GaN基LED垂直芯片結構及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體照明制造領域，特別是涉及一種GaN基LED垂直芯片結構及其制備方法。
【背景技術】
[0002]從LED的結構上講，可以將GaN基LED劃分為正裝結構、倒裝結構和垂直結構。正裝結構LED有兩個明顯的缺點，首先正裝結構LED P、η電極在LED的同一側，電流須橫向流過η-GaN層，導致電流擁擠，局部發熱量高，限制了驅動電流;其次，由于藍寶石襯底的導熱性差，嚴重的阻礙了熱量的散失。為了解決散熱問題，美國Lumileds Lighting公司發明了倒裝芯片(Flipchip)技術，其散熱效果有很大的改善，但是通常的GaN基倒裝結構LED仍然是橫向結構，電流擁擠的現象還是存在，仍然限制了驅動電流的進一步提升。
[0003]相比于傳統的GaN基LED正裝結構，垂直結構具有散熱好，能夠承載大電流，發光強度高，耗電量小、壽命長等優點，被廣泛應用于通用照明、景觀照明、特種照明、汽車照明等領域，成為一代大功率GaN基LED極具潛力的解決方案，正受到業界越來越多的關注和研究。
[0004]垂直結構可以有效解決正裝結構LED的兩個問題，垂直結構GaN基LED采用高熱導率的襯底取代藍寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率;垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側，通過圖形化的η電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，橫向流動的電流極少，可以避免正裝結構的電流擁擠問題，提高發光效率，同時也解決了P極的遮光問題，提升LED的發光面積。但垂直結構LED工藝難度較大，一直以來存在許多挑戰，特別是制作高反射率電極、臺面刻蝕以及漏電流抑制等關鍵技術。
[0005 ] 如圖1所示，傳統垂直結構LED芯片臺面(MESA)間切割道1 3—般采用ICP干法深刻蝕工藝形成，但由于發光外延結構103厚度的片內和片間的不均勻性，ICP最終會直接刻蝕至IJP電極金屬102(及鍵合層金屬)，從而造成金屬飛濺到芯片側壁(尤其敏感的是側壁上外露的薄量子阱層)，極易導致芯片漏電，影響芯片可靠性。
[0006]鑒于以上所述，提供一種能夠避免切割道金屬碎肩飛濺到芯片側壁而出現的漏電情況的GaN基LED垂直芯片結構及其制備方法實屬必要。
【發明內容】
[0007]鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種GaN基LED垂直芯片結構及其制備方法，用于解決現有技術中電極金屬飛濺到芯片側壁導致芯片漏電，從而影響芯片可靠性的問題。
[0008]為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種GaN基LED垂直芯片結構的制備方法，包括步驟:步驟I)，提供一生長襯底，于所述生長襯底上形成包括N-GaN層、量子阱層及P-GaN層的發光外延結構;步驟2)，于所述P-GaN層表面形成刻蝕阻擋層，于所述刻蝕阻擋層中形成P電極制備區域，并至少保留切割道區域的刻蝕阻擋層;步驟3)，于所述P電極制備區域制備P電極;步驟4)，提供一鍵合襯底，并鍵合所述鍵合襯底及P電極;步驟5)，剝離所述生長襯底;步驟6)，去除切割道區域的發光外延結構，直至露出所述刻蝕阻擋層;步驟7)，于所述N-GaN層表面形成N電極。
[0009]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟I)中，所述N-GaN層與生長襯底之間還生長有U-GaN層；步驟6)中，還包括去除所述U-GaN層的步驟。
[0010]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟2)中，所述刻蝕阻擋層選用為二氧化硅層，其厚度范圍為0.5?Ιμπι。
[0011]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟2)于所述刻蝕阻擋層中形成P電極制備區域包括步驟:步驟a)，于所述刻蝕阻擋層表面形成負性光刻膠膠;步驟b)，采用光刻工藝制備出光刻圖形;步驟C)，采用BOE濕法蝕刻工藝于所述述刻蝕阻擋層中形成P電極制備區域。
[0012]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟3)制作P電極包括以下步驟:步驟3-1 )，于所述P-GaN層表面制備歐姆接觸的ITO層或Ni層；步驟3-2)，于所述ITO層或Ni層表面制作Ag反射鏡;步驟3-3)，于所述Ag反射鏡表面制作Au/Sn金屬鍵合層。
[0013]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟4)所述的鍵合襯底包括Si襯底、W/Cu襯底及Mo/Cu襯底中的一種。
[0014]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟5)采用激光剝離工藝剝離所述生長襯底。
[0015]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟6)中，采用ICP刻蝕法去除切割道區域的發光外延結構。
[0016]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟6)去除切割道區域的發光外延結構形成發光外延臺面結構后，還包括于所述發光外延臺面結構側壁表面形成絕緣層的步驟。
[0017]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟7)在制備N電極之前，還包括對裸露的N-GaN層表面進行粗化的步驟。
