低成本的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种低成本的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法，其结构包括：基板层，生长衬底上的外延层被转移至所述基板层之上；基板层与外延层之间，由上至下依次有阻挡保护层、稀释保护层和黏结层；N电极位于外延层之上。它利用由多种金属或合金的叠层构成的稀释保护层和阻挡保护层，克服了低成本、低熔点金属作为黏结层材料存在的抗腐蚀能力差、扩散能力强等易破坏发光二极管结构及光电性能等问题，从而可代替贵金属作为热压黏合材料，一方面极大减低了垂直式发光二极管的制备成本，另一方面较低的热压温度及压力，减小热压自身的残余应力，使器件的光电性能和可靠性得到提高。本发明专利技术主要用于半导体发光器件上。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，其结构包括：基板层，生长衬底上的外延层被转移至所述基板层之上；基板层与外延层之间，由上至下依次有阻挡保护层、稀释保护层和黏结层；N电极位于外延层之上。它利用由多种金属或合金的叠层构成的稀释保护层和阻挡保护层，克服了低成本、低熔点金属作为黏结层材料存在的抗腐蚀能力差、扩散能力强等易破坏发光二极管结构及光电性能等问题，从而可代替贵金属作为热压黏合材料，一方面极大减低了垂直式发光二极管的制备成本，另一方面较低的热压温度及压力，减小热压自身的残余应力，使器件的光电性能和可靠性得到提高。本专利技术主要用于半导体发光器件上。【专利说明】
本专利技术涉及半导体发光器件及其制备方法，尤其涉及一种。
技术介绍
: 从发光二极管的结构上讲，GaN基的发光二极管芯片可分为正装结构、倒装结构和垂直结构。传统正装结构发光二极管芯片的结构简单、工艺相对成熟，然而其具有电流拥挤和散热困难两大缺点；倒装结构发光二极管芯片有效地改善了传统正装结构发光二极管芯片的散热问题，其通过将发光二极管芯片与导热性能良好的基板焊接在一起，使发光二极管芯片倒置在基板上，从而可通过基板散热，适用于大尺寸的发光二极管芯片。但是，与正装结构发光二极管芯片一样，倒装结构发光二极管芯片的Ρ、η电极仍在发光二极管芯片同侧，电流将横向流过η型材料，电流拥挤的现象仍然存在，限制了驱动电流的进一步增大。垂直结构的发光二极管则可以有效地解决散热困难和电流拥挤的问题，与此同时，垂直结构发光二极管芯片还解决了 Ρ电极挡光的问题，提高了出光面积。除此之外，垂直结构发光二极管芯片的另一大优势还在于:经过薄膜转移后η型材料裸露，从而使用表面粗化等方法具有可行性，这可以大大提高LED的出光效率。因此，垂直结构发光二极管芯片已成为大功率LED的发展趋势，也逐渐成为照明用发光二极管芯片的主流产品。垂直结构发光二极管芯片的工艺与正装结构、倒装结构发光二极管芯片工艺的主要区别在于引入了薄膜转移技术，即首先通过晶圆热压黏合或电镀的方法将外延片与具有高导电性、高导热性的基板粘合在一起，然后通过激光剥离或湿法腐蚀的方法去除原生长衬底。目前产业化生产垂直结构LED均通过晶圆热压黏合的方法进行薄膜转移，但是目前薄膜转移技术特别是晶圆热压黏合阶段需要使用大量的金、钼、金锡等贵金属材料，而贵金属在整个垂直结构发光二极管芯片制造成本中占很大的比例，限制了垂直结构LED成本的进一步下降，而成本仍是目前LED光源大规模进入通用照明领域的瓶颈之一。
技术实现思路
: 本专利技术的第一个目的在于提供一种低成本的垂直结构发光二极管芯片。本专利技术的第二个目的在于提供一种低成本的垂直结构发光二极管芯片的制备方法，通过设计具有多种金属叠层结构的P面保护层、基板保护层，使得晶圆热压黏合工艺所需要的大量晶圆热压黏合材料可采用低熔点、低成本的普通金属，而避免采用Au、Pt、AuSn等贵金属，大大降低了制备垂直结构发光二极管芯片的成本。本专利技术的第一个目的是这样实现的: 一种低成本的垂直结构发光二极管芯片，包括:基板层，基板层由依次从下至上的基板反面接触层、基板应力调制层、基板反面保护层、支撑基板、基板正面阻挡保护层和基板正面稀释保护层构成，特征是:在基板的上面依次设有黏结层、P面保护层、P面欧姆接触金属层和外延层，P面保护层由依次从下至上的P面稀释保护层和P面阻挡保护层构成，外延层由依次从下至上的P型半导体层、发光活性层、η型半导体层和缓冲层构成，η电极位于η型半导体层之上。