一种垂直结构发光二极管芯片的制造方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直结构发光二极管芯片的制造方法，首先在生长衬底上依次生长出N型半导体层、有源层及P型半导体层，以形成芯片外延结构；在P型半导体层上制作电流扩散层、P反射镜及P键合层；腐蚀单晶Si片形成具有规则图形化表面的Si转移衬底；并在其规则图形化表面制作金属键合层与所述P键合层键合；剥离所述生长衬底制作N电极，并在所述Si转移衬底的另一面制作P电极。本发明专利技术的工艺方法能够使Si转移衬底与金属键合层的接触面积增大，从而提高键合的粘附性，有利于垂直结构LED芯片良品率的提高；且Si转移衬底与金属键合层界面具有均匀稳定的电学特性，有利于芯片电流的均匀分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及发光二极管的制造方法，尤其是指。
技术介绍
发光二极管具有体积小、效率高和寿命长等优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率发光二极管可能实现半导体固态照明，引起人类照明史的革命，从而逐渐成为目前电子学领域的研究热点。传统的芯片制造工艺是在一片衬底上同时制备数百个甚至数千个芯片，每个芯片之间有一定的距离，在制备好这些芯片之后，进行划片、切割将他们分离，最后经后续的封装等工艺得到发光二极管。通常发光二极管的芯片结构为在蓝宝石等衬底上依次外延了 N 型半导体层、有源层、P型半导体层的构造。目前为了降低生长过程中的应力，也可以先对生长衬底进行划片定义，之后再生长外延材料制作芯片。最终的LED芯片可以是正装结构、倒装结构、垂直结构等。其中，垂直结构LED的两个电极分别在有源层的上下两侧，电流几乎全部垂直流过氮化镓基外延层，没有横向流动的电流。因此，电阻降低，没有电流拥塞，电流分布均勻，可充分利用发光层的材料，电流产生的热量减小，电压降低，抗静电能力提高。其传统的制造工艺包括下述步骤在蓝宝石衬底上生长一中间媒介层和氮化镓基外延层(依次包括N型半导体层、有源层、P型半导体层等)，在氮化镓基P型半导体层上键合一导电支持衬底，该导电支持衬底的另一面层叠P电极。利用激光照射在中间媒介层上，氮化镓分解，蓝宝石衬底和氮化镓基外延层分离，即激光剥离，然后制造N电极完成芯片结构的制作。通常键合导电支持衬底是在表面光滑的导电支持衬底上直接制作键合层，然后进行键合的，然而，由于制作垂直结构的LED需要剥离蓝宝石衬底，需要导电支持衬底的键合有较高牢固性，这就对现有的键合工艺提出了挑战。因此，在垂直结构LED制作工艺中如何增加芯片键合的粘附性，提高LED芯片的良品率，仍然是本领域技术人员亟待解决的重要课题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于提供，可提高垂直结构发光二极管芯片的键合粘附性，从而提高LED芯片的良品率。为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案，包括以下步骤步骤一、在生长衬底上依次生长出N型半导体层、有源层及P型半导体层，从而形成芯片外延结构；步骤二、在P型半导体层上依次制作电流扩散层、P反射镜及P键合层；步骤三、提供单晶Si片，并腐蚀所述单晶Si片，形成具有规则图形化表面的Si转移衬底；步骤四、清洗所述Si转移衬底，并在其规则图形化表面制作金属键合层；步骤五、将所述Si转移衬底制作有金属键合层的一面与所述P键合层键合；步骤六、剥离所述生长衬底，清洗芯片外延结构的N型半导体层，在N型半导体层上制作N电极，并在所述Si转移衬底的另一面制作P电极。优选地，步骤三中腐蚀所述单晶Si片形成的规则图形化表面的深度< lym。优选地，步骤三采用摩尔比为H2O KOH = 2 3的氢氧化钾溶液腐蚀(100)晶面的单晶Si片，腐蚀温度为20-100°C，从而形成圆台状周期性排列的规则图形化表面。优选地，步骤三采用摩尔比为H2O KOH = 7 3的氢氧化钾溶液腐蚀(110)晶面的单晶Si片，腐蚀温度为20-100°C，从而形成条状周期性排列的规则图形化表面。优选地，步骤四所述金属键合层采用金锡合金材料、金材料或铜材料。