[发明专利]一种垂直结构LED芯片的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及光电信息技术领域，更具体的是一种垂直结构LED芯片衬底的衬底剥离的制作方法。

背景技术

在LED芯片的制作工艺中，在蓝宝石衬底上形成氮化镓层的异质外延技术为现金成熟的外延技术，但是蓝宝石衬底作为不导电衬底，阻碍了大功率大电流芯片的发展。

在氮化物系的半导体元件中，大多采用蓝宝石作为衬底。由于蓝宝石是绝缘体，而且在其表面开孔也比较困难。在使用蓝宝石作为衬底的时候，蓝宝石上生长的发光元件的两个电极必须在同侧，这样不仅有效的发光面积会减少，而且同一表面有两个电极，局部的电流密度会很高影响发光元器件的寿命。目前主要采用激光剥离技术去除蓝宝石衬底，激光剥离技术利用紫外波段的激光光源(Eglaser＞EgGaN)，透过蓝宝石衬底(带隙宽度9.9eV)辐照样品，使蓝宝石与氮化镓层(3.4eV)界面处的缓冲层吸收激光能量，缓冲层材料温度迅速升高，发生热分解生成金属以及氮气(N₂)。氮气逸出即能实现蓝宝石衬底与氮化镓层的分离。193nm的氟化氩(ArF)准分子激光可以用于分离氮化铝(6.3eV)与蓝宝石，具有6.3eV带隙能量的氮化铝可以吸收6.4eV的ArF激光辐射。

现有技术中激光剥离主要采用波长为248nm的KrF准分子激光器，以及波长为355nm的紫外激光器(不能用于氮化铝缓冲层的剥离)。由于生长的缓冲层以及N型氮化镓层的材料不同，所以会选择性的吸收激光能量，这样容易造成缓冲层以及N型氮化镓层表面的损伤。能量越大这种损伤就越大，会导致制成的芯片漏电增加。

此外，在现有技术还采用初步粗磨和机械研磨的方法进行剥离。然而，通过初步粗磨和机械研磨方法将蓝宝石衬底去除的方法，由于初步粗磨和机械研磨的机械应力以及研磨厚度可控性差，研磨过程中会将缓冲层研磨去除，甚至损伤其下方的N型氮化镓层，造成严重的机械损伤。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直结构LED芯片的制作方法，以提高垂直结构LED芯片的性能。

为解决上述技术问题，本发明是提供一种垂直结构LED芯片的制作方法，包括：

提供第一衬底，在所述第一衬底上依次形成缓冲层、N型氮化镓层、有源层以及P型氮化镓层以及金属反射层；

提供第二衬底，将所述第一衬底倒置于所述第二衬底上，并利用金属焊料层将所述第二衬底的一面与金属反射层键合固定；

将所述第二衬底的另一面固定于一载台上；

对所述第一衬底进行初步粗磨和物理研磨，直至剩余部分第一衬底，剩余的第一衬底厚度小于10um；

对所述第一衬底和缓冲层进行化学机械研磨，直至暴露所述N型氮化镓层。

进一步的，在利用金属焊料层将所述第二衬底的一面与所述金属反射层键合固定的步骤中，包括：在所述金属反射层或所述第二衬底上形成金属焊料层；所述第一衬底倒置于所述第二衬底上；对所述金属焊料层进行加热处理，使所述第二衬底的一面与所述金属反射层键合固定。

进一步的，在对所述第一衬底进行初步粗磨和物理研磨的步骤之后，剩余部分第一衬底的厚度小于2um。

进一步的，所述第一衬底的材料为蓝宝石、碳化硅或硅中的一种或其组合。

进一步的，所述缓冲层的材料为氧化硅、氮化硅、氮化镓或氮化铝中的一种或其组合。

进一步的，所述第二衬底的另一面通过蜡固定于所述载台上。

进一步的，所述第二衬底的热膨胀系数为3～7u/m/℃，导热系数大于50W/mK。

进一步的，所述第二衬底的材料为铜、钼、铝、钨、硅、镍、锗中的一种或其组合。

进一步的，所述金属焊料层的材料为金、铂、镍、锡、钯或铟中的一种或其组合。

进一步的，在进行初步粗磨和物理研磨的过程中，利用研磨盘及研磨料对所述第一衬底进行初步粗磨和物理研磨，所述研磨盘的材料为铸铁、软钢、青铜、红铜、铝、玻璃或沥青中一种或者几种的组合；所述研磨料采用莫氏硬度大于等于8的材料。

进一步的，所述研磨料的材料为金刚石、碳硼合金、氮化钛中的一种或其组合。

进一步的，在对所述第一衬底进行化学机械研磨的步骤中，采用研磨垫、抛光液和研磨料对所述第一衬底进行研磨，所述研磨垫的材料为硬质弹性抛光布或软质粘弹性抛光布；所述研磨液为碱性溶液，所述研磨料的材料为二氧化硅、氧化铝、氧化锆中的一种或其组合，所述研磨料的颗粒直径为10nm～100nm。

进一步的，所述金属反射层的反射率大于等于70％。