一種垂直led晶片及其相應的製作方法

2023-09-16 10:52:05 1

專利名稱：一種垂直led晶片及其相應的製作方法
技術領域：
本發明涉及半導體光電晶片製造領域，尤其 涉及一種垂直LED晶片及其相應的製作方法。
背景技術：
近年來,對於大功率照明發光二極體(light-emitting diode,LED)的研究已經成為趨勢，然而傳統的同側結構LED存在電流擁擠、電壓過高和散熱難等缺點，很難滿足大功率的需求，而垂直LED不僅可以有效地解決大電流注入下的擁擠效應，還可以緩解大電流注入所引起的內量子效率降低，改善垂直LED的光電性能。因此，製備垂直LED晶片首先需要解決大功率垂直LED晶片散熱的問題，即將垂直LED晶片發光產生的熱量轉移到導電導熱性能好的基板上。目前，將垂直LED晶片發光產生的熱量轉移到基板上的垂直LED晶片的製作方法中主要有鍵合路線和電鍍基板路線。以通過鍵合路線製備垂直LED晶片的製作工藝為例進行詳細分析參見圖1，傳統的紅光產品多數採用這種轉移技術，在襯底上沉積外延層，在外延層上由下至上依次製作P型接觸層、反射鏡層、金屬層、第一鍵合層，然後將其與帶有P電極和第二鍵合層的基板在一定溫度和壓力下壓焊在一起，再剝離掉襯底，完成後續垂直LED晶片製作，所述外延層由下至上依次沉積N型層、發光區和P型層。此鍵合路線中通常以金-金(Au-Au)或者金-錫(Au-Sn)為材料製成的所述第一鍵合層和所述第二鍵合層成本較高，且所述外延層的應力難於調控，第一鍵合層和第二鍵合層在鍵合過程中對外延層和襯底的平整度要求較高，工藝窗口窄。以通過電鍍基板路線製備垂直LED晶片製作工藝為例進行詳細分析參見圖2，在襯底上沉積外延層，在外延層上由下至上依次製作P型接觸層、反射鏡層、金屬層，然後在金屬層表面通過電鍍方式沉積一層較厚的電鍍基板，使其具有支撐能力，再剝離掉襯底，完成後續垂直LED晶片製作，所述外延層由下至上依次沉積N型層、發光區和P型層。該類型的垂直LED晶片一般採用單層或多層電鍍金屬形成電鍍基板作為轉移基板，在電鍍過程中，應力較難調控。為了解決上述問題，有必要設計一種垂直LED晶片，能將其產生的熱量經外延層轉移至基板上而不增加外延層上的應力以及節約垂直LED晶片的製作成本。

發明內容
本發明的目的是提供一種垂直LED晶片的製作方法，以解決製作基板的過程中對外延層造成影響，緩解外延層的應力，以及避免大量使用貴金屬製作基板，降低了垂直LED晶片製作成本。為解決上述問題，本發明提供了一種垂直LED晶片的製作方法，包括如下步驟提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；
在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層；在反射鏡層的表面上形成粘合層；採用噴塗方式在所述粘合層上形成噴塗基板；製成垂直LED晶片。進一步的，製成垂直LED晶片之前，包括剝離掉襯底，獨立化晶片，在所述N型氮化層表面製作N電極後，減薄噴塗基板，再在該噴塗基板表面製作P電極，最後晶片切割。進一步的，製成垂直LED晶片之前，包括在所述噴塗基板表面製作P電極，剝離掉襯底，獨立化晶片，再在所述N型氮化層表面製作N電極，最後晶片切割。優選的，形成所述噴塗基板之後、製成垂直LED晶片之前，包括採用拋光和退火工藝處理所述噴塗基板表面。進一步的，所述粘合層形成的工藝為蒸發、濺射或者噴塗方式。優選的，所述噴塗基板的厚度為80 U m-500 U m。進一步的，所述噴塗方式為熱噴塗或冷噴塗。優選的，所述熱噴塗為等離子體噴塗。進一步的，所述噴塗基板為膨脹係數大於所述外延層的膨脹係數，且小於襯底的膨脹係數。進一步的，對所述粘合層進行的處理方式為表面粗化。進一步的，所述表面粗化為表面圖形粗化或噴砂粗化。優選的，所述粘合層具有粗化的表面粗糙度為I. 5 U mRa-20 U mRa。進一步的，所述噴塗基板或粘合層使用的材料為鋁矽合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化矽、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的材料。進一步的，所述的噴塗基板或粘合層使用的材料為鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金。根據本發明的另一方面，還提供了一種垂直LED晶片，至少包括外延層，以及所述外延層上由下至上依次形成的接觸層、反射鏡層、粘合層和噴塗基板；其中，所述外延層自下而上依次包含有N型氮化鎵層、發光層和P型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層上製作有N電極，所述噴塗基板上製作有P電極。進一步的，所述粘合層為與噴塗基板有很好粘附性。優選的，所述粘合層為具有表面粗糙度為I. 