本发明专利技术公开了一种ＬＥＤ芯片及其制备方法。先在外延片的Ｐ型ＧａＮ层上依次逐层沉积反射层、Ｐ电极和绝缘层；在绝缘层和散热层上分别沉积键合金属材料；对准后进行键合；倒装后减薄衬底，再用激光聚焦在外延片的衬底与ＧａＮ缓冲层交界面进行衬底剥离；刻蚀ＧａＮ缓冲层直到Ｎ型ＧａＮ裸露并将裸露的Ｎ型ＧａＮ层图形化，使其上表面为三维凸起阵列；在图形化的Ｎ型ＧａＮ层上沉积一层ＩＴＯ作为透明电极并在该结构的四角刻蚀出４个沟槽结构，刻蚀沟槽从顶端Ｎ型ＧａＮ层刻蚀到Ｐ型电极层裸露；在ＩＴＯ上刻蚀出电极孔并沉积金属制作Ｎ电极焊点。本发明专利技术能提高出光效率和芯片性能，又能减化工艺过程，可增加单芯片面积和发光面积，提高其出光功率。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种LED芯片及其制备方 法，该LED芯片尤其适用于照明。
技术介绍
发光二极管(LED)是一种具有较高电光转换效率的半导体发光器件。 目前以氮化镓(GaN)材料为代表的III-V族化合物是蓝绿光LED的重要衬 料体系，在众多领域中的广泛应用促进了研发和商用器件方面的快速发展。 现在比较常用的LED芯片结构如图1、图2所示。图l是常用的正装LED 芯片结构示意图，其基本结构包括衬底310， GaN缓冲层320， N型 GaN330， P型GaN 340，电极焊点110， 120。图2是基于激光剥离的倒装 LED芯片结构示意图，其基本结构为连接层210， P型GaN 340， N型 GaN330，电极焊点220。这两个结构一般芯片比较小，并且出光功率有待 提高。由于自然界缺乏天然GaN单晶,目前GaN基LED普遍采用价格低的 蓝宝石作为异质衬底，蓝宝石的导电以及导热性能比金属差,这影响了 GaN 基LED器件的电学和光学性能。如何克服蓝宝石衬底带来的不利影响，提高 GaN基LED器件的光电性能及散热效果，成为目前GaN基LED器件的 研究热点。激光剥离技术是解决这一问题的重要方法之一。已经有报道采 用硅(Si)或铜(Cu)作为激光剥离的转移衬底实现激光剥离，并在此基 础上设计出不同的芯片结构，但是还存在一些问题。在激光剥离前,将GaN 与Si或Cu键合在一起，剥离后再将GaN与Si或Cu分离，键合和分离工 艺上都比较复杂，并且最后得到的芯片的结构没有很好地解决出光效率和 性能的问题，尤其是LED芯片发光功率及发光面积，需要进一步提高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种LED芯片，该LED照片芯片既能提高出光效 率和芯片性能，又能减化工艺过程，尤其可以增加单片芯片面积，同时增 加发光面积和提高单片芯片的出光功率；本专利技术还提供了该芯片的制备方法。本专利技术提供的LED芯片，其特征在于它自下而上依次包括散热层、 键合金属层、绝缘层、P型电极、反射层、P型GaN层、N型GaN层和N 型电极；其中N型电极由ITO透明电极和N电极焊点构成，在芯片四角设 置有四条P电极沟槽，P电极沟槽由芯片顶层的N型电极区贯穿到芯片的P 型区；N型GaN层的上表面为三维凸起阵列。本专利技术提供的LED芯片的制备方法，其步骤包括(1) 在外延片的P型GaN层上依次逐层沉积反射层、P电极、绝缘层， 再在绝缘层和散热层上分别沉积键合金属材料，再将二者结构对准后键合， 键合温度为100到800°C，压强为1.5到3.5个大气压，键合时间为10到 40分钟；其中，反射层厚度为50到500纳米，P电极厚度为50到IOOO纳 米，绝缘层厚度在100到1000纳米左右；散热层厚度在20到300微米， 键合金属层的厚度为100到2000纳米；(2) 将步骤(1)所得到的结构倒装；(3) 将外延片的衬底减薄到50到200微米，再用激光聚焦在外延片 的衬底与GaN缓冲层交界面，清洗剥离后的结构；(4) 刻蚀GaN缓冲层直到N型GaN裸露；(5) 将裸露的N型GaN图形化，使其上表面为三维凸起阵列；(6) 在图形化的N型GaN上沉积一层ITO作为透明电极，ITO透明 电极的厚度为100到1000纳米；(7) 在步骤(6)所得到的结构四角刻蚀出4个沟槽结构，刻蚀沟槽 从顶端N型GaN刻蚀到P型电极层裸露；在ITO上刻蚀出4个电极孔，P 电极焊点的孔直径为20到80微米；(8)在ITO的上述电极孔内的沉积金属作为N电极焊点。本专利技术要求实现衬底激光剥离后，表面图形化N型GaN技术并制作ITO (铟锡金属氧化物)透明电极，既可以通过电极微结构提高出光效率，又 可以提高大功率芯片载流子注入效率。