正装led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体制造技术领域，特别涉及一种正装led芯片及其制备方法。
背景技术：2.发光二极管(light emitting diode，led)被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。
3.当前，主流的led芯片按结构可以分为正装、倒装和垂直三种类型，其中以绝缘蓝宝石为衬底的正装结构最为普遍，被业界所广泛采用。蓝宝石衬底，由于具有容易获得、价格适当、易于清洁和处理、在高温下具有很好的稳定性、可以大尺寸稳定生长的优点，使其成为目前使用最为普遍的一种衬底材料。
4.然而，由于蓝宝石衬底本身不导电，且蓝宝石衬底的散热性能较差，导致在制作大功率led芯片时因其本身的能量消耗较高，难以满足产品所需的散热要求，从而极大地限制大功率led芯片的生产与应用。
技术实现要素：5.基于此，本发明的目的是提出一种正装led芯片及其制备方法，以解决采用蓝宝石衬底制作led芯片导致的难以满足大功率led芯片散热性能使用要求的问题。
6.根据本发明提出的一种正装led芯片的制备方法，所述方法包括：
7.获取一蓝宝石衬底，并在所述蓝宝石衬底上依次生长未掺杂半导体层，第一型半导体层，有源层，第二型半导体层；
8.接着在所述第二型半导体层上沉积透明导电层，并使用激光穿透所述蓝宝石衬底与所述未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落；
9.接着采用干法刻蚀，以从所述未掺杂半导体层刻蚀至所述透明导电层；
10.接着在所述未掺杂半导体层上依次沉积sio2层、反射层、阻挡层以及共晶键合层；
11.接着获取一氮化铝基板，并在所述氮化铝基板上沉积共晶键合层；
12.接着将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合。
13.优选地，在将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合的步骤中：
14.键合温度为180-220℃，键合压力为0.1-0.3mpa。
15.优选地，所述使用激光穿透所述蓝宝石衬底与所述未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落的步骤之后还包括：
16.将剥离蓝宝石衬底后的结构置于稀盐酸溶液中浸泡10-15min；
17.采用化学机械抛光技术将对剥离蓝宝石衬底后后裸露出的未掺杂半导体层表面进行抛光。
18.优选地，在所述第二型半导体层上沉积透明导电层的步骤之后还包括：
19.在所述透明导电层表面沉积sio2层，并对沉积在透明导电层上的sio2层使用丙酮超声清洗10-15分钟，而后使用去离子水清洗烘干；
20.接着在h2so4与h2o2的混合溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为110-130℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干；
21.接着在nh4oh和h2o2的混合水溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为65-75℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干。
22.优选地，所述，所述接着在nh4oh和h2o2的混合水溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为65-75℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干的步骤之后还包括：
23.获取一硅片，并使用等离子清洗机清洗硅片表面，而后使用去离子水冲洗并烘干；
24.将烘干后的硅片与沉积在透明导电层上的sio2层键合。
25.优选地，所述接着将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合的步骤之后还包括：
26.研磨以去除键合的硅片，裸露出沉积在透明导电层上的sio2层；
