在金属热沉上的激光剥离功率型LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术设计一种在金属热沉上制备激光剥离衬底的功率型ＬＥＤ芯片及其制备方法，具体步骤为：在蓝宝石衬底ＧａＮ外延片上大面积蒸镀透明电极Ｎｉ／Ａｕ；在透明电极上蒸镀Ｎｉ／Ａｇ／Ｔｉ／Ａｕ反射层；在反射层上电镀平整的、周期性的金属热沉单元，厚度５０μｍ以上；镀金属热沉外延片在Ｋｒ准分子激光器照射下剥离蓝宝石衬底，得到ｎ面向上的粘接在金属热沉的外延片；在ｎ－ＧａＮ表面用离子体刻蚀，然后蒸镀ｎ面电极，电极结构为Ｔｉ／Ａｌ／Ｎｉ／Ａｕ；把ＬＥＤ外延片ｎ面贴上蓝膜，得到金属热沉支撑的ＧａＮ基ＬＥＤ外延片，并使得管芯单元分裂开。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及到GaN基功率型发光二极管(LED)芯片的制备方法，尤其涉及一种采用激光剥离蓝宝石衬底的GaN基LED外延片制备上下电极结构的LED芯片及其制备方法。
技术介绍
普通的正面出光的GaN基LED芯片因为p电极挡光，n面上有源区被刻蚀掉，p电极难以制作，而且传统的蓝宝石衬底难以散热，因而很难进一步提高LED芯片的发光功率和效率。为了解决这些问题，美国Cree公司提出了SiC衬底的上下电极结构的GaN基LED，通过n面出光，解决了散热和挡光的问题，同时垂直电导有利于载流子注入、复合效率的提高。但是SiC相比宝石衬底比较贵，加工也更加困难，制约了其推广使用。最近，日本Nichia公司和德国Osram公司分别推出了激光剥离蓝宝石衬底，制备上下电极结构的LED芯片的技术。通过这项技术也有效地解决了散热、出光问题，在n面上可以制备高出光效率的微结构，同时极大地简化了制作工艺，还可以重复使用蓝宝石衬底，因而是得到高发光效率，低成本LED的重要方向。然而目前因为GaN Wafer bonding技术，Si热沉散热，导电仍有一些问题，因而实现比较困难，目前仍没有成为大功率芯片制备主要方向。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种激光剥离外延片制备上下电极的方法，以提高散热效率，而且省略掉磨片、划片、裂片等大量工艺过程，提高器件的综合性能指标。本专利技术是通过在芯片的p面上整个制作欧姆电极和反射层，然后在反射层上电镀或喷镀或蒸镀热导率高的、周期性单元的厚金属层作为芯片热沉和衬底(这些金属包括铜(Cu)，铝(Al)，银(Ag)，金(Au)，钛(Ti)，镍(Ni)，铬(Cr)，铁(Fe)，铅(Pb)等及其合金)，接着剥离蓝宝石衬底，然后在n面制备欧姆电极。本专利技术的特点是避开wafer bonding的困难，同时利用金属热沉提高散热效率，诱导裂片。根据本专利技术的在金属热沉上制备激光剥离衬底的功率型LED芯片，具体结构如下在厚金属热沉衬底(50μm以上)上为反射电极，逐层为Ni，Ag，Ti，Au组成(Ni/Ag/Ti/Au)，其上为Ni和Au组成(Ni/Au)的透明电极，再上面的是GaN基LED的外延片，最上面为n型电极，n型电极材料逐层为Ti，Al，Ni，Au(Ti/Al/Ni/Au)。其平面结构金属热沉衬底为周期为1.2mm的间隔为200μm的不连接方块单元，反射电极为周期为1.2mm的间隔为100μm的相互连接方块单元，透明电极和外延片为周期为1.2mm的无间隔方块单元，n型电极为有两个焊盘的相互连接的枝杈结构，周期为1.2mm。以上平面结构周期为1.2mm是大尺寸芯片的典型尺寸，对任意尺寸芯片，其周期可在0.2到5mm范围内变动，其周期间隔也可按比例在适当范围内变动。根据本专利技术的在金属热沉上制备激光剥离衬底的功率型LED芯片的方法，具体步骤如下(1)在蓝宝石衬底GaN外延片上大面积蒸镀透明电极Ni/Au；(2)在透明电极上蒸镀Ni/Ag/Ti/Au反射层；(3)在反射层上电镀平整的、周期性的金属热沉单元，厚度50μm以上；(4)镀金属热沉外延片在Kr准分子激光器照射下剥离蓝宝石衬底，得到n面向上的粘接在金属热沉的外延片；(5)在n-GaN表面用离子体刻蚀，然后蒸镀n面电极，电极结构为Ti/Al/Ni/Au；(6)把LED外延片n面贴上蓝膜，得到金属热沉支撑的GaN基LED外延片，并使得管芯单元分裂开。附图说明下面结合附图对本专利技术进一步详细地说明图1a～图1c是激光剥离、上下电极LED芯片示意；其中图1a是激光剥离、上下电极LED芯片的剖面图；图1b是Cu衬底面俯视图； 图1c是n-GaN出光面俯视图；图2a～图2f是激光剥离、上下电极LED芯片制备过程示意图；其中图2a是在蓝宝石衬底GaN外延片上蒸镀透明电极Ni/Au；图2b是在透明电极上蒸镀反射层Ni/Ag/Ti/Au；图2c是在反射层上电镀厚Cu；图2d是激光剥离掉蓝宝石衬底；图2e是在n-GaN上蒸镀Ti/Al/Ni/Au；图2f是把外延片粘上蓝膜，扩膜使芯片单元分开。最佳实施例详细描述本专利技术的目的是提供一种激光剥离外延片制备上下电极的方法，以提高散热效率，提高器件的光学、电学性能指标。