[发明专利]一种应力可调的垂直结构LED芯片及其制备方法

权利要求书

1.一种应力可调的垂直结构LED芯片，其特征在于，从下至上依次包括TiW基背金层、导电Si(100)衬底、键合层、第一TiW基保护层、Ag基反射镜层、LED外延片和Ti/Al/W/Au的n电极层；LED外延片包括生长在Si衬底外延面上的n型掺杂GaN层，生长在n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN量子阱层，生长在InGaN/GaN量子阱层上的p型掺杂GaN层；

所述Si衬底以(111)面为外延面；所述n型掺杂GaN层的厚度为1～5μm，掺杂浓度为1×1018～10×1018cm^-3；所述InGaN/GaN量子阱层为1～18个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为1～10nm，GaN垒层的厚度为1～18nm；所述p型掺杂GaN层的厚度为100～600nm，掺杂浓度为3×1017～9×1017cm^-3；

所述应力可调的垂直结构LED芯片由以下方