27.接着使用boe溶液腐蚀去除裸露在芯片表面的sio2层，并对第二型半导体表面进行干法刻蚀，直至裸露出第一型半导体；
28.接着在第一型半导体表面蒸镀第一电极，在透明导电层表面蒸镀第二电极；
29.接着在芯片表面沉积钝化层，以保护芯片表面及侧壁，并使用黄光图形化以裸露出第一电极与第二电极。
30.根据本发明实施例的一种正装led芯片，所述正装led芯片从下至上依次包括基板、金属键合叠层、未掺杂半导体层、第一型半导体层、有源层、第二型半导体、透明导电层，其中：
31.所述基板由氮化铝材料制成，所述基板的厚度为200-500um。
32.优选地，所述金属键合叠层从上到下依次包括反射层、阻挡层以及共晶键合层，所述反射层的反射方向朝向所述有源层一端，所述阻挡层用于隔离所述反射层和所述共晶键合层，所述共晶键合层用于键合所述基板。
33.优选地，所述反射层至少由al、ag材料中的一种制成，所述阻挡层至少由ti、pt、ni材料中的一种制成，所述共晶键合层由au和sn或者pb和sn两种材料制成。
34.优选地，所述正装led芯片呈倒梯形结构。
35.与现有技术相比：采用激光穿透蓝宝石衬底与未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落，以释放外延晶格应力，从而提升外延层内量子效率，同时通过在未掺杂半导体层上依次沉积sio2层、反射层、阻挡层以及共晶键合层，并在氮化铝基板上沉积共晶键合层，以使氮化铝基板能够有效健合在未掺杂半导体层上，即实现将正装led芯片的蓝宝石衬底替换为氮化铝基板，极大地提升大功率正装led在工作中的散热，并降低器件工作时热阻，提升外延内部复合效率，进而提升光效，以保证大功率led芯片的运行可靠性，解决了解决采用蓝宝石衬底制作led芯片导致的难以满足大功率led芯片散热性能使用要求的问题。此外，通过依次沉积反射层、阻挡层以及共晶键合层的金属键合叠层，使得键合层界面处金属反射层与氧化硅形成全方位反射镜结构，有效提升整体反射率，从而进一步提升芯片亮度。
36.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变
得明显，或通过本发明的实施例了解到。
附图说明
37.图1为本发明第一实施例提出的正装led芯片的结构示意图；
38.图2为本发明第二实施例提出的正装led芯片的制备方法的流程图。
39.主要元件符号说明：
40.基板10共晶键合层20反射层30未掺杂半导体层40第一型半导体层50有源层60第二型半导体层70透明导电层80第一电极90第二电极100
41.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明。
具体实施方式
42.为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
43.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
44.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
45.实施例1
46.请参阅图1，所示为本发明第一实施例中的正装led芯片的结构示意图，该正装led芯片从下至上依次包括基板10、金属键合叠层、未掺杂半导体层40、第一型半导体层50、有源层60、第二型半导体70、透明导电层80，其中：
47.所述基板由氮化铝材料制成，所述基板的厚度为200-500um。在本实施例中，基板的厚度过厚虽然能进一步提高散热性能，但会导致正装led芯片的小巧性，同时会提高其制造成本，若过薄则会影响散热性能，因此基板的厚度在200-500um之间，例如200um、300um、500um等，通过采用导热性能优于蓝宝石衬底的氮化铝基板替代，利于芯片工作中散热，提升芯片在大电流下的可靠性。
48.进一步地，所述金属键合叠层从上到下依次包括反射层30、阻挡层以及共晶键合层20，所述反射层的反射方向朝向所述有源层一端，所述阻挡层用于隔离所述反射层和所述共晶键合层，所述共晶键合层用于键合所述基板，且反射层至少由al、ag材料中的一种制成，例如ag，由于ag或者al在可见光波段具有高反射率金属，从而有效提高有源区射向基板一面光线的反射率，所述阻挡层至少由ti、pt、ni材料中的一种制成，例如ti和ni的混合金