5 U mRa-20 U mRa的粘合層。進一步的，所述噴塗基板或粘合層為使用鋁矽合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化矽、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的噴塗基板或粘合層。進一步的，所述的噴塗基板或粘合層為使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金的噴塗基板或粘合層。優選的，所述噴塗基板為膨脹係數大於所述外延層的膨脹係數，且小於襯底的膨脹係數的噴塗基板。優選的，所述噴塗基板為厚度為80 U m-500 U m的噴塗基板。
由上述技術方案可見，與現有的分別通過鍵合路線和電鍍基板路線製備垂直LED晶片的工藝相比，本發明公開的垂直LED晶片的製作方法由於能夠藉助噴塗基板選擇的多樣性，容易選擇膨脹係數大於外延層膨脹係數、且小於襯底膨脹係數的導電噴塗基板，以緩解外延層的應力；其次，由於在反射鏡阻擋層與噴塗基板之間還存在所述的粘合層，增加了所述粘合層和噴塗基板之間的附著力，且在所述粘合層形成過程中，其受熱溫度低，對外延層的影響也小；同時，由於噴塗方式避免了大量貴金屬的使用，降低了垂直LED晶片製作成本。


圖I是現有技術通過鍵合路線製備垂直LED晶片的過程示意圖；圖2是現有技術通過電鍍路線製備垂直LED晶片的過程示意圖；圖3是本發明一種垂直LED晶片製作方法流程；圖4A至圖4H是本發明一種垂直LED晶片製作方法；圖5是本發明一種垂直LED晶片結構不意圖。
具體實施例方式為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施方式
做詳細的說明。在下面的描述中闡述了很多具體細節以便於充分理解本發明。但是本發明能夠以很多不同於在此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下做類似推廣，因此本發明不受下面公開的具體實施的限制。其次，本發明利用示意圖進行詳細描述，在詳述本發明實施例時，為便於說明，表示器件結構的剖面圖會不依一般比例作局部放大，而且所述示意圖只是實例，其在此不應限制本發明保護的範圍。此外，在實際製作中應包含長度、寬度及深度的三維空間尺寸。參見圖3，本發明所提供的一種垂直LED晶片製作方法流程為SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層；S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層；S103 :米用嗔塗方式在所述粘合層上形成嗔塗基板；S104 :製成垂直LED晶片。下面以圖3所示的方法流程為例，結合附圖4A至4H，對一種垂直LED晶片的製作工藝進行詳細描述。實施例一SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；參見圖4A，提供一襯底100，在所述襯底100上生長外延層108，所述襯底100為藍寶石襯底，所述外延層108由下至上依次包含生長的N型氮化鎵102、發光層104和P型氮化鎵106。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見圖4B，在所述外延層108的表面上依次採用電子束蒸發沉積接觸層110和反射鏡層112，其中，所述接觸層使用的材料為鎳(Ni)，其厚度為Inm;所述反射鏡層112使用的材料為銀(Ag)，其厚度為300nm。 當然，在所述反射鏡層112上還可以沉積反射鏡阻擋層113，用以更好的防止所述反射鏡層112的擴散和電遷移。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。首先，參見圖4C，在反射鏡層112的表面上可採用蒸發、濺射或者噴塗方式形成粘合層114。優選的，採用濺射方式形成粘合層114。其中，所述粘合層114可以使用鋁矽合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化矽、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的材料，也可以使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金。本實施例中經過周期為五數目的沉積過程後，再沉積厚度為2 的鋁(Al)形成粘合層114。其中，每周期分別沉積厚度為IOOnm的鈦(Ti)和厚度為IOOnm的鈦-鎢(Ti-W)合金。其次，參見圖4D，優選的，可以採用表面圖形粗化或噴砂粗化使所述粘合層的表面粗化。優選的，採用表面圖形粗化工藝，在所述粘合層的表面做光刻刻蝕出深度為2 的圖形，使其表面具有較大的粗糙度，便於和後續工藝形成噴塗基板(圖中未示)更牢固的結合，所述粘合層114的表面粗糙度在I. 