垂直结构发光二极管芯片结构及其制造方法技术

本发明专利技术涉及了一种垂直结构发光二极管芯片结构及其制造方法，本发明专利技术垂直结构发光二极管芯片是通过在Ｐ－ＧＡＮ的欧姆接触层上邦定金属支撑层，机械研磨晶圆背面蓝宝石衬底，在蓝宝石上激光划槽并通过磷酸＋硫酸溶液腐蚀划道，露出Ｎ－ＧＡＮ层，淀积Ｎ电极金属，最后切割晶圆得到ＬＥＤ芯片，这样通过邦定金属支撑层－机械研磨－激光划槽－混酸腐蚀的综合方法制造的芯片为垂直结构，其具有热阻低、光取出效率高，制造过程利用现有生产设备、生产可操控性强，降低了生产成本，提高了产品良率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种，属于半导体器件制 造领域。
技术介绍
发光二极管(LED =Light Emitting Diode)在显示、照明领域有着广泛的应用，半 导体发光二极管将电能转化为光能，其特点是能耗低、寿命长、色彩丰富、制程环保。但由于 目前光电转换效率尚不到20%，仍有80 %的电能转化为热能，导致LED发光器件工作后有 光衰，直接影响LED的长期正常使用，解决散热是LED行业最为迫切的问题。GaN基LED芯 片有两种基本结构，横向结构(Lateral)和垂直结构(Vertical)。横向结构的LED芯片的 P、N电极在LED芯片的同一侧，电流在N和P类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结 构的LED芯片的P、N两个电极分别在LED外延层的两侧，由于图形化电极和全部的P类型 限制层作为第二电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，极少横向流动的电流。制造 垂直结构LED芯片通常采用激光剥离生长衬底蓝宝石或机械研磨蓝宝石衬底。激光剥离生 长衬底和外延层主要存在设备投资大，运营成本高，同时激光束的瞬间高 温对外延层有伤 害，导致产品良率低，芯片成本高；单纯使用机械研磨，由于外延层厚度为6-10 μ m,生长外 延的蓝宝石自身有一定不平整度，机械研磨的精度在5 μ m左右，这样导致一是机械研磨 蓝宝石的终点无法控制，二是研磨的不均勻性，部分区域已经研磨到N-GaN，部分区域仍残 留蓝宝石衬底，因此产品良率低，如专利200810033972. 5中提到的用机械研磨的方法去除 蓝宝石衬底的方法来制作垂直结构LED芯片。
技术实现思路
为了克服激光剥离衬底及机械研磨衬底在制作垂直结构LED芯片存在的问题，本 专利技术提出一种，其通过邦定金属支撑层-机械 研磨_激光划槽_混酸腐蚀的综合方法，制造垂直结构LED芯片，降低了生产成本，提高了 产品良率。本专利技术的技术方案是垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于包括下 列工艺步骤a.在P-GaN层上蒸镀金属，获得P电极欧姆接触层以及反光层；b.在上述金属表面邦定金属作为金属支撑层；c.将晶圆背面蓝宝石衬底机械研磨；d.在蓝宝石上激光划槽，根据所做芯片大小，调整划槽间距，根据蓝宝石的厚度控 制划槽深度和宽度；e.用硫酸+磷酸溶液，腐蚀切割道，控制时间，腐蚀到N-GaN层；f.在晶圆背面蓝宝石上制作N电极，使一部分N电极直接与N-GaN层接触，这部分 电极覆盖划槽底部，另一部分电极包括N电极压焊点N-PAD与蓝宝石衬底附着；g.切割成所需大小的芯片。如上所述的垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于邦定金属支撑层的 厚度在30-80 μ m。如上所述的垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于机械研磨蓝宝石衬 底，使剩余蓝宝石层厚度为25-50 μ m。如上所述的垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于激光划槽，根据蓝宝 石的厚度控制划槽深为27-50 μ m,宽度为30-60 μ m。如上所述的垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于使用磷酸+硫酸高 温在150-300°C下腐蚀划槽。如上所述的垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于金属支撑层邦定方 式包括电镀或共晶。