GaN基LED垂直芯片結構及制備方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于半導體照明領域，特別是涉及一種GaN基LED垂直芯片結構及制備方法。
【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。
[0005]垂直結構LED的發光效率是該結構的一個重大優勢，同時也是一個技術難題。隨著垂直結構LED研發工作地不斷開展，越來越多的目光集中在其光提取效率和出光效率上。傳統垂直結構LED芯片如圖1所示，其包括支撐襯底101、Ρ電極102、發光外延結構103以及N電極104，這種垂直結構LED芯片的側壁為正金字塔型(接近垂直)，這種側壁結構幾乎將出射角大于全反射臨界角的光線全部限制在器件內部，不利于光提取和出光。
[0006]鑒于以上所述，提供一種能夠提高出光效率的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垂直芯片結構及制備方法，用于解決現有技術中GaN基LED垂直芯片出光效率較低的問題。
[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)，刻蝕所述發光外延結構，以形成具有正金字塔型傾斜側壁的發光外延結構；步驟3)，于所述傾斜側壁表面形成透明絕緣層;步驟4)，于所述透明絕緣層表面形成反射層;步驟5)，于所述P-GaN層表面形成P焊盤;步驟6)，提供一鍵合襯底，并鍵合所述鍵合襯底及P焊盤;步驟7)，剝離所述生長襯底露出所述N-GaN層，形成固定于所述鍵合襯底上的具有倒金字塔型傾斜側壁的發光外延結構;步驟8)，對裸露的N-GaN層表面進行粗化;步驟9)，于所述N-GaN層表面形成N焊盤。
[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層直接生長于所述生長襯底上。
[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3)中，所述透明絕緣層的材料選用為氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的一種。
[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4)中，采用蒸鍍工藝制作所述反射層，所述反射層包括粘附金屬層、反射金屬層以及阻擋金屬層。
[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，所述粘附金屬層選用為Ni及Cr中的一種或兩種，反射金屬層選用為Al及Ag中的一種或兩種，阻擋金屬層選用為Ti，Pt及Au中的一種或兩種以上。
[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5)制作P焊盤包括以下步驟:步驟5-1 )，于所述P-GaN層表面制備歐姆接觸的ITO層或Ni層；步驟5-
2)，于所述ITO層或Ni層表面制作Ag反射鏡;步驟5-3)，于所述Ag反射鏡表面制作Au/Sn金屬鍵合層。
[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6)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。
[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7)采用激光剝離工藝剝離所述生長襯底。
[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8)的表面粗化選用為濕法腐蝕，腐蝕溶液包括KOH及H2S04中的一種或兩種。
[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9)所述的N焊盤選用為Ni/Au層、Al/Ti/Pt/Au層以及Cr/Pt/Au層中的一種。
[0018]本發明還提供一種GaN基LED垂直芯片結構，包括:鍵合襯底;P焊盤，鍵合于所述鍵合襯底;具有傾斜側壁的倒金字塔型發光外延結構，結合于所述P焊盤上，包括依次層疊的P-GaN層、量子阱層及N-GaN層，所述N-GaN層表面形成有粗化結構;透明絕緣層，形成于所述傾斜側壁表面;反射層，形成于所述透明絕緣層表面；以及N焊盤，形成于所述N-GaN層表面。
[0019]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。
[0020]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焊盤包括與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。
[0021 ]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述透明絕緣層的材料選用為氧化娃、氧化鋁及氮化娃中的一種。
[0022]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述反射層包括粘附金屬層、反射金屬層以及阻擋金屬層。
[0023]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述粘附金屬層選用為Ni及Cr中的一種或兩種，反射金屬層選用為Al及Ag中的一種或兩種，阻擋金屬層選用為Ti，Pt及Au中的一種或兩種以上。
[0024]作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的一種優選方案，所述的N焊盤選用為Ni/Au層、Al/Ti/Pt/Au層以及Cr/Pt/Au層中的一種。
[0025]如上所述，本發明的GaN基LED垂直芯片結構及制備方法，具有以下有益效果:本發明將發光外延結構的側壁做成倒金字塔型，并鍍有反射層，可有效地改善現有的正金字塔型側壁的LED垂直芯片幾乎將出射角大于全反射臨界角的光線全部限制在器件內部的缺陷，并將射向該側壁的更多的光線以更短的距離傳輸出去。本發明的垂直芯片側壁結構增加了光提取效率，更有利于出光，同時利用絕緣材料對側壁進行保護，有效避免制程中造成的芯片漏電情況，提尚芯片可靠性。本發明結構及方法簡單，可有效提尚LED的出光效率，在半導體照明領域具有廣泛的應用前景。
【附圖說明】
[0026]圖1顯示為現有技術中的垂直結構LED芯片的結構示意圖。
[0027]圖2?圖10分別顯示為本發明的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。
[0028]元件標號說明
[0029]201生長襯底
[0030]202 N-GaN層
[0031]203量子阱層
[0032]204 P-GaN層
[0033]205傾斜側壁
[0034]206絕緣層
[0035]207反射層
[0036]208 P 焊盤
[0037]209鍵合襯底
[0038]210粗化結構
[0039]211 N 焊盤
【具體實施方式】
[0040]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。
[0041]請參閱圖2?圖10。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。
[0042]如圖2?圖10所示，本實施例提供一種具有倒金字塔型側壁的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法，包括步驟:
[0043]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202、量子阱層203及P-GaN層204的發光外延結構；
[0044]作為示例，所述生長襯底201為藍寶石襯底。
[0045]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202、量子阱層203以及P-GaN層204，在本實施例中，所述N-GaN層202直接生長于所述生長襯底201上，可以免去剝離后的傳統非故意摻雜層GaN的刻蝕的步驟，節省工藝步驟及工藝成本。
[0046]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。
[0047]如圖3所示，然后進行步驟2)，刻蝕所述發光外延結構，以形成具有正金字塔型傾斜側壁205的發光外延結構。
[0048]作為示例，利用S12、光刻膠或二者搭配作為ICP干法刻蝕掩膜材料，對所述發光外延結構進行刻蝕，通過調節ICP干法刻蝕氣體配比等工藝變更，可制備出不同傾斜角度的器件側壁。例如，所述傾斜側壁205與生長襯底201的傾斜角度可以為5?30度，具體可以選擇為10度、15度、20度等，以降低LED器件內部光線全反射的概率，大大提高出光效率。
[0049]如圖4所示，接著進行步驟3)，形成具有正金字塔型傾斜側壁205的發光外延結構后，為了防止后續制備工藝造成側壁漏電，提高芯片可靠性，于所述傾斜側壁205表面形成絕緣層206，所述透明絕緣層206的材料選用為氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的一種。在本實施例中，所述絕緣層206的材料選用為二氧化硅。
[0050]如圖5所示，然后進行步