[发明专利]一种垂直结构发光二极管

说明书

技术领域

本发明涉及一种垂直结构发光二极管芯片(LED)的器件结构与制作方法，尤其涉及一种衬底置换的发光二极管芯片制作方法，用高导热性的金属衬底代替导热性较差的蓝宝石衬底。这种器件结构有利于增强发光二极管芯片的散热能力，同时能提高芯片的可靠性，另一方面还可在N面GaN上制作粗糙化出光面，有助于增加芯片出光效率。

背景技术

采用衬底置换技术的垂直结构发光二极管通常制作方法是：依次在氮化镓外延层表面沉积接触层金属、反光层金属、阻挡层金属，然后沉积金属焊料，再与已经沉积接触金属和金属焊料的导热基板键合(Wafer bonding)，键合通常使用的金属焊料是金锡合金。之后采用激光剥离技术使外延层和蓝宝石衬底分离，外延层转移到导热基板上，这样发光二极管芯片的散热性能会更好。图-1是采用基板键合的垂直结构LED芯片示意图。图中1是金属电极，2是GaN外延层，3是接触、反光层，4是金属焊料，5是导热衬底，6是背金层。

采用基板键合技术和激光剥离技术分离蓝宝石和外延层，实现衬底置换，存在两个主要问题：一是基板键合过程中温度需要达到金属焊料的共晶点，对于金锡焊料而言，共晶温度283℃，这就要求导热基板除了具有良好的导热性外，还要与氮化镓外延层、蓝宝石衬底的热膨胀系数相近，以减小热应力的影响。可选用的材料有导热陶瓷、铜钨合金、钼铜合金等，而使用这些材料会直接导致芯片加工成本增加。二是基板键合工艺窗口较窄，对工艺条件控制要求较高，键合后有时会出现外延层破裂或者圆片翘曲的现象，从而影响激光剥离后的成品率。

为了克服基板键合技术和激光剥离技术制作垂直结构LED芯片存在的问题，本发明提出一种采用金属薄膜沉积的方案，制备金属导热基板，实现衬底转移的方法制作垂直结构LED芯片。

发明内容

本发明的目的是提出一种垂直结构LED制造方法，回避基板键工艺，合降低蓝宝石和外延层分离的工艺成本，在不影响器件性能的前提下提高成品率。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种垂直结构LED制造方法，氮化镓外延层表面依次沉积接触层金属、反光层金属、阻挡层金属后，采用蒸发，或者溅射，或者电镀的方法沉积一层或者多层金属作为热沉基板，使其厚度、强度足以支撑氮化镓外延层，然后通过机械研磨或者激光剥离技术将蓝宝石衬底去掉，使热沉基板成为氮化镓外延层新的支撑衬底。以下以蒸发方案为例，其方法为：首先，在氮化镓外延层上沉积金属接触、反光层，再蒸镀1～5um金属阻挡层，然后蒸发沉积一层导热性良好的金属，如铜、银等金属接着沉积一层莫斯硬度较大的金属，如铬、钨等金属，如此交替沉积，使最终厚度在最后在150～500um之间，再蒸镀背金层。其次，通过机械研磨方法或者激光剥离技术将蓝宝石衬底去掉，使电镀的金属层成为外延层新的衬底。然后在去掉蓝宝石衬底的外延层上通过光刻、湿法蚀刻、干法蚀刻，将外延层划片道刻透至金属层，使氮化镓外延层成为分立的管芯单元，在此基础上制作N电极和钝化层。其特征在于，一、通过金属导热衬底是通过电镀的方法生长的，避免了圆片键合过程中的热应力因素。二、芯片单元制作工序是在衬底转移完成后进行的。这样的器件结构有利于明显降低工艺成本。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

1.在氮化镓外延层上做金属反光、接触层和金属阻挡层。采用蒸发或者溅射的方法沉积银薄膜作为反光接触层，然后在此基础上蒸发或者溅射沉积难熔金属或合金作为阻挡层，如钨、钨合金、钼、钼合金等。图-2是沉积接触反光层和阻挡层后外延片圆片截面示意图。图中7是阻挡层金属；8是接触、反光层；9是氮化镓外延层；10是蓝宝石衬底。

2.蒸发镀(？)沉积一层高导热性的金属，如铜或银这类金属，也可以是它们的合金，厚度在50～300um范围内。图-3是沉积高导热性金属层后外延片圆片截面示意图。图中11是铜或银。

3.在电镀层上用蒸发或者溅射的方式沉积一层高莫斯硬度金属，如铬或者WTi合金，典型厚度2～5um，以提高金属基板的机械强度和消除薄膜应力，同时也起到调整整个金属基板热膨胀系数的作用。然后重复2中的工艺，之后再沉积一层高莫斯硬度金属，如此交替，作为金属基板的总厚度在150～500um之间，最后沉积一层金，作为保护层，同时也作为芯片的P型电极，其典型厚度在0.2～1um。图-4是制备金属基板后外延片圆片截面示意图。图中12是铬层，13是背金层。