垂直结构发光二极管芯片结构，包括P-GaN层、量子阱层、N-GaN层、缓冲层、蓝宝 石衬底，它们依次连接，其特征在于还包括P电极欧姆接触层、反光层、金属支撑层、N电极 和划槽；P-GaN层上有P电极欧姆接触层和反光层，欧姆接触层表面邦定厚度为30-80 μ m 金属支撑层，在25-50 μ m蓝宝石衬底的表面划出纵横交错的划槽，这些划槽的深度在 27-50 μ m,宽度30-60 μ m,划槽底部为N-GaN层；在晶圆背面蓝宝石上制作N电极，部分N电 极金属与划槽底部的N-GaN层接触，大部分N电极与蓝宝石衬底直接接触。本专利技术的有益效果是本专利技术可以使用一般LED芯片制造工厂的现有设备，无需 添置昂贵的激光剥离设备，且生产过程中各种参数可调，便于以低成本生产出垂直结构的 LED ；所制成的垂直结构LED芯片同比具有发光面积大、热阻低、亮度高的优点。附图说明图1是本专利技术实施例GaN基晶圆截面示意图。图2是是本专利技术实施例GaN基晶圆金属支撑层截面示意图。图3是GaN基晶圆减薄后截面示意图。图4是GaN基晶圆激光划槽后截面示意图。图5是GaN基LED芯片背面N电极俯视图。具体实施例方式以下结合附图和实施例对本专利技术做进一步的说明。图1中标记的说明=I-P-GaN层，2-量子阱层，3-N-GaN层，4-缓冲层，5-蓝宝石衬底。图2中标记的说明6_金属支撑层。图4中标记的说明-J-激光划槽及N电极金属。图5中标记的说明8-N电极，9-划槽。本专利技术实施例垂直结构发光二极管芯片结构包括P-GaN层1、量子阱层2、N-GaN 层3、缓冲层4、蓝宝石衬底5、P电极欧姆接触层、反光层、金属支撑层6、N电极8和划槽9 ； P-GaN 层1、量子阱层2、N-GaN层3、缓冲层4和蓝宝石衬底5依次连接，P-GaN层1上有P电 极欧姆接触层和反光层，欧姆接触层表面邦定厚度为30-80 μ m金属支撑层6，在25-50 μ m蓝宝石衬底5的表面划出一定形状的纵横交错的划槽9，这些划槽9的深度在27-50 μ m，宽度30-60 μ m,划槽9底部为N-GaN层3 ；在晶圆背面蓝宝石上制作N电极8，部分N电极金 属与划槽底部的N-GaN层3接触，大部分N电极8与蓝宝石衬底5直接接触。本专利技术实施例垂直结构发光二极管芯片制造方法，如图1-5所示，包括如下工艺 步骤1、在P-GaN层1上蒸镀金属，获得P电极欧姆接触层以及反光层；2、在上述金属表面邦定30-80 μ m金属作为金属支撑层6，如图2所示；3、将晶圆背面蓝宝石衬底5机械研磨，使剩余蓝宝石层厚度为25-50 μ m，如图3所 示；4、在蓝宝石上激光划槽，根据所做芯片大小，调整划槽间距，根据蓝宝石的厚度控 制划槽9深为27-50 μ m,宽度为30-60 μ m ；5、在晶圆正面的金属上生长保护层如SI02和(或)SI3N4 ；6、用硫酸+磷酸溶液(高温150-300°C )，腐蚀切割道，控制时间，确保腐蚀到 N-GaN 层 3 ；7、在晶圆背面蓝宝石上制作N电极8，使一部分N电极8直接与N-GaN层3接触， 这部分电极覆盖划槽底部；另一部分电极包括N-PAD与蓝宝石衬底5附着，这部分电极较 N-PAD 大 10-50 μ m ；8、切割成所需大小的芯片。事实上试图通过减薄研磨去除全部蓝宝石衬底5，在现有设备条件是不可能稳定 实施的，而且常规外延层上缓冲层4和N-GaN层3的总厚度一般不会超过8 μ m,通过机械研 磨去除全部蓝宝石层，由于机械研磨设备加工精度的限制，会造成整个晶圆表面有的区域 仍有蓝宝石层、有的区域已经研磨到N-GaN层3甚至全部外延层，导致产品良率低，生产无 法控制的情况。为了实现上述的工艺路线，本专利技术实施例的工艺过程为在氮化镓外延层P-GaN 层1上生长反光层和欧姆接触层，并在欧姆接触层表面邦定金属支撑层6，这层金属厚度在 30-80 μ m，这层金属可以选择导热性能良好、材料内应力低、材料价廉并便于后续封装的材 料，如铜金属等。邦定可以通过电镀或共本文档来自技高网...

【技术保护点】
垂直结构发光二极管芯片制造方法，其特征在于：包括下列工艺步骤：ａ．在Ｐ－ＧａＮ层上蒸镀金属，获得Ｐ电极欧姆接触层以及反光层；ｂ．在上述金属表面邦定金属支撑层；ｃ．将晶圆背面蓝宝石衬底机械研磨；ｄ．在蓝宝石上激光划槽，根据所做芯片大小，调整划槽间距，根据蓝宝石的厚度控制划槽深度和宽度；ｅ．用硫酸＋磷酸溶液，腐蚀切割道，控制时间，腐蚀到Ｎ－ＧａＮ层；ｆ．在晶圆背面蓝宝石上制作Ｎ电极，使一部分Ｎ电极直接与Ｎ－ＧａＮ层接触，这部分电极覆盖划槽底部，另一部分电极包括Ｎ电极压焊点Ｎ－ＰＡＤ与蓝宝石衬底附着；ｇ．切割成所需大小的芯片。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周武，郑如定，刘榕，张建宝，
申请(专利权)人：武汉华灿光电有限公司，
类型：发明
国别省市：83[中国|武汉]