12-金属反射层，13-孔洞反射层，14-P型电流扩展层，15-有源区发光层，16-N型电流扩展层，17-N电极，18-生长衬底，19-缓冲层。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。如图2所示为本专利技术提供的GaN基垂直LED芯片结构示意图，从图中可以看出，该垂直LED芯片从下至上依次包括：支撑衬底11、金属反射层12、孔洞反射层13、P型电流扩展层14、有源区发光层15、N型电流扩展层16及N电极17，其中，P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层(掺杂Mg)；孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。在该垂直LED芯片中，支撑衬底和金属反射层之间还包括键合金属层，使用的键合金属可以根据实际情况进行选定，如Au-Sn、Sn等。金属反射层的材料可以为Al、Ti、Ni、Ag等，厚度为50～150nm。支撑衬底可以为硅衬底，也可以为金属Cu、W、Mo或者它们的合金等。孔洞反射层的厚度为200～400nm。如图3(a)和图3(b)所示为生长完P型电流扩展层和孔洞反射层后表面原子力显微镜(AFM)图像的对比图，其中，图3(a)为P型电流扩展层表面AFM形貌，图3(b)为空洞反射层表面AFM形貌，从图中可以看出，P型电流扩展层表面完全平整，空洞反射层表面产生高密度的V型孔洞，呈现出类似粗化的表面形貌。对比如图1所示的普通垂直LED芯片，本专利技术提供的垂直LED芯片通过孔洞反射层和金属反射层的组合形成了高反射率的金属漫反射镜，增大发光逃逸角度，保证了垂直LED芯片的高光效，无需对N型电流扩展层进行粗化，从而有效改善了垂直LED芯片的良率和可靠性。相对应地，本专利技术还提供了一种GaN基垂直LED芯片制备方法，包括：在生长衬底18上依次生长缓冲层(对应图4中的buffer层19)、N型电流扩展层16及有源区发光层15；在950～1000℃的条件下于有源区发光层15表面生长P型GaN层，作为P型电流扩展层14；在500～700℃的条件下于P型电流扩展层14表面生长P型GaN层，作为孔洞反射层13；在孔洞反射层13表面蒸镀金属反射层12，得到外延片结构，如图4所示；将蒸镀有金属反射层的外延片键合至支撑衬底11表面；去除生长衬底18，并蚀刻缓冲层；及于N型电流扩展层16表面蒸镀欧姆接触层并形成N电极17。在由该GaN基垂直LED芯片制备方法制备的垂直LED芯片中，生长衬底可以为硅衬底、蓝宝石衬底、SiC衬底等。支撑衬底可以为硅衬底，也可以为金属Cu、W、Mo或者它们的合金等。金属反射层的材料可以为Al、Ti、Ni、Ag等，厚度为50～150nm。使用的键合金属可以根据实际情况进行选定，如Au-Sn、Sn等。例如，一实例中，键合金属层为Ti/TiW/Ti/Pt/Ni/Sn的多层复合结构，其中Ti为粘结层，TiW/Ti/Pt/Ni为阻挡层，Sn为低熔点金属层。在键合过程中，支撑基板上依次形成粘结层、阻挡层、高熔点金属层及Sn金属层，其中，高熔点金属层的熔点比Sn金属高且能和Sn金属形成合金；在外延片上依次形成粘结层、阻挡层、高本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基垂直LED芯片，其特征在于，所述垂直LED芯片从下至上依次包括：支撑衬底、金属反射层、孔洞反射层、P型电流扩展层、有源区发光层、N型电流扩展层及N电极，其中，所述P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层；所述孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。/n

【技术特征摘要】
1.一种GaN基垂直LED芯片，其特征在于，所述垂直LED芯片从下至上依次包括：支撑衬底、金属反射层、孔洞反射层、P型电流扩展层、有源区发光层、N型电流扩展层及N电极，其中，所述P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层；所述孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。


2.如权利要求1所述的GaN基垂直LED芯片，其特征在于，所述孔洞反射层的厚度为200～400nm。


3.如权利要求1或2所述的GaN基垂直LED芯片，其特征在于，所述金属反射层为Ag反射层，厚度为50～150nm。


4.如权利要求1或2所述的GaN基垂直LED芯片，其特征在于，所述支撑衬底为硅衬底。


5.一种GaN基垂直LED芯片制备方法，其特征在于，包括：
在生长衬底上依次生长缓冲层、N型电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：付羿，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36