5 ii mRa-20 ii mRa之間,優選的,所述粘合層的表面粗糙度為3i!mRa。由此形成的粘合層可以為具有良好的導電導熱性能的化合物或單質。若在所述反射鏡阻擋層113表面上形成了與其具有良好粘附力的粘合層114，也可以不對粘合層114進行表面粗化處理，參見圖4C，而直接進行接下來的步驟。接著，對所述粘合層114的表面進行清潔，其中，可以通過溶劑清洗法、蒸汽清洗法、鹼洗法、熱脫酯法、等離子體處理等化學或物理的方法對粘合層的表面進行清潔，優選的，採用等離子體處理所述粘合層的表面汙跡。最後，對所述粘合層的表面進行預熱，消除水分和溼氣，提高所述粘合層與後續工藝形成的噴塗基板的結合強度。當然，還可以沉積既能與所述粘合層結合好，又能與後續工藝形成的噴塗基板很好結合的過渡層(圖中未示)。S103 :米用嗔塗方式在所述粘合層上形成嗔塗基板。若所述粘合層114為表面粗化的粘合層，則參見圖4E，如粘合層表面未進行表面粗化處理，則參見圖4F，在所述粘合層114的表面上採用噴塗方式形成厚度為80iim-500iim的噴塗基板116，用以滿足支撐要求。優選的，所述噴塗基板的厚度為IOOum0所述的噴塗方式可以為熱噴塗或冷噴塗，所述的熱噴塗可以為火焰噴塗、電弧噴塗或等離子體噴塗。其中，所述噴塗基板116可以使用鋁矽合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化矽、氧化鋅、砷化鎵中一種或其它材料組成的材料，也可以使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金。本實例中通過等離子體噴塗鎢-銅(W-Cu)合金形成噴塗基板116。所述的W-Cu合金的比例可以進行調整，如W佔所述W-Cu合金質量百分比為80% -85%，優選的，W佔所述W-Cu合金質量百分比為85%。由此形成的噴塗基板可以為具有良好的導電導熱性能的化合物或單質。S104 :製成垂直LED晶片。若所述粘合層114為表面粗化的粘合層，則參見圖4G，如粘合層表面未進行表面粗化處理，則參見圖4H，形成所述噴塗基板後，對形成的所述噴塗基板116進行退火工藝，再進行拋光工藝，使所述噴塗基板116的表面達到工藝要求後，一種方法為按照現有工藝剝離所述襯底100，獨立化晶片，在所述N型氮化層102表面上製作N電極118，減薄拋光噴塗基板116到工藝要求，再在所述噴塗基板116的表面上製作P電極120，最後進行晶片切割，形成垂直LED晶片，如圖5所示。另一種方法為先在所述噴塗基板116表面製作P電極120，剝離掉襯底100後，獨立化晶片，再在所述N型氮化層102表面製作N電極118，最後進行晶片切割，形成垂直LED晶片。由於通過噴塗基板116將垂直LED晶片使用過程中產生的熱量從外延層108轉移至噴塗基板116上的製作工藝簡單，不局限於垂直LED晶片的製作，同樣可以運用於平面倒裝結構的LED晶片的製作，以緩解外延層受到的應力，以及減少貴金屬的使用，節約成本。實施例二SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；參見實施例一中的步驟S100，在此不再--贅述。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見實施例一中的步驟SlOl，在此不再--贅述。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。參見實施例一中的步驟S102，在此不再--贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S102不同之處在在於先沉積厚度為50nm的鉬(Pt)後，再沉積厚度為2iim的招(Al)形成粘合層114。S103 :米用嗔塗方式在所述粘合層上形成嗔塗基板。參見實施例一中的步驟S103，在此不再--贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S103不同之處在在於通過等離子體噴鋁-矽(Al-Si)合金形成噴塗基板116。所述的Al-Si合金的比例可以進行調整，Al佔所述Al-Si合金質量百分比為15% -25%，優選的，Al佔所述Al-Si合金質量百分比為20%。S104 :製成垂直LED晶片。參見實施例一中的步驟S104，在此不再--贅述。實施例三SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；參見實施例一中的步驟S100，在此不再--贅述。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見實施例一中的步驟SlOl，在此不再--贅述。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。參見實施例一中的步驟S102，在此不再--贅述。
