一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)了一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法以帶有低溫u?GaN修復(fù)層及基底的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u?GaN表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到紫光LED外延片；最后將紫光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED，主要包括以下環(huán)節(jié)：在LED外延片表面沉積形成反射鏡，并制出金屬電極圖形，利用高溫金屬鍵合工藝將金屬電極圖形表面鍵合在金屬基板上，并利用激光剝離技術(shù)剝離襯底；在u?GaN表面制出另一極金屬電極圖形。本發(fā)明專利技術(shù)制備的垂直結(jié)構(gòu)LED單顆芯片功率較大，減少了串并聯(lián)LED數(shù)量，可以實(shí)現(xiàn)以單芯片滿足用戶需求，同時(shí)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，大大提高LED產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于半導(dǎo)體
，具體涉及一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法。
技術(shù)介紹
半導(dǎo)體照明的應(yīng)用近年來(lái)已明顯加速，其效果已得到市場(chǎng)認(rèn)可，但其在整個(gè)照明市場(chǎng)的滲透率仍然較低。國(guó)內(nèi)LED照明應(yīng)用市場(chǎng)尚未成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)力量。半導(dǎo)體照明應(yīng)用市場(chǎng)，特別是功能性照明市場(chǎng)正處于發(fā)展的初期階段，未來(lái)空間巨大。傳統(tǒng)的正裝結(jié)構(gòu)LED芯片，P型GaN摻雜困難導(dǎo)致空穴載流子濃度低下和不易長(zhǎng)厚而導(dǎo)致電流不易擴(kuò)散，當(dāng)前普遍采用在P型GaN表面制備超薄金屬薄膜或ITO薄膜的方法達(dá)到電流得均勻擴(kuò)散。但是金屬薄膜電極層要吸收部分光降低出光效率，如果厚度減薄反過(guò)來(lái)又限制電流擴(kuò)散層在P型GaN層表面實(shí)現(xiàn)均勻和可靠的電流擴(kuò)散。ITO透光率雖然高達(dá)90％，但電導(dǎo)率卻不及金屬，電流的擴(kuò)散效果亦有限。而且這種結(jié)構(gòu)的電極和引線做到出光面，工作時(shí)會(huì)擋住部分光線。因此，這種P型接觸結(jié)構(gòu)制約了LED芯片的工作電流大小。另一方面，這種結(jié)構(gòu)的PN結(jié)熱量通過(guò)藍(lán)寶石襯底導(dǎo)出，鑒于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)很低，對(duì)大尺寸的功率型芯片來(lái)說(shuō)導(dǎo)熱路徑較長(zhǎng)，這種LED芯片的熱阻較大，工作電流也受到限制。垂直結(jié)構(gòu)大功率芯片技術(shù)作為最前端的核心技術(shù)，還處于產(chǎn)業(yè)化初期，國(guó)內(nèi)基本還屬于空白。近兩年來(lái)國(guó)內(nèi)僅半導(dǎo)體照明已具有年均超過(guò)數(shù)百億的市場(chǎng)規(guī)模，隨著產(chǎn)品技術(shù)和市場(chǎng)的成熟，今后的市場(chǎng)規(guī)模還將持續(xù)增加，因此該項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展前景極為廣闊，商業(yè)價(jià)值巨大。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，。本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，以帶有低溫u-GaN修復(fù)層及基底的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u-GaN修復(fù)層表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到紫光LED外延片；最后將紫光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，包括以下步驟：2.1)紫光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為350～450℃；2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N2環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后再對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。進(jìn)一步的，2.3)中，在紫光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層1～2um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，在N2保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合。進(jìn)一步的，所述晶圓鍵合機(jī)中鍵合溫度為200～800℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h。進(jìn)一步的，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。進(jìn)一步的，2.5)中，所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為400～700W，反應(yīng)壓力為500～800Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl2和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面粗糙度RMS為0.15～0.18nm，再進(jìn)行粗化處理。進(jìn)一步的，所述粗化處理具體為：3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗2～5分鐘、酒精超聲清洗2～3分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗2～3分鐘；3.2)將u-GaN外延片使用加熱到200～260℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將微波加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕8～10分鐘；3.3)關(guān)閉加熱，自然冷卻到室溫后再用去離子水清洗GaN外延片表面的KOH。進(jìn)一步的，所述激光剝離技術(shù)具體為：采用逐點(diǎn)剝離工藝，波長(zhǎng)248nm、光斑尺寸為2mm×2mm的正方形光斑、能量密度為500mJ/cm2的KrF準(zhǔn)分子激光器的激光作輻照光源，從藍(lán)寶石一側(cè)掃描整個(gè)樣品，移動(dòng)速度為1.55mm/s，激光掃描完樣品后，藍(lán)寶石襯底脫落，用1：1的HCI浸泡樣品，除去GaN上的金屬Ga。