一种垂直结构LED芯片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种垂直结构LED芯片，从下往上依次包括衬底层、粘结层、键合层、保护层、反射层、p

【技术实现步骤摘要】
一种垂直结构LED芯片


[0001]本技术涉及半导体
，具体涉及一种垂直结构LED芯片。

技术介绍

[0002]目前发光二极管(Light Emitting Diode，LED)已广泛用于室内外照明，室外照明、车灯以及手持照明等应用领域。发光二极管(Light Emitting Diode，LED) 是靠PN结把电能转换成光能的一种器件，具有可控性好、启动快、寿命长、发光效率高、安全、节能环保等优点，不仅带动照明产业的深刻变革，同时还引领着显示屏领域的创新。随着LED产业的发展，大功率LED越来越受到人们的青睐。随着使用功率的提高，单位面积上注入的电流也要求越来越大。
[0003]然而，由于制作LED本身的半导体材料特性所限，较大的电流密度会导致大功率LED局部区域电流拥堵，使得大功率LED发光面上发光不均匀，发光效率低。大功率LED发光面发光不均匀，不仅会降低LED的发光亮度，同时会使得大功率LED芯片发光光斑出现明暗相间的现象，部分区域较亮，部分区域形成暗带。严重影响对光斑有较高要求的使用领域，如汽车车灯、手电筒等照明市场。可见，提高发光亮度和均匀性，改善芯片发热问题对大功率LED来说是非常有必要的。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本技术的目的在于提供一种垂直结构LED 芯片，该垂直结构LED芯片能克服现有大功率LED发光不均匀以及发光效率低的缺陷，增加了边缘反射层的反射面积从而提高了亮度，改善了传统芯片边缘发光不均、发光效率低现象，适用于大功率LED。
[0005]本技术的目的采用如下技术方案实现：
[0006]一种垂直结构LED芯片，从下往上依次包括衬底层、粘结层、键合层、保护层、反射层、p
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GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、n
‑
GaN层、钝化层和N电极；其中，反射层包括金属反射层和绝缘反射层，金属反射层的底面与保护层的上面连接，绝缘反射层设置在金属反射层的两端且与保护层连接；所述绝缘反射层为SiO2、Si3N4、TiO2、Ti3O5中的一种。优选地，绝缘反射层由SiO2、Si3N4、 TiO2/Ti3O5组成。
[0007]本技术的LED芯片采用垂直线性结构，绝缘反射层设置在金属反射层的两端且两者均与保护层连接，增加了边缘反射层(即绝缘发射层)的反射面积，改变了传统LED芯片边缘发光不均和发光效率低的现象。
[0008]进一步，所述粘结层为Cr、Ti、Ni、Al、Pt和Au中的一种，粘结层的总厚度为10nm～1000nm。优选地，粘结层含有Al金属，其中Al的厚度为 100nm～1000nm。
[0009]再进一步，所述绝缘反射层的层数为15～45层，绝缘反射层的总厚度为 0.5～4um。
[0010]进一步，所述衬底层的材料为硅或碳化硅。
[0011]再进一步，所述键合层为AuSn、NiSn、CuSn和AuSi中的一种，键合层的总厚度为1000～9000nm。
[0012]进一步，所述N电极的金属为Ti、Cr、Ni、Al、Pt和Au中的一种，N电极的总厚度为500nm～5000nm。
[0013]垂直结构LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0014]1)在衬底层上生长n
‑
GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p
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GaN层，形成 LED外延片，LED外延片的厚度为2～20um；
[0015]2)在步骤1)所得的LED外延片上，制作出Mark点，Mark点主要用于后面工艺的对准，并在外延片上刻蚀；
[0016]3)在步骤2)所得的LED外延片上使用电子束蒸镀或者溅射的方法制备金属反射层，蒸镀完成后进行退火，形成良好的欧姆接触，退火温度在250～850℃。