其中，本步驟與實施例一中的步驟S102不同之處在在於先經過周期為五數目的沉積過程後，再沉積厚度為2 的鈦(Ti)形成粘合層114。其中，每周期分別沉積厚度為IOOnm的鈦(Ti)和厚度為IOOnm的鈦-鎢(Ti-W)合金。S103 :米用嗔塗方式在所述粘合層上形成嗔塗基板。參見實施例一中的步驟S103，在此不再--贅述。
S104 :製成垂直LED晶片。參見實施例一中的步驟S104，在此不再--贅述。實施例四SlOO :提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；參見實施例一中的步驟S100，在此不再--贅述。SlOl :在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層。參見實施例一中的步驟SlOl，在此不再--贅述。S102 :在反射鏡層的表面上形成粘合層。參見實施例一中的步驟S102，在此不再——贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S102不同之處在在於先沉積厚度為50nm的鉬(Pt)後，再沉積厚度為2 iim的鈦(Ti)形成粘合層114。S103 :米用嗔塗方式在所述粘合層上形成嗔塗基板。參見實施例一中的步驟S103，在此不再——贅述。其中，本步驟與實施例一中的步驟S103不同之處在在於通過等離子體噴鋁-矽(Al-Si)合金形成噴塗基板116。所述的Al-Si合金的比例可以進行調整，Al佔所述Al-Si合金質量百分比為15% -25%，優選的，Al佔所述Al-Si合金質量百分比為20%。S104 :製成垂直LED晶片。參見實施例一中的步驟S104，在此不再--贅述。相應的，本發明提出一種垂直LED晶片，該垂直LED晶片包括外延層108，以及所述外延層108上由下至上依次形成的接觸層110、反射鏡層112、粘合層114和噴塗基板116。其中，所述外延層108自下而上依次還包含有N型氮化鎵層102、發光層104和P型氮化鎵層106，所述N型氮化鎵層102上製作有N電極118，所述噴塗基板上製作有P電極120。若需要防止所述反射鏡層中的銀擴散和電遷移，還可以在所述反射鏡層112上製作有反射鏡阻擋層113之後，形成所述粘合層114，如圖5所示。與現有技術相比，本發明提供的垂直LED晶片的製作方法，由於製作噴塗基板116的材料選擇多樣性，容易選擇膨脹係數大於所述外延層108的膨脹係數，且小於所述襯底100的膨脹係數的材料製作所述噴塗基板116，從而可以使後續工藝製備的垂直LED晶片在使用過程中的熱量轉移至所述的噴塗基板116上，以緩解所述外延層108上的應力。此外，由於所述粘合層114的存在，也增加了所述粘合層和噴塗基板之間的附著力，且在所述粘合層形成過程中，其受熱溫度低，一般溫度不超過200°C，對外延層的影響也小。另外，由於噴塗方式避免了大量貴金屬的使用，降低了垂直LED晶片製作成本。
本發明雖然以較佳實施例公開如上，但其並不是用來限定權利要求，任何本領域技術人員在不脫離本發明的精神和範圍內，都可以做出可能的變動和修改，因此本發明的保護範圍應當以本發明權利要求所界定的範圍為準。
權利要求
1.一種垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於，包括如下步驟 提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層； 在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層； 在反射鏡層的表面上形成粘合層； 採用噴塗方式在所述粘合層上形成噴塗基板； 製成垂直LED晶片。
2.根據權利要求I所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於製成垂直LED晶片之前，包括剝離掉襯底，獨立化晶片，在所述N型氮化層表面製作N電極後，減薄噴塗基板，再在該噴塗基板表面製作P電極，最後晶片切割。
3.根據權利要求I所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於製成垂直LED晶片之前，包括在所述噴塗基板表面製作P電極，剝離掉襯底，獨立化晶片，再在所述N型氮化層表面製作N電極，最後晶片切割。
4.根據權利要求I所述的垂直LED晶片製作方法，其特徵在於形成所述噴塗基板之後、製成垂直LED晶片之前，包括採用拋光和退火工藝處理所述噴塗基板表面。
5.根據權利要求I所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於所述粘合層形成的工藝為蒸發、濺射或者噴塗方式。