属或pt金属等，所述共晶键合层由au和sn或者pb和sn两种材料制成，通过采用共晶键合层有利于基板封装。
49.需要说明的是，本实施例中的正装led芯片呈倒梯形结构，即为下窄内宽型，通过提高发光面积进而能够提高产品出光效率。
50.实施例2
51.请参阅图2，所示为本发明第二实施例中的正装led芯片的制备方法的流程图，用于制备第一实施例中的正装led芯片，该方法具体包括步骤s01至步骤s06，其中：
52.步骤s01：获取一蓝宝石衬底，并在所述蓝宝石衬底上依次生长未掺杂半导体层，第一型半导体层，有源层，第二型半导体层；
53.步骤s02：接着在所述第二型半导体层上沉积透明导电层，并使用激光穿透所述蓝宝石衬底与所述未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落；
54.步骤s03：接着采用干法刻蚀，以从所述未掺杂半导体层刻蚀至所述透明导电层；
55.步骤s04：接着在所述未掺杂半导体层上依次沉积sio2层、反射层、阻挡层以及共晶键合层；
56.步骤s05：接着获取一氮化铝基板，并在所述氮化铝基板上沉积共晶键合层；
57.步骤s06：接着将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合。
58.其中，采用激光将蓝宝石衬底剥离后，为了实现未掺杂半导体层的平坦化，还需将剥离蓝宝石衬底后的结构置于稀盐酸溶液中浸泡10-15min；并采用化学机械抛光技术将对剥离蓝宝石衬底后后裸露出的未掺杂半导体层表面进行抛光。
59.需要说明的是，由于外延层较薄，将蓝宝石衬底剥离则会使得外延层缺少载体而影响后续的制作过程，基于此，在将蓝宝石衬底剥离前，会在所述透明导电层表面沉积sio2层，并对沉积在透明导电层上的sio2层使用丙酮超声清洗10-15分钟，而后使用去离子水清洗烘干；接着在h2so4与h2o2的混合溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为110-130℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干；接着在nh4oh和h2o2的混合水溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为65-75℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干，通过上述的浸泡、清洗、烘干，以去除sio2层上的脏污以及金属离子残留，在对sio2层进行表面处理后，再获取一硅片，并使用等离子清洗机清洗硅片表面，而后使用去离子水冲洗并烘干，再将烘干后的硅片与沉积在透明导电层上的sio2层键合，从而实现为外延层提供一载体的作用。
60.进一步地，在剥离蓝宝石衬底并实现未掺杂半导体层表面的平坦化后，再通过研磨以去除键合的硅片，裸露出沉积在透明导电层上的sio2层；接着使用boe溶液腐蚀去除裸露在芯片表面的sio2层，并对第二型半导体表面进行干法刻蚀，直至裸露出第一型半导体；接着在第一型半导体表面蒸镀第一电极，在透明导电层表面蒸镀第二电极；接着在芯片表面沉积钝化层，以保护芯片表面及侧壁，并使用黄光图形化以裸露出第一电极90与第二电极100，从而制得最终的正装led芯片。
61.示例而非限定，具体的生产实例如下：
62.提供带有蓝宝石衬底的led外延片，其包括蓝宝石衬底，位于蓝宝石之上依次生长的未掺杂半导体层，第一型半导体层，有源层，第二型半导体层，对其表面进行清洗。
63.在第二型半导体表面沉积透明导电层，厚度为600-1000埃。
64.在外延片第二型半导体表面使用等离子增强化学沉积法沉积厚度50-100nm二氧
化硅层。
65.将第二型半导体表面沉积有二氧化硅层的外延片使用丙酮超声清洗10-15分钟后使用去离子水清洗烘干。
66.接着将所得到的第二型半导体表面沉积有二氧化硅层的外延片在h2so4与h2o2配比为2:1的溶液中浸泡18-23分钟，温度控制在110-130℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干。
67.将第二步所得第二型半导体表面沉积有二氧化硅层的外延片在nh4oh:h2o2:h2o配比为1:1:5的溶液中浸泡18-23分钟，温度控制在65-75℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干。
