[发明专利]发光二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管的芯片及其制造方法，特别涉及一种用集成机械研磨、化学机械抛光和湿法腐蚀剥离方法制造的发光二极管芯片及其制造工艺。

背景技术

GaN基蓝光、蓝绿光发光二极管(LED)广泛应用在仪表指示灯、大尺寸LED背光源、电子广告牌以及各种照明设备中。由于GaN晶体结构、生长条件等方面的限制，生长GaN基LED外延层时，主要选择蓝宝石作为衬底。由于蓝宝石的电导率和热导率差，导致GaN基LED制作工艺复杂、散热差、寿命短，因此限制了高亮度LED的应用。水平电极结构的GaN基LED芯片因为p电极档光，n面上有源区被刻蚀掉，p电极制作复杂，因此很难进一步提高LED的发光功率和效率。为了解决这些问题，美国Cree公司提出了采用SiC作为衬底的上下电极结构的GaN基LED，通过n面出光，有效的解决了散热和档光的问题，而且垂直电导有利于载流子的注入，提高载流子的复合效率。但是SiC比蓝宝石衬底贵，而且加工也更加困难，因此制约了其推广使用。

当垂直结构LED芯片承受的功率达到3～5W时，必须要剥离掉直径为50mm(更大直径为75mm、100mm)的蓝宝石衬底，这样有利于芯片的散热。日本的Nichia公司和德国的Osram公司分别推出了激光剥离蓝宝石衬底，制备垂直结构的LED芯片技术，通过这项技术有效了解决了散热和出光问题，在n面上可以制备微结构，提高光提取效率，同时可以重复利用蓝宝石。采用激光剥离技术和键合技术相结合可以将GaN基LED外延层转移到其它高电导率、高热导率的衬底上(如Si、Cu和Al等材料)，从而消除蓝宝石衬底对GaN基LED带来的不利影响，但是该技术存在如下问题：(1)采用激光剥离蓝宝石衬底容易对GaN基LED外延层造成损伤，影响LED的光性能和电性能。(2)采用激光剥离蓝宝石衬底的工艺过程中产生的温度非常高，而且晶圆键合层距离蓝宝石衬底和GaN的界面仅几微米，因此键合层将受到影响(如重新熔化)。(3)激光剥离技术与旧制程不兼容，设备昂贵。

发明内容

本发明的目的是针对已有技术中存在的缺陷，提供一种发光二极管芯片及其制造方法。采用集成机械研磨、化学机械抛光和湿法腐蚀剥离方法制造的发光二极管芯片。本发明的发光二极管芯片包括：高热导率的衬底、键合材料层、反射层、透明导电层和发光二极管外延层，其特征在于高热导率材料作为垂直结构发光二极管芯片(LED)的支撑衬底，支撑衬底上面为键合材料层，其材料为导电聚合物，键合材料层上面是反射层，其材料为Al或Ag或Pt，反射层上面为透明导电层，其材料为ITO或ATO或ZnO，透明导电层上为发光二极管外延层，发光二极管外延层上面是n面欧姆接触电极，该欧姆接触电极逐层为Ti/Al/Ti/Au或Cr//Pt/Au或Ti/Al/Pt/Au。

本发明的发光二极管芯片的制造方法包括下列工艺步骤：

(1)将蓝宝石衬底LED外延片在标准溶液中清洗

(2)在蓝宝石衬底LED外延片上蒸镀透明导电层；

(3)在透明电极上蒸镀Al或Ag或Pt作为反射层；

(4)在反射层上涂敷键合材料层；

(5)通过键合材料层将蓝宝石衬底发光二极管芯片外延片键合到高热导率的衬底上；

(6)剥离蓝宝石衬底；

(7)采用电感耦合等离子体或反应离子刻蚀n-GaN、有源层和p-GaN；

(8)采用KOH溶液将未掺杂的GaN层刻蚀掉，并对n-GaN表面进行粗化；

(9)蒸镀n面电极到经过表面粗化后的n-GaN层，形成欧姆接触电极。其中工艺步骤(6)剥离蓝宝石衬底首先采用机械研磨将400um的蓝宝石衬底减薄至60～80um，接着通过化学机械抛光将蓝宝石衬底减薄至5～10um，然后采用湿法腐蚀去除剩余的蓝宝石衬底。

采用一种机械研磨、化学机械抛光(CMP)和湿法腐蚀相结合剥离蓝宝石衬底制造垂直结构LED芯片的工艺，以提高散热效率及LED芯片的综合性能。该制造工艺为在芯片的p-GaN面上采用热蒸发或电子束蒸发形成透明导电层和反射层，然后在反射层上涂敷键合材料层。p-GaN面的透明导电层为ITO或ATO或ZnO，反射层为Al或Ag或Pt，键合材料层为导电聚合物，接着将蓝宝石衬底LED外延片键合到高热导率衬底上，然后采用机械研磨、化学机械抛光(CMP)和湿法腐蚀相结合剥离蓝宝石衬底，采用电感耦合等离子体(ICP)或反应离子刻蚀(RIE)n-GaN、有源层和p-GaN，用KOH溶液将未掺杂的GaN层刻蚀掉，并对n-GaN表面进行粗化，在n面上制备欧姆接触电极。

本发明的优点是：