6.根據權利要求I所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板的厚度為80 u m-500 u m。
7.根據權利要求I或5中任一項所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於所述噴塗方式為熱噴塗或冷噴塗。
8.根據權利要求7所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於所述熱噴塗為等離子體噴塗。
9.根據權利要求I所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板為膨脹係數大於所述外延層的膨脹係數，且小於襯底的膨脹係數。
10.根據權利要求I所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於對所述粘合層進行的處理方式為表面粗化。
11.根據權利要求10所述的垂直LED晶片的製作方法，其特徵在於所述表面粗化為光刻腐蝕圖形粗化或噴砂粗化。
12.根據權利要求10所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述粘合層的表面粗糙度為I.5 u mRa-20 u mRa。
13.根據權利要求I所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板或粘合層使用的材料為鋁矽合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化矽、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的材料。
14.根據權利要求I所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板或粘合層使用的材料為鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金。
15.一種垂直LED晶片，其特徵在於，至少包括 外延層，以及所述外延層上由下至上依次形成的接觸層、反射鏡層、粘合層和噴塗基板；其中，所述外延層自下而上依次包含有N型氮化鎵層、發光層和P型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層上製作有N電極，所述噴塗基板上製作有P電極。
16.根據權利要求15所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述粘合層與噴塗基板有很好粘附性。
17.根據權利要求15所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述粘合層為具有表面粗糙度為I. 5 ii mRa-20 u mRa的粘合層。
18.根據權利要求15或16中任一項所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板或粘合層為使用鋁矽合金、鎢銅合金、鑰銅合金、碳化矽、氧化鋅、砷化鎵中的一種或其它材料組成的噴塗基板或粘合層。
19.根據權利要求15或16中任一項所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板或粘合層為使用鉻、鎳、鎢、鑰、鈦、銅、金、鉬、銀、鉭、鈮、釩中的一種或幾種組成的合金的噴塗基板或粘合層。
20.根據權利要求15、16、18或19中任一項所述的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板為膨脹係數大於所述外延層的膨脹係數，且小於襯底的膨脹係數的噴塗基板。
21.根據權利要求15的垂直LED晶片，其特徵在於所述噴塗基板為厚度80 u m-500 u m的噴塗基板。
全文摘要
本發明提出一種垂直LED晶片的製作方法，包括如下步驟提供一襯底，在所述襯底的表面上由下至上依次沉積包含有N型氮化層、發光層和P型氮化層的外延層；在所述外延層表面上自下而上依次形成接觸層、反射鏡層；在反射鏡層的表面上形成粘合層；採用噴塗方式在所述粘合層上形成噴塗基板；製成垂直LED晶片。本發明還提供一種垂直LED晶片，以解決製作基板的過程中對外延層造成影響，緩解外延層受到的應力，以及避免大量使用貴金屬，降低了垂直LED晶片製作成本。
文檔編號H01L33/00GK102623592SQ20121011144
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月13日 優先權日2012年4月13日
發明者萬遠濤, 封飛飛, 張昊翔, 李東昇, 江忠永, 金豫浙, 高耀輝 申請人:杭州士蘭明芯科技有限公司