進(jìn)一步的，所述紫光LED外延片的制備包括以下步驟：1.1)在1070～1090℃溫度下、壓力為150torr下通N2烘烤10～30min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底，襯底厚度為430～450μm；1.2)將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至515～535℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為15～35nm的基底，隨后升溫至1030～1050℃、壓力為400torr使基底重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)1.8～2.5μm的u-GaN修復(fù)層；1.3)升溫至1070～1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)輕Si摻雜的n-GaN層，厚度為500～600nm，再生長(zhǎng)重Si摻雜的n-GaN層，厚度為300～400nm；1.4)在所述重Si摻雜n-GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-AlGaN電流擴(kuò)展層，厚度為80～240nm；1.5)在n-AlGaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)Si摻雜的n+GaN層，厚度為2～4μm，隨后生長(zhǎng)不摻Si的n-GaN層500～600nm；1.6)在阱的生長(zhǎng)溫度740～760℃，壘的生長(zhǎng)溫度為820-840℃、壓力為200torr下生長(zhǎng)10～20個(gè)周期的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，再生長(zhǎng)8個(gè)周期Al摻雜的InGaN/AlGaN；所述多量子阱層厚度為250～350nm；1.7)升溫至960～980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN層，厚度為1～200nm；降溫至920～940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)輕Mg摻雜的P+GaN層，厚度為0.1～0.2μm；生長(zhǎng)重Mg摻雜的P++GaN層，厚度為5～20nm；1.8)生長(zhǎng)CTL層，厚度為10～30nm，生長(zhǎng)完畢后，降溫至700～730℃進(jìn)行退火60-120min，之后隨爐冷卻。進(jìn)一步的，1.6)中，所述先生長(zhǎng)10～20個(gè)周期厚度為80～120nm的不摻雜Al的InGaN/GaN超晶格，具體為：先生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)5～15nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)1.5～5nm的InGaN阱層；所述再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100～150nm的Al摻雜的InGaN/AlGaN，具體為：先生長(zhǎng)5～15nm的barrierInGaN層，再生長(zhǎng)1.5～5nm的AlGaN阱層，最后生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本專利技術(shù)至少具有以下有益效果：一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，以帶有低溫u-GaN修復(fù)層及基底的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u-GaN表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到LED外延片；最后將紫光LED外延片制本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，以帶有低溫u?GaN修復(fù)層及基底的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u?GaN修復(fù)層表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到紫光LED外延片；最后將紫光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，包括以下步驟：2.1)紫光LED外延片的P?GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P?GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P?GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?.2)在P?GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為350～450℃；2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N2環(huán)境下加壓將P?GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；2.5)先對(duì)u?GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u?GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后再對(duì)u?GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，以帶有低溫u-GaN修復(fù)層及基底的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u-GaN修復(fù)層表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到紫光LED外延片；最后將紫光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED芯片，包括以下步驟：2.1)紫光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為350～450℃；2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N2環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后再對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，2.3)中，在紫光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層1～2um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，在N2保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，所述晶圓鍵合機(jī)中鍵合溫度為200～800℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，2.5)中，所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為400～700W，反應(yīng)壓力為500～800Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl2和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面粗糙度RMS為0.15～0.18nm，再進(jìn)行粗化處理。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種垂直結(jié)構(gòu)紫光LED芯片的制備方法，其特征在于，所述粗化處理具體為：3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗2～5分鐘、酒精超聲清洗2～3分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗2～3分鐘；3.2)將u-GaN外延片使用加熱到200～260℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將微波加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕8～10分鐘...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：田偉，劉波波，田進(jìn)，趙俊，李誼，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：中聯(lián)西北工程設(shè)計(jì)研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西;61