[0018]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，表面粗化選用為濕法腐蝕，腐蝕溶液包括KOH及H2SO4中的一種或兩種。
[0019]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟7)所述的N電極選用為Ni/Au層、Al/Ti/Pt/Au層以及Cr/Pt/Au層中的一種。
[0020]本發明還提供一種GaN基LED垂直芯片結構，包括:鍵合襯底;刻蝕阻擋層，對應切割道區域結合于所述鍵合襯底表面;P電極，鍵合于所述鍵合襯底;發光外延結構，結合于所述P電極上，包括依次層疊的P-GaN層、量子阱層及N-GaN層，所述發光外延結構由切割道區域隔開成發光外延臺面結構；以及N電極，形成于所述N-GaN層表面。
[0021]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述鍵合襯底包括Si襯底、W/Cu襯底及Mo/Cu襯底中的一種。
[0022]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述刻蝕阻擋層選用為二氧化硅層，其厚度范圍為0.5?Ιμπι。
[0023]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述P電極包括與P-GaN形成歐姆接觸的ITO層或Ni層，位于所述ITO層或Ni層之上的Ag反射鏡，以及位于所述Ag反射鏡之上的Au/Sn鍵合層金屬層。
[0024]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述發光外延臺面結構側壁表面形成有絕緣層。
[0025]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述N-GaN層表面形成有粗化結構。
[0026]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述的N電極選用為Ni/Au層、Al/Ti/Pt/Au層以及Cr/Pt/Au層中的一種。
[0027]如上所述，本發明的GaN基LED垂直芯片結構及其制備方法，具有以下有益效果:本發明公開了一種可提高垂直芯片可靠性的器件結構及其制備方法，于切割道區域生長Si02刻蝕阻擋層，使得剝離后ICP深刻蝕MESA臺面時，避免切割道金屬碎肩飛濺到芯片側壁而出現的漏電情況。本發明的器件結構利用簡單的一道負性光刻膠進行光刻即可完成，制程方便，成本低，適合批量生產使用。本發明結構及方法簡單，可有效提高器件的可靠性，在半導體照明領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0028]圖1顯示為現有技術中的垂直結構LED芯片的ICP刻蝕MESA臺面結構的示意圖。
[0029]圖2?圖9顯示為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法各步驟所呈現的結構示意圖。
[0030]元件標號說明
[0031]201 生長襯底
[0032]202 U-GaN層
[0033]203 N-GaN層
[0034]204 量子阱層
[0035]205 P-GaN層
[0036]206 刻蝕阻擋層
[0037]207 P電極
[0038]208 鍵合襯底
[0039]209 絕緣層
[0040]210 粗化結構
[0041]211 N 電極
【具體實施方式】
[0042]以下通過特定的具體實例說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所揭露的內容輕易地了解本發明的其他優點與功效。本發明還可以通過另外不同的【具體實施方式】加以實施或應用，本說明書中的各項細節也可以基于不同觀點與應用，在沒有背離本發明的精神下進行各種修飾或改變。
[0043]請參閱圖2?圖9。需要說明的是，本實施例中所提供的圖示僅以示意方式說明本發明的基本構想，遂圖示中僅顯示與本發明中有關的組件而非按照實際實施時的組件數目、形狀及尺寸繪制，其實際實施時各組件的型態、數量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態也可能更為復雜。
[0044]如圖2?圖9所示，本實施例提供一種GaN基LED垂直芯片結構的制備方法，包括步驟:
[0045]如圖2所示，首先進行步驟I)，提供一生長襯底201，于所述生長襯底201上形成包括N-GaN層203、量子阱層204及P-GaN層205的發光外延結構。
[0046]作為示例，所述生長襯底201為藍寶石襯底。
[0047]具體地，采用化學氣相沉積工藝依次于所述藍寶石襯底表面制備所述N-GaN層203、量子阱層204以及P-GaN層205，在本實施例中，所述N-GaN層203與生長襯底201之間還生長有U-GaN層202，作為緩沖層，以提高后續生長N-GaN層203的質量。
[0048]另外，在本實施例中，在制備前，還包括對所述藍寶石襯底進行清洗的步驟，以去除其表面的雜質，如聚合物、灰塵等。
[0049]如圖3所示，然后進行步驟2)，于所述P-GaN層205表面形成刻蝕阻擋層206，于所述刻蝕阻擋層206中形成P電極207制備區域，并至少保留切割道區域的刻蝕阻擋層206。
[0050]作為示例，采用PECVD工藝于所述P-GaN層205表面形成二氧化硅層，作為刻蝕阻擋層206，其厚度范圍為0.5?Ιμπι。
[0051]具體地，步驟2)于所述刻蝕阻擋層206中形成P電極207制備區域包括步驟:
[0052]步驟a)，于所述刻蝕阻擋層206表面形成負性光刻膠膠；
[0053]步驟b)，采用光刻工藝制備出光刻圖形；
[0054]步驟C)，采用BOE濕法蝕刻工