[发明专利]一种激光剥离薄膜LED及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体芯片制备技术，尤其涉及一种激光剥离薄膜LED及其制备方法。

背景技术

薄膜发光二极管(Light Emitting Diode)LED芯片自1993年为Schnitzer等人提出以来(Appl.Phys.Lett.，63(16)，2174(1993))，已经被许多LED生产企业所运用。相对于传统的LED芯片，其散热良好，电流扩展均匀，具有优良的光出射结构，非常适合于高效大功率LED方面的应用，是目前LED的高端产品。特别是最近发表的LumiLEDs的TFFC芯片和Osram的UX:3芯片，克服了薄膜上制备电极和焊线的困难，显示了较好的应用前景。但是LumiLEDs使用的倒装，底胶或倒装共晶焊接工艺具有较大的工艺难度，设备成本高昂。而Osram的UX:3芯片，在p面的电极制备上使用了低折射率层和DBR的工艺，确保大角度和出射光锥内的光全部被反射向出光表面(CN200980109048.3)。不过UX:3芯片没有考虑大注入下的发光效率下降问题，即在大注入下如何保证高的内量子效率。另外若在薄膜结构出光面上制备p电极，其难度和工艺成本都很大。

台湾的杨志忠等人发现(Appl.Phys.Lett.96，261104(2010))等离激元(SP)和量子阱有源区的耦合可以显著减小效率骤降(efficiency droop)。表面等离激元是金属/介质(半导体)界面电子的一种集体共振模式，其影响将延伸到介质内几十纳米的区域，该区域内的能量匹配的偶极子振荡将被强烈的增强，从而为非辐射复合的载流子提供辐射复合的通道，抑制了大注入下的载流子泄漏或俄歇复合。杨志忠等人只是在普通的芯片表面实现了SP增强的LED结构，对大注入下的绝对效率增强也未有报道。同时到目前为止也没有相关的等离激元结构应用在薄膜LED上的报道。

发明内容

为了解决上述SP增强的薄膜LED制备的困难，本发明提供了一种激光剥离薄膜LED及其制备方法。

本发明的一个目的在于提供一种激光剥离薄膜LED。

本发明的激光剥离薄膜LED的芯片单元包括：芯片部分和衬底；芯片部分包括：n型层，在n型层上具有与n电极的突起相对应的周期性n型盲孔，在n型层上的周期性的n型盲孔之间的量子阱，在量子阱上的p型层，在p型层上镶嵌的周期性的金属纳米结构，在p型层上的p电极，在p电极上及n型盲孔的侧壁上的绝缘层，绝缘层上的n电极，n电极具有周期性的突起，周期性的突起伸入至n型层内；衬底包括半导体衬底和n电极焊盘；芯片部分倒扣在衬底上；以及在芯片部分一角的p焊盘。

n型层的表面具有粗化结构。

金属纳米结构包括纳米孔、纳米颗粒及金属表面氧化层，纳米颗粒及其表面包裹的金属表面氧化层位于纳米孔内；纳米颗粒的材料采用银、金、铝及铂中的一种或多种。金属纳米结构的的周期为300nm～800nm，尺寸在100nm～500nm之间。

p电极包括依次叠加的透明导电极、Al基反射电极、过渡层和p焊盘金属。

本发明的另一个目的在于提供一种激光剥离薄膜LED的制备方法。

本发明的激光剥离薄膜LED的制备方法，包括以下步骤：

1)提供适合激光剥离工艺的蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上生长包括n型层、量子阱及p型层的外延层，形成外延片；

2)在外延片上划分出分离的芯片单元，并且在芯片单元上划分出分离的p焊盘区域，形成芯片走道和p焊盘走道；

3)在外延片上生长一层掩膜层，再制备纳米图形，然后刻蚀掩膜层，得到纳米结构的图形，刻蚀p型层；

4)在掩膜层上蒸镀金属层，利用热退火的方法得到金属纳米颗粒及其表面包裹的金属表面氧化层，使用剥离技术(liftoff)去除掩膜层及其表面的金属，形成金属纳米结构；

5)在带有金属纳米结构的外延片上蒸镀ITO透明导电极；

6)在透明导电极上刻蚀n型盲孔，并露出芯片走道和p焊盘走道；

7)在侧壁和p焊盘的区域上利用PECVD镀保护层，用电子束蒸发镀银膜；

8)在表面蒸镀Al基反射层，然后再蒸镀过渡层和p焊盘金属；

9)利用等离子体增强化学气相沉积法PECVD形成绝缘层，腐蚀出n电极孔；

10)大面积蒸镀形成n电极；

11)将外延片倒扣到转移衬底上，通过加温加压键合到一转移衬底上，转移衬底包括键合金属、半导体衬底及n电极焊盘，去除蓝宝石衬底，并暴露出p焊盘；

12)将出光面粗化，形成出光面的粗化结构；