[0017]再用光刻的方法制作出芯片图形，然后使用湿法腐蚀的方法制备出金属反射层的图形；优选地，金属反射层采用Ni/Ag结构，其中Ni层的厚度为 3nm～50nm，Ag层100nm～1000nm。
[0018]4)所述绝缘反射层采用离子蒸镀的方法沉积在步骤3)所得的LED外延片上，使用光刻的方法制作绝缘反射层的图形，再使用干法或湿法腐蚀绝缘反射层，露出金属反射层；其中，蒸镀温度为100～200℃，沉积厚度为0.5um～4um。
[0019]5)在步骤6)所得的LED外延片上使用电子束蒸镀或者溅射的方法制作保护层和键合层；
[0020]6)在另一片衬底层上使用电子束蒸镀或者溅射的方法制作粘结层；
[0021]7)将步骤5)所得的键合层和步骤6)所得的粘结层对准键合；通过这种键合，能较轻松的实现LED芯片p面和n面的翻转，从而成为后续制作垂直芯片的基础。而且大面积的金属键合能形成很好的导热效果。
[0022]8)先进行研磨，再化学腐蚀，最后采用电感耦合等离子刻蚀的方法去除原衬底层和缓冲层；需要补充说明的是，此处的原衬底层为步骤1)的衬底层。
[0023]9)使用热的碱性溶液或碱的熔融物对步骤9)所得的剥离衬底层的芯片进行粗糙化处理；优选地，采用KOH的水溶液，溶液百分比浓度为0.05％～10％，温度为20℃～90℃。
[0024]10)在经步骤9)处理的LED外延片上使用光刻的方法制作出LED图案，再对LED图案进行刻蚀，得到LED发光面芯片；其中，刻蚀的方法可以使用热的酸性溶液或者酸的熔融物，或者用电感耦合等离子体刻蚀。
[0025]11)在步骤10)所得的LED芯片上沉积钝化层，使用光刻的方法制作出电极图案，使用电子束蒸镀或者溅射的方法制作N电极，得到垂直结构LED芯片。
[0026]相比现有技术，本技术的有益效果在于：
[0027](1)本技术制备的垂直结构LED芯片具有更好的光强均匀性，在芯片边缘设置了绝缘反射层，降低了边缘发光强度偏弱的影响，从而提高了反射层单位发光面积上的发光强度。使得相同发光面积下，使用垂直结构LED芯片的LED灯具有更高的发光通量。
[0028](2)在垂直结构LED芯片的制备方法中，由于LED芯片整面都覆盖有反射层，增加了出光面积，改善了芯片边缘暗区等现象，发光光斑较为规则，更有利于产业链下游的光路设计。对于发光光斑有特别要求的应用领域，有更大的竞争力。
附图说明
[0029]图1为垂直结构LED芯片俯视示意图；
[0030]图2为垂直结构LED芯片正面结构示意图。
[0031]图中：1、衬底层；2、粘结层；3、键合层；4、保护层；5、金属反射层； 6、绝缘反射层；61、发光面；7、p
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GaN层；8、InGaN/GaN多量子阱层；9、 n
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GaN层；10、钝化层；11、N电极。
具体实施方式
[0032]下面，结合附图以及具体实施方式，对本技术做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种垂直结构LED芯片，其特征在于，从下往上依次包括衬底层、粘结层、键合层、保护层、反射层、p
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GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、n
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GaN层、钝化层和N电极；其中，反射层包括金属反射层和绝缘反射层，金属反射层的底面与保护层的上面连接，绝缘反射层设置在金属反射层的两端且与保护层连接；所述金属反射层为Ag、Ti和Ni中的一种，所述绝缘反射层为SiO2、Si3N4、TiO2、Ti3O5中的一种。2.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述粘结层为Cr、Ti、Ni、Al、Pt和Au中的一种，粘...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：河源市天和第三代半导体产业技术研究院，
类型：新型
国别省市：