一种垂直结构LED芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直结构LED芯片及其制备方法，该LED芯片从下往上依次包括衬底层、粘结层、键合层、电流阻挡层、N电极层、第二绝缘层、金属保护层、金属反射层、第一绝缘层，p

A vertical structure LED chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种垂直结构LED芯片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及一种半导体
，具体涉及一种垂直结构LED芯片及其制备方法。

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，LED芯片性能也在不断提升，其中芯片的漏电性能的好坏对质量起着重要作用。
[0003]导致芯片漏电的原因有多种，一是芯片生产过程中受到沾污，如灰尘、水汽、各种杂质离子会附着与芯片表面，不仅会在表面对芯片内部产生作用，还会扩散进入芯片内部产生作用，二是应力作用，在温度反复变化的过程中，各物质很难它们最初状态，相互间会保持有一定的应力，应力的作用，使得表面原子发生微位移，从而造成端面PN结处的能级状态发生改变，造成漏电，三是芯片自身原因漏电，芯片金属层结和绝缘层之间有空洞，PN结连通导致漏电。芯片的漏电，严重影响对产品的性能和使用寿命。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术的目的之一在于提供一种垂直结构LED芯片，设置有两层绝缘层，第一绝缘层用于保护N孔侧壁，第二绝缘层设置在金属保护层和N电极层之间，用于隔绝P电极和N电极，保护了PN结，改善了传统芯片PN结漏电的现象；本专利技术的目的之二在于提供一种垂直结构LED芯片的制备方法，在N电极层和金属反射层之间设置第一绝缘层，用于保护N孔侧壁，在金属保护层和P电极之间设置第二绝缘层，用于隔绝P电极和N电极层的作用，从而起到保护PN结，改善了传统芯片PN结漏电的作用。
[0005]本专利技术的目的之一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、电流阻挡层、N电极层、第二绝缘层、金属保护层、金属反射层、第一绝缘层，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P电极；其中，n
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GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p
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GaN层形成LED外延片，N电极层开设有用于与LED外延片导通的N孔，第一绝缘层与N孔连接，目的是保护N孔侧壁。第二绝缘层设置在金属保护层和N电极层之间，起隔绝P电极和N电极层的作用；
[0007]进一步，所述金属反射层的材料为Ag和/或Ni，厚度为100nm～300nm。
[0008]再进一步，所述第一绝缘层沉积的材料为SiO2和/或Si3N4，沉积厚度为100nm～300nm。具体地，第一绝缘层是采用等离子体增强化学的气相沉积法沉积在LED外延片上，沉积薄膜为SiO2，沉积温度为200～300℃，沉积厚度为1nm～3nm。
[0009]进一步，所述衬底层的材料为蓝宝石、硅和碳化硅中的一种；所述金属保护层为Cr、Pt、Au和Ti中的一种或两种以上。
[0010]再进一步，所述粘结层为Cr、Ti、Ni、Al、Pt和Au中的一种或两种以上，粘结层的总
厚度为10nm～1000nm，优选Al，厚度为100nm～1000nm；所述键合层为AuSn、NiSn、CuSn和AuSi中的一种或两种以上，键合层的总厚度为1000～9000nm。
[0011]进一步，所述N电极层所用的金属为Ti、Cr、Ni、Al、Pt和Au中的一种或两种以上；所述N电极层的总厚度为500nm～5000nm。
[0012]本专利技术的目的之二采用如下技术方案实现：
[0013]上述的垂直结构LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
[0014]1)在衬底层上生长金属保护层、n
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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2～20μm；
[0015]2)在步骤1)所得的LED外延片上，通过电感耦合等离子体刻蚀的方法刻蚀制作出Mark点，并在LED外延片上刻出N孔；Mark点主要用于后面工艺的对准；
[0016]3)在步骤2)所得的LED外延片上采用等离子体增强化学的气相沉积法沉积第一绝缘层，沉积温度为200～300℃，沉积厚度为100nm～300nm，用于保护N孔侧壁；
[0017]4)在步骤3)所得的第一绝缘层上使用光刻的方法制作反射层图案，然后使用湿法腐蚀的方法去除反射层区域的SiO2绝缘层，保留N孔的第一绝缘层，使用溅射的方法制备金属反射层，溅射金属优选为AgTiW，厚度为100nm～300nm；
[0018]5)在步骤4)所得的金属反射层上用电子束蒸镀的方法蒸镀金属，形成金属保护层；
[0019]6)在步骤5)所得的LED外延片采用等离子体增强化学的气相沉积法沉积SiO2制作第二绝缘层，沉积温度为200～300℃，沉积厚度为500nm～1000nm，用于隔绝PN电极层作用，并开孔；
[0020]7)在步骤6)所得的LED外延片上用电子束蒸镀的方法从上到下依次蒸镀N电极层、电流阻挡层和键合层；
[0021]8)在衬底层上制作粘结层；
[0022]9)将步骤7)所得的键合层和步骤8)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；
[0023]10)剥离步骤9)所得的LED外延片的衬底层；
[0024]11)对步骤10)所得的剥离衬底层的LED外延片进行粗糙化处理；
[0025]12)在经步骤11)处理的LED外延片上制作出LED图案，再对LED图案进行刻蚀，得到LED发光面芯片；
[0026]13)在步骤12)所得的LED外延片制作钝化层；优选采用等离子体增强化学的气相沉积法沉积SiO2制作钝化层，沉积温度为200～300℃，沉积厚度为200nm～500nm，用于保护芯片表面；
[0027]14)在步骤13)所得的LED发光面芯片的发光面周围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电极层，得到垂直结构LED芯片。
[0028]进一步，步骤10)中，剥离衬底层的方法为：先进行研磨，再化学腐蚀，最后采用电感耦合等离子刻蚀。
[0029]再进一步，步骤111)中，使用热的碱性溶液或碱的熔融物对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℃。
[0030]进一步，步骤12)中，采用热的酸性溶液或酸的熔融物进行刻蚀，或者用电感耦合等离子体刻蚀。
[0031]相比现有技术，本专利技术的有益效果在于：
[0032](1)本专利技术的垂直结构LE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、电流阻挡层、N电极层、第二绝缘层、金属保护层、金属反射层、第一绝缘层，p
‑
GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、n
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GaN层、钝化层和P电极；其中，n
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GaN层、InGaN/GaN多量子阱层和p
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GaN层形成LED外延片，N电极层开设有用于与LED外延片导通的N孔，第一绝缘层与N孔连接。2.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属反射层的材料为Ag和/或Ni，厚度为100nm～300nm。3.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述第一绝缘层沉积的材料为SiO2和/或Si3N4，沉积厚度为100nm～300nm。4.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述衬底层的材料为蓝宝石、硅和碳化硅中的一种；所述金属保护层为Cr、Pt、Au和Ti中的一种或两种以上。5.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中的一种或两种以上，粘结层的总厚度为10nm～1000nm；所述键合层为AuSn、NiSn、CuSn和AuSi中的一种或两种以上，键合层的总厚度为1000～9000nm。6.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述N电极层所用的金属为Ti、Cr、Ni、Al、Pt和Au中的一种或两种以上；所述N电极层的总厚度为500nm～5000nm。7.权利要求1～6任一项所述的垂直结构LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：1)...

【专利技术属性】
技术研发人员：李国强，
申请(专利权)人：广州市众拓光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：