[发明专利]一种发光表面有周期性图案的高光效倒装LED的制作方法

说明书

一种发光表面有周期性图案的高光效倒装LED的制作方法，涉及LED生产技术领域，本发明通过在硅衬底上蒸镀AlN，然后刻蚀出图形，再在图形上生长氮化物材料，最终做成倒装的LED器件且剥离掉硅衬底，使背发射LED芯片达到了提高出光效率的效果。

技术领域

本发明涉及LED生产技术领域，特别是氮化物LED 外延/芯片制备技术领域。

背景技术

LED 因具有体积小，寿命长，功耗低，亮度高，易集成等诸多优点，被认为是21世纪最有前景的发光器件。

目前的氮化物LED 外延制备，大部分均采用异质外延的技术，即在蓝宝石（或者碳化硅、硅等）衬底上外延生长氮化物材料，特别是图形化的蓝宝石基底，已在各制造厂商广泛应用。

由于蓝宝石基底不导电，硬度大等特有的材料性质，给后续LED芯片的制备带来了困难，同时由于图形化的蓝宝石基底价格相对昂贵，不利于制造成本的降低。

硅衬底由于其尺寸大，易于加工，可导电且价格低廉，被认为是替代蓝宝石衬底的优选材料，目前Si 上外延氮化物LED一般采用两种方法：

一种在平面Si 上设计复杂的缓冲层结构，譬如高温AlN 缓冲层，低温AlN 缓冲层，变组分的AlGaN 缓冲层以及由这些缓冲层构成的多层复合结构过渡层，复杂的过渡层之后再生长N型电子供给层，发光有源层和P型空穴供给层。虽然经过了复杂的缓冲层设计，但由于Si 衬底与氮化物材料之间的热失配和晶格失配，随着外延厚度的积累，外延表面仍很容易产生龟裂线，且位错密度高，晶体质量不足以满足器件制作需求。

另外一种方案是在图案化的Si 衬底上生长氮化物材料，此种方法可制得晶体质量较优秀的氮化物LED 器件，然而光提取效率仍然低下。

因此，就目前技术由于硅衬底材料与氮化物材料具有相对更大的晶格失配和热失配，使得硅衬底上外延氮化物技术变得复杂。同时由于硅衬底材料会吸收氮化物有源层发射的光，硅上外延氮化物材料的技术一直难以得到各制造厂商的应用。硅衬底上生长出的氮化物材料器件的性能没有竞争力。

发明内容

本发明目的是提出一种生产成本低、能克服现有技术以硅为衬底缺陷的发光表面有周期性图案的高光效倒装LED的制作方法。

本发明包括在Si衬底上制作外延层，并制作电极，然后将具有电极的器件倒装在永久基板上，并去除Si衬底。本发明的特点是：

先在Si衬底上蒸镀AlN薄膜，并在AlN薄膜上刻蚀出周期性图形，所述周期性图形的凹槽部分为Si 衬底，凸起部分为AlN薄膜，然后再制作外延层；所述外延层中的合并层中具有孔洞，各孔洞一一对应于所述具有周期性图形的凹槽部分；在去除Si衬底时，采用由等体积的HF、HNO₃和CH₃COOH混合组成的溶液，露出AlN薄膜和AlGaN层交替的周期图形表面。

本发明通过在硅衬底上蒸镀AlN，然后刻蚀出图形，再在图形上生长氮化物材料，最终做成倒装的LED器件且剥离掉硅衬底，可达到如下目的：

1、在硅衬底上预先生长AlN 薄膜，可节约MOCVD 硅上缓冲层的生长时间，提高产能，同时可提高后续MOCVD 外延氮化物材料的晶体质量；

2、在生长了AlN 薄膜的硅基底上刻蚀图案后，可减小后续生长应力积累，提高外延晶体质量，同时还无需复杂的缓冲层生长工艺；

3、在图案化衬底上生长氮化物材料，通过外延工艺的控制，可形成孔洞，截断位错线，提高晶体质量，同时孔洞还有助于提高出光效率；

4、剥离掉硅衬底，做成倒装的LED 器件，可避免硅衬底的吸光，实现背面出光；

5、剥离掉硅衬底之后，在出光表面上可同时还原出之前的周期图案，大大提高背发射的出光效率。