优选地，步骤四所述金属键合层厚度为2-3 μ m作为本专利技术的优选方案之一，步骤一首先在生长衬底表面形成沟道，再在已形成沟道的生长衬底上依次生长出N型半导体层、有源层及P型半导体层，且使所述沟道相应向上延伸成长沟道，以形成相互分隔的由N型半导体层、有源层及P型半导体层构成的单体的芯片外延结构。进一步优选地，步骤五中将整片Si转移衬底同时与各个单体的芯片外延结构上的P键合层键合。或者，步骤五中将整片Si转移衬底分离成与单体的芯片外延结构大小相同的单元，之后再与各个单体的芯片外延结构上的P键合层键合。作为本专利技术的另一优选方案，步骤二还包括将制作了电流扩散层、P反射镜及P键合层的芯片外延结构分离成多个单颗管芯；相应地步骤五分别将所述多个单颗管芯与整片 Si转移衬底键合。相较于现有技术，本专利技术的有益效果在于本专利技术的工艺方法在键合Si转移衬底之前腐蚀Si转移衬底表面，形成一定的规则图形表面，使Si转移衬底与金属键合层的接触面积增大，从而提高键合的粘附性。牢固的键合有利于减小后续的剥离工艺对芯片的损伤，从而提高了激光剥离工艺的良品率，有利于垂直结构LED芯片良品率的提高。其中，腐蚀Si转移衬底时采用特定配比的腐蚀液， 利用对Si晶体各向异性的腐蚀原理，可以得到圆台状或条状的周期性排列的规则图形。由于Si转移衬底表面的图形根据腐蚀晶向的不同而规则有序的排列，因此Si转移衬底与金属键合层界面具有均勻稳定的电学特性，从而使键合后P电极端的电学性能均勻稳定，有利于芯片电流的均勻分布，强化了垂直结构LED的优势。此外，键合工艺中的高温高压可使金属键合层材料产生流动性，使Si转移衬底表面图形的高台面处的键合材料向低部沟道中填充，最终实现金属键合层的表面平坦化，从而保证了该键合工艺的稳定性。附图说明图1是实施例中垂直结构发光二极管芯片的制造方法流程示意图；图2是实施例中垂直结构发光二极管芯片的芯片结构示意图；图3是实例中金字塔状周期性排列的规则图形化表面示意图4是实例中条状周期性排列的规则图形化表面示意图。 具体实施例方式下面结合附图进一步说明本专利技术的具体实施步骤，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。实施例一请参看图1，实施例一提供的垂直结构发光二极管芯片的制造方法包括以下步骤步骤一、首先在生长衬底表面利用光刻和刻蚀(如等离子刻蚀)或激光划片等工艺形成沟道，形成的沟道深度为15-50微米。形成的沟道将生长衬底表面划分成和最终芯片尺寸相同的小区间。所述生长衬底可以为Si衬底、SiC衬底、蓝宝石衬底等，本实施例优选蓝宝石衬底。然后清洗已形成沟道的生长衬底，将上述沟道中残留的脏物去除。清洗时可采用热的强酸溶液或热的强碱溶液作为清洗剂进行清洗，或采用激光清洗的方法。在已形成沟道的生长衬底上依次外延生长出N型半导体层、有源层及P型半导体层，且使所述沟道相应向上延伸成长沟道，以形成相互分隔的由N型半导体层、有源层及P型半导体层构成的单体芯片外延结构，各单体芯片外延结构由其底部的生长衬底连在一起，并不完全分离。所述N 型半导体层优选为N型GaN层，P型半导体层优选为P型GaN层，有源层优选为GaN基量子阱层。由于衬底上已形成了沟道，GaN等半导体材料无法在沟道上生长，所以无需刻蚀，可外延自发生长成各个单体芯片外延结构。生长外延之前在生长衬底上制作沟道，有助于释放应力，保护芯片。然而本专利技术不仅限于此，也可以采用传统的方法直接在生长衬底上外延N型半导体层、有源层及P型半导体层等材料。作为本实施例的优选方案，在步骤一之后，使用温度范围为140-300°C、容积比为 2-20M/L的氢氧化钾与氢氧化钠的混合溶液，对所述长沟道侧壁进行3-30分钟的湿法腐蚀，使各单体芯片外延结构的侧壁被粗化形成微结构，有利于芯片侧壁光取出效率的提高。步骤二、在各单体芯片外延结构的P型半导体层上依次制作电流扩散层、P反射镜及P键合层。所述电流扩散层的材料优选为ITO材料，能够起到电流扩散的作用，所述P反射镜优选为Ag或Al材本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张楠，齐胜利，潘尧波，郝茂盛，
申请(专利权)人：上海蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：