本专利技术通过在芯片的p面上整个制作欧姆电极和反射层，然后在反射层上电镀或喷镀或蒸镀热导率高的、周期性单元的厚金属层作为芯片热沉和衬底，接着剥离蓝宝石衬底，然后在n面制备欧姆电极。作为热沉的金属可以是铜(Cu)，铝(Al)，银(Ag)，金(Au)，钛(Ti)，镍(Ni)，铬(Cr)，铁(Fe)，铅(Pb)等及其合金，下面仅以铜(Cu)作为金属热沉为最佳实施例以做说明，其他金属可以做同样的置换，而其他步骤和结构都不需要改变。下面参照本专利技术的附图，详细说明在金属热沉上制备激光剥离衬底的功率型LED芯片方法和这种LED芯片的结构。图1a～图1c所示为激光剥离、上下电极LED芯片示意；其中图1a是激光剥离、上下电极LED芯片的剖面图；图1b是Cu衬底面俯视图；图1c是n-GaN出光面俯视图；结合这些附图，下面详细说明本专利技术的在Cu热沉上制备激光剥离衬底的功率型LED芯片结构和特点(1)金属热沉衬底为电镀的厚Cu 1，厚度为50微米以上，表面平整，作为上下电极结构的LED衬底。(2)厚Cu衬底上面为反射层2；反射层2由Ni/Ag/Ti/Au组成，总厚度在100-2000nm，Ni联结Ag和透明电极；Ag使得透过透明电极的光子反射到出光面n-GaN面，Ti/Au阻碍Ag氧化，整个反射层使得表面形成低电阻的导电网络，从而保证电镀Cu的均匀性。(3)反射层2上面为透明电极3，透明电极3为氧化的Ni(5nm)/Au(5nm)；这种结构保证与LED外延片4p-GaN形成良好的欧姆接触。(4)透明电极3上面的是GaN基LED的外延片4。(5)LED外延层4上面是n型电极，该n型电极为Ti/Al/Ni/Au，总厚度在100-2000nm。根据本专利技术的LED芯片的平面结构为金属热沉衬底为周期为1.2mm的间隔为200μm的不连接方块单元，反射电极为周期为1.2mm的间隔为100μm的相互连接方块单元，透明电极和外延片为周期为1.2mm的无间隔方块单元，n型电极为有两个焊盘的相互连接的枝杈结构，周期为1.2mm。图2a～图2f是激光剥离、上下电极LED芯片制备过程示意图；其中图2a是在蓝宝石衬底GaN外延片上蒸镀透明电极Ni/Au；图2b是在透明电极上蒸镀反射层Ni/Ag/Ti/Au；图2c是在反射层上电镀厚Cu；图2d是激光剥离掉蓝宝石衬底；图2e是在n-GaN上蒸镀Ti/Al/Ni/Au；图2f是把外延片粘上蓝膜，扩膜使芯片单元分开。结合图2a～图2f详细说明本专利技术的具体实施步骤如下(1)在蓝宝石衬底GaN外延片上大面积蒸镀透明电极Ni(5nm)/Au(5nm)，然后在氧气下400-600℃下合金1-10分钟，用草酸∶水＝1∶3漂去表面NiO。如图2a。(2)在透明电极上蒸镀Ni/Ag/Ti/Au反射层，各单元间金属相连，总厚度在100-2000nm，如图2b。电极参考形状如图1b所示。(3)用厚光刻胶做掩膜，在反射层上电镀平整的、周期性的Cu单元，厚度50μm以上，单元间Cu不相互连接。如图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种在金属热沉上的激光剥离功率型ＬＥＤ芯片，具体结构包括以下部分：金属热沉衬底厚度大于５０微米，表面平整，直接作为上下电极结构的ＬＥＤ支撑衬底；厚金属热沉衬底上面为反射层；反射层逐层由Ｎｉ、Ａｇ、Ｔｉ、Ａｕ金属组成，Ｎｉ联结 Ａｇ和透明电极；反射层上面为透明电极，透明电极为氧化的Ｎｉ和Ａｕ组成；ＬＥＤ外延层上面是ｎ型电极，该ｎ型电极逐层为Ｔｉ、Ａｌ、Ｎｉ、Ａｕ。

【技术特征摘要】
1.一种在金属热沉上的激光剥离功率型LED芯片，具体结构包括以下部分金属热沉衬底厚度大于50微米，表面平整，直接作为上下电极结构的LED支撑衬底；厚金属热沉衬底上面为反射层；反射层逐层由Ni、Ag、Ti、Au金属组成，Ni联结Ag和透明电极；反射层上面为透明电极，透明电极为氧化的Ni和Au组成；LED外延层上面是n型电极，该n型电极逐层为Ti、Al、Ni、Au。2.根据权利要求1所述的在金属热沉上的激光剥离功率型LED芯片，其特征在于在P面反射电极之上镀厚金属导电热沉，兼做LED外延片的支撑衬底，这些金属包括铜、铝、银、金、钛、镍、铬、铁、铅及其合金。3.根据权利要求1所述的在金属热沉上的激光剥离功率型LED芯片，其特征在于反射层逐层由Ni、Ag、Ti、Au组成，Ni联结Ag和透明电极。4.一种在金属热沉上的激光剥离功率型LED芯片的制备方法，具体包括以下步骤(1)在蓝宝石衬底GaN外延片上大面积蒸镀透明电极Ni/Au；(2)在透明电极上蒸镀Ni/Ag/Ti/Au反射层；(3)在反射层上电镀平整的、周期性的金属热沉...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈志忠，康香宁，秦志新，于彤军，胡晓东，章蓓，杨志坚，张国义，
申请(专利权)人：北京大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]