68.提供硅片，使用o2_plasma处理硅片表面，并使用去离子水冲洗并烘干。将所提供硅片与第二半导体表面沉积有二氧化硅层的外延片键合，键合温度180-220℃，键合压力0.1-0.3mpa。
69.使用波长266nm，能量密度325-380mj/cm2激光穿透蓝宝石衬底聚焦至蓝宝石衬底与未掺杂半导体层，将两者交界面处一定厚度gan材料分解，使蓝宝石衬底脱落，裸露出未掺杂半导体层。
70.将所得剥离衬底后的结构置于浓度为20％稀盐酸溶液中浸泡10-15min去除表面因激光剥离导致gan分解产生吸附在结构表面的ga金属。
71.使用化学机械抛光技术降剥离后暴露的未掺杂半导体层表面平坦化。
72.使用干法刻蚀，从未掺杂半导体层刻至第2步所沉积透明导电层，得到多个相互独立的发光区域。
73.使用等离子体增强化学沉积法在平坦后的未掺杂半导体层表面沉积二氧化硅。
74.在上步沉积二氧化硅的基础上，在二氧化硅上沉积金属键合叠层。
75.提供一氮化铝基板，并在基板沉积共晶键合层。
76.将已与硅片键合的led各层结构与基板键合,键合温度180-220℃，键合压力0.1-0.3mpa。
77.研磨去除键合的硅片，裸露出设于硅片下的二氧化硅层。
78.使用boe溶液清洗去除第二外延层表面二氧化硅残留。得到表面具有led芯片外延发光区块的基板。
79.使用干法蚀刻在第二型半导体表面刻蚀台面至裸露出第一型半导体，刻蚀深度1-1.3um。
80.分别在第一型半导体表面与透明导电层表面蒸镀第一电极与第二电极。
81.在芯片表面沉积钝化层，保护芯片表面及侧壁，并使用黄光图形化裸露出第一电极与第二电极，从而制作成最终的正装led芯片。
82.请参阅表1，所示为根据上述步骤得到的正装led芯片的性能数据，具体如下表所示：
[0083][0084]
由表1可知，通过衬底剥离工艺以及键合工艺以实现将蓝宝石衬底更换为易于散热的氮化铝基板，同时在有源层下方设置反射层结构，得到的正装led芯片的发光亮度较传统led芯片其亮度提升率为3.73％，即有效提升了芯片发光亮度。
[0085]
综上，根据上述的正装led芯片的制备方法，采用激光穿透蓝宝石衬底与未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落，以释放外延晶格应力，从而提升外延层内量子效率，同时通过在未掺杂半导体层上依次沉积sio2层、反射层、阻挡层以及共晶键合层，并在氮化铝基板上沉积共晶键合层，以使氮化铝基板能够有效健合在未掺杂半导体层上，即实现将正装led芯片的蓝宝石衬底替换为氮化铝基板，极大地提升大功率正装led在工作中的散热，并降低器件工作时热阻，提升外延内部复合效率，进而提升光效，以保证大功率led芯片的运行可靠性，解决了解决采用蓝宝石衬底制作led芯片导致的难以满足大功率led芯片散热性能使用要求的问题。此外，通过依次沉积反射层、阻挡层以及共晶键合层的金属键合叠层，使得键合层界面处金属反射层与氧化硅形成全方位反射镜结构，有效提升整体反射率，从而进一步提升芯片亮度。
[0086]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0087]
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
技术特征：1.一种正装led芯片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：获取一蓝宝石衬底，并在所述蓝宝石衬底上依次生长未掺杂半导体层，第一型半导体层，有源层，第二型半导体层；接着在所述第二型半导体层上沉积透明导电层，并使用激光穿透所述蓝宝石衬底与所述未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落；接着采用干法刻蚀，以从所述未掺杂半导体层刻蚀至所述透明导电层；接着在所述未掺杂半导体层上依次沉积sio2层、反射层、阻挡层以及共晶键合层；接着获取一氮化铝基板，并在所述氮化铝基板上沉积共晶键合层；接着将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合。2.