衬底激光剥离后GaN缓冲层暴露， 但是GaN缓冲层没有掺杂所以导电率不高，在它上面直接做电极会影响 LED出光效率和性能，所以选择先刻蚀掉GaN缓冲层后图形化N型GaN, 然后在其上沉积透明电极ITO,并在ITO上内嵌Ni/Au电极焊点。为了在P 电极上引出焊点，需在剥离衬底后在芯片四角刻蚀出沟槽结构，从顶端直 接刻蚀到P电极上层。本专利技术方法在将外延片进行激光剥离衬底的基础上制作新型倒装LED 芯片，可获得高性能的LED芯片，尤其是可以提高单个LED芯片的发光面 积和单个LED芯片的出光功率及效率。具体而言，本专利技术具有以下技术效 果(1) 引入散热层，既可作为激光剥离时的散热材料，又可提高大功率 LED芯片的散热效果。(2) 激光剥离衬底后，结合表面图形化技术制作ITO透明电极，既可以 通过电极微结构提高出光效率，又可以解决大功率芯片载流子注入问题。(3) 改进电极结构设计，可以使得芯片面积可以增加，不仅增加发光面 积同时增加单片发光功率。附图说明图1为常用的正装LED芯片结构示意图。其基本结构包括衬底310， GaN缓冲层320， N型GaN330， P型GaN340，电极焊点110， 120;图2是常见的基于激光剥离的倒装LED芯片结构示意图。基本结构为 连接层210， P型GaN340， N型GaN330，电极焊点220;图3为本专利技术的LED芯片的结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为俯视图4是本专利技术方法的工艺路程图5是本专利技术各个工艺流程得到的结构示意图5A是在P型GaN层340上沉积反射层350、 P电极360、绝缘层370 并键合散热层390后的结构，其中380为键合金属层； 图5B是倒装后的结构；图5C是用激光器照射衬底/GaN缓冲层交界面实现激光剥离衬底的过程；图5D是衬底剥离后的结构；图5E是是刻蚀掉GaN缓冲层后的结构；图5F是对N型GaN做图形化后的结构,其中335为图形化的N型GaN 结构；图5G是在图形化的N型GaN上沉积ITO透明电极后的结构，ITO透 明电极325;图5H是在ITO上刻蚀出小孔并沉积N电极焊点并在芯片四角刻蚀出P 电极沟槽后的结构，其中345为P电极沟槽；图51是最后得到结构的正视图，其中325a为刻蚀图形化后的ITO透 明电极，325b为P电极焊点；图5J是划片前多个芯片的阵列，该图以三个芯片示意。具体实施例方式下面结合附图和实例对本专利技术作进一步详细的说明。 如图3所示，本专利技术的LED芯片自下而上依次为散热层390、键合 金属层380、绝缘层370、 P型电极360、反射层350、 P型GaN340、 N型 GaN330和N型电极，其中N型GaN层330的上表面为三维凸起阵列，如 圆锥或圆台结构，阵列中的三维凸起的结构会因工艺条件不同而有所差异。 N型电极由ITO透明电极325a和N电极焊点325b构成，本专利技术的结构还 包括P电极沟槽345， P电极沟槽是在芯片结构四角刻蚀出4个P电极沟槽 后，从N型GaN刻蚀到P型GaN上。如图4所示，本专利技术方法包括以下步骤 (1)首先在外延片的P型GaN层340上逐层沉积反射层350、 P电极360、绝缘层370，接着在绝缘层和散热层上沉积焊接金属，最后将二者结 构对准后，在高温高压条件下实现键合。得到如图5A所示的结构；外延片由衬底310、 GaN缓冲层320、 N型GaN层330和P型GaN层 340构成。本专利技术可应用与市售各类外延片，包括本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种ＬＥＤ芯片，其特征在于：它自下而上依次包括散热层、键合金属层、绝缘层、Ｐ型电极、反射层、Ｐ型ＧａＮ层、Ｎ型ＧａＮ层和Ｎ型电极；其中Ｎ型电极由ＩＴＯ透明电极和Ｎ电极焊点构成，在芯片四角设置有四条Ｐ电极沟槽，Ｐ电极沟槽由芯片顶层的Ｎ型电极区贯穿到芯片的Ｐ型区；Ｎ型ＧａＮ层的上表面为三维凸起阵列。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：周治平，张斌，吴廷伟，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]
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