[发明专利]一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法

摘要

本发明公开了一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法以带有低温u‑GaN修复层及基底的衬底作为生长基础，然后，在平整的u‑GaN表面依次生长其他各层外延，制备得到紫光LED外延片；最后将紫光LED外延片制成垂直结构LED，主要包括以下环节：在LED外延片表面沉积形成反射镜，并制出金属电极图形，利用高温金属键合工艺将金属电极图形表面键合在金属基板上，并利用激光剥离技术剥离衬底；在u‑GaN表面制出另一极金属电极图形。本发明制备的垂直结构LED单颗芯片功率较大，减少了串并联LED数量，可以实现以单芯片满足用户需求，同时简化驱动电路设计，大大提高LED产品的可靠性和使用寿命。

主权项

1.一种垂直结构紫光LED芯片的制备方法，其特征在于，以带有低温u‑GaN修复层及基底的衬底作为生长基础，然后，在平整的u‑GaN修复层表面依次生长其他各层外延，制备得到紫光LED外延片；最后将紫光LED外延片制成垂直结构LED芯片，包括以下步骤：2.1)紫光LED外延片的P‑GaN表面清洗后，对衬底进行研磨抛光，在P‑GaN表面进行涂胶及激光划片，再去除P‑GaN表面的氧化层，用去离子水PM清洗干净，氮气吹干；2.2)在P‑GaN表面进行PM蒸镀反射镜电极，然后用光刻胶作P电极掩膜，进行PM腐蚀和去胶，然后用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成兼作欧姆接触层和反射镜的金属层，再用去胶剂剥离光刻胶以形成P型金属电极图形，然后进行快速退火，退火温度为350～450℃；2.3)利用高温金属键合工艺，在N2环境下加压将P‑GaN面键合在硅或铜或钨铜合金基板上；在紫光LED外延片的P‑GaN表面、硅或铜或钨铜合金基板表面分别蒸镀一层1～2um的键合金属，然后将预键合的样品放入晶圆键合机中，在N2保护下按照设定的温度及压力参数进行键合，所述晶圆键合机中键合温度为200～800℃，键合压力为300N，时间为1h；2.4)利用激光剥离技术剥离衬底，剥离后进行清洗；2.5)先对u‑GaN进行刻蚀处理，对u‑GaN面采用酸碱进行粗化处理，然后再对u‑GaN表面处理，先采用光刻胶沉积二氧化硅掩膜作N电极，然后进行划片槽光刻，经过曝光后对划片槽蚀刻，去胶去二氧化硅后再进行二氧化硅沉积，然后进行电极光刻，曝光后蚀刻二氧化硅，所述刻蚀具体为采用电感耦合等离子体蚀刻u‑GaN外延片表面，ICP的功率为400～700W，反应压力为500～800Pa，反应气体为50sccm的Cl2和50sccm的氧气，刻蚀时间为3200s，刻蚀后的u‑GaN表面粗糙度RMS为0.15～0.18nm，再进行粗化处理；2.6)再用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成N型电极金属，再用去胶剂剥离光刻胶以形成N型金属电极图形，最终得到垂直结构的LED；所述紫光LED外延片的制备包括以下步骤：1.1)在1070～1090℃温度下、压力为150torr下通N2烘烤10～30min，氮化蓝宝石、SiC或Si衬底，衬底厚度为430～450μm；1.2)将步骤1.1氮化后的蓝宝石、SiC或Si衬底降温至515～535℃、压力为800torr，然后在衬底上生长厚度为15～35nm的基底，随后升温至1030～1050℃、压力为400torr使基底重新结晶，再生长1.8～2.5μm的u‑GaN修复层；1.3)升温至1070～1090℃、压力为200torr先生长轻Si掺杂的n‑GaN层，厚度为500～600nm，再生长重Si掺杂的n‑GaN层，厚度为300～400nm；1.4)在所述重Si掺杂n‑GaN层的基础上生长n‑AlGaN电流扩展层，厚度为80～240nm；1.5)在n‑AlGaN层的基础上生长Si掺杂的n+GaN层，厚度为2～4μm，随后生长不掺Si的n‑GaN层500～600nm；1.6)在阱的生长温度740～760℃，垒的生长温度为820‑840℃、压力为200torr下生长10～20个周期的不掺杂Al的InGaN/GaN超晶格，再生长8个周期Al掺杂的InGaN/AlGaN；多量子阱层厚度为250～350nm；1.7)升温至960～980℃，压力为150torr生长P型AlGaN层，厚度为1～200nm；降温至920～940℃，压力为150torr生长轻Mg掺杂的P+GaN层，厚度为0.1～0.2μm；生长重Mg掺杂的P++GaN层，厚度为5～20nm；1.8)生长CTL表面接触层，厚度为10～30nm，生长完毕后，降温至700～730℃进行退火60‑120min，之后随炉冷却。