根据权利要求1所述的正装led芯片的制备方法，其特征在于，在将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合的步骤中：键合温度为180-220℃，键合压力为0.1-0.3mpa。3.根据权利要求1所述的正装led芯片的制备方法，其特征在于，所述使用激光穿透所述蓝宝石衬底与所述未掺杂半导体层的交界处，以使蓝宝石衬底脱落的步骤之后还包括：将剥离蓝宝石衬底后的结构置于稀盐酸溶液中浸泡10-15min；采用化学机械抛光技术将对剥离蓝宝石衬底后后裸露出的未掺杂半导体层表面进行抛光。4.根据权利要求3所述的正装led芯片的制备方法，其特征在于，在所述第二型半导体层上沉积透明导电层的步骤之后还包括：在所述透明导电层表面沉积sio2层，并对沉积在透明导电层上的sio2层使用丙酮超声清洗10-15分钟，而后使用去离子水清洗烘干；接着在h2so4与h2o2的混合溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为110-130℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干；接着在nh4oh和h2o2的混合水溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为65-75℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干。5.根据权利要求4所述的正装led芯片的制备方法，其特征在于，所述，所述接着在nh4oh和h2o2的混合水溶液中浸泡18-23分钟，浸泡温度为65-75℃，浸泡完成后使用去离子水清洗并烘干的步骤之后还包括：获取一硅片，并使用等离子清洗机清洗硅片表面，而后使用去离子水冲洗并烘干；将烘干后的硅片与沉积在透明导电层上的sio2层键合。6.根据权利要求5所述的正装led芯片的制备方法，其特征在于，所述接着将sio2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合的步骤之后还包括：研磨以去除键合的硅片，裸露出沉积在透明导电层上的sio2层；接着使用boe溶液腐蚀去除裸露在芯片表面的sio2层，并对第二型半导体表面进行干法刻蚀，直至裸露出第一型半导体；接着在第一型半导体表面蒸镀第一电极，在透明导电层表面蒸镀第二电极；接着在芯片表面沉积钝化层，以保护芯片表面及侧壁，并使用黄光图形化以裸露出第一电极与第二电极。7.一种正装led芯片，其特征在于，所述正装led芯片从下至上依次包括基板、金属键合
叠层、未掺杂半导体层、第一型半导体层、有源层、第二型半导体、透明导电层，其中：所述基板由氮化铝材料制成，所述基板的厚度为200-500um。8.根据权利要求7所述的正装led芯片，其特征在于，所述金属键合叠层从上到下依次包括反射层、阻挡层以及共晶键合层，所述反射层的反射方向朝向所述有源层一端，所述阻挡层用于隔离所述反射层和所述共晶键合层，所述共晶键合层用于键合所述基板。9.根据权利要求8所述的正装led芯片，其特征在于，所述反射层至少由al、ag材料中的一种制成，所述阻挡层至少由ti、pt、ni材料中的一种制成，所述共晶键合层由au和sn或者pb和sn两种材料制成。10.根据权利要求7所述的正装led芯片，其特征在于，所述正装led芯片呈倒梯形结构。
技术总结本发明提出一种正装LED芯片及其制备方法，该方法包括：在所述蓝宝石衬底上生长有未掺杂半导体层和第二型半导体层；在第二型半导体层上沉积透明导电层，使用激光将蓝宝石衬底剥离脱落；采用干法刻蚀，以从未掺杂半导体层刻蚀至透明导电层；在未掺杂半导体层上依次沉积SiO2层、反射层、阻挡层以及共晶键合层；获取一氮化铝基板，并在氮化铝基板上沉积共晶键合层；将SiO2层上的共晶键合层与氮化铝基板上的共晶键合层键合。根据本发明提出的正装LED芯片的制备方法，使用衬底剥离工艺以释放外延晶格应力，有效提升外延层内量子效率，同时采用散热性能优良的氮化铝基板，便于芯片工作中散热，提升芯片在大电流下的运行可靠性。提升芯片在大电流下的运行可靠性。提升芯片在大电流下的运行可靠性。
技术研发人员：张柯 张星星 简弘安 胡加辉 金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：2022.03.21
技术公布日：2022/7/5