优选地，所述的黏结层的厚度为0.5um?5um。优选地,所述的ρ面保护层的厚度为0.1 um?15um。优选地，所述的ρ面欧姆接触金属层的厚度为0.05um?0.5 um。优选地，所述的基板正面稀释保护层的厚度为0.5 um?10 um。优选地,所述的基板正面阻挡保护层的厚度为0.2um?5um。优选地，所述的支撑基板的厚度为60um?600um。优选地，所述的基板应力调制层的厚度为1 um?20 um。优选地，所述的基板反面接触层的厚度为0.1 um?5 um。优选地，所述的垂直结构发光二极管芯片的结构包括钝化层、增加出光的图形织构层、与电极的互补结构、光增透层。本专利技术的第二个目的是这样实现的: 一种低成本的垂直结构发光二极管芯片的制备方法，特征是: A、先在生长衬底上依次沉积有缓冲层、η型半导体层、发光活性层和ρ型半导体层，构成外延层； Β、再在外延层上依次沉积有ρ面欧姆接触金属层、并进行图形化处理，使其和η电极焊盘具有互补结构； C、再沉积由ρ面阻挡保护层和ρ面稀释保护层构成的ρ面保护层； D、然后在支撑基板的正面依次沉积有基板正面阻挡保护层和基板正面稀释保护层； Ε、沉积黏结层； F、在支撑基板的反面依次沉积有基板反面保护层、基板应力调制层和基板反面接触层； G、采用晶圆热压黏合的方式将外延层和基板通过黏结层粘合在一起； Η、去除生长衬底，最后按常用方法制备增加出光的图形织构层、钝化层、光增透层和η电极，得到成品。所述黏结层的沉积方式为以下三种方式的一种:在基板正面稀释保护层上沉积黏结层；或在Ρ面稀释保护层上沉积黏结层；或在基板正面稀释保护层和Ρ面稀释保护层上分别沉积黏结层。优选地，在生长缓冲层之前，先图形化生长衬底，图形化后的生长衬底可以起到调节外延层应力、提高LED出光率等重要作用。优选地，所述ρ面欧姆接触金属层、ρ面保护层、黏结层、基板正面保护层和基板反面保护层的沉积方式均采用电子束蒸发的方式。优选地，所述的黏结层为采用Sn、Al、In、Pb、B1、Sb、Zn低熔点、低成本金属及其与Ag、Cu、Au常用金属形成的合金材料。优选地，所述的ρ面稀释保护层、基板正面稀释保护层、基板应力调制层为Ag、Cu、Au、Al、N1、Cr、ff> Ti 单层金属，或以上金属的叠层，如 Cu/Ni/Cu、Ag/Ni/Ag、Cu/Ti/Ni/Ag、Cu/Ni/Ti/Mo、Cu/Ni/Ti/Al/Ti/A,或合金，如 TiW、FeNiCr、FeCoCr 构成。优选地，所述ρ面阻挡保护层、基板正面阻挡保护层、基板反面保护层均由多种金属:Cr、T1、Pt、Au、N1、W、Cu 或金属合金:TiW、FeNiCr、FeCoCr 的叠层构成。优选地，所述的支撑基板的材料为S1、Ge、GaAs、GaP、Cu (ff)、Mo、C、Si02或以上材料的复合基板中的一种。优选地，所述晶圆热压黏合的压力为100kg?lOOOKg。优选地，所述晶圆热压黏合的温度为150°C?400°C。优选地，所述生长衬底为蓝宝石衬底、碳化硅衬底、硅衬底、GaN衬底或A1N衬底中的任意一种； 所述的垂直结构的发光二极管芯片的制备方法，包括制备以下结构:反光层、钝化层、增加出光的图形织构层、与电极的互补结构、光增透层。本专利技术可通过调节ρ面阻挡保护层的结构和厚度来调节外延层的应力，以提高芯片制造的良率和芯片的可靠性；通过调节晶圆热压黏合的压力和温度来调节外延层的应力；通过调节基板应力调制层的厚度，可以调整基板的平整度，有利于提高晶圆的良率及芯片的可靠性。本专利技术提出了一种用低成本金属代替贵金属作为晶圆热压黏合热压材料的方法，它通过在黏结层的两本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低成本的垂直结构发光二极管芯片，包括：基板层，基板层由依次从下至上的基板反面接触层、基板应力调制层、基板反面保护层、支撑基板、基板正面阻挡保护层和基板正面稀释保护层构成，其特征在于：在基板的上面依次设有黏结层、p面保护层、p面欧姆接触金属层和外延层，p面保护层由依次从下至上的p面稀释保护层和p面阻挡保护层构成，外延层由依次从下至上的p型半导体层、发光活性层、n型半导体层和缓冲层构成，n电极位于n型半导体层之上。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王光绪，刘军林，江风益，
申请(专利权)人：南昌黄绿照明有限公司，南昌大学，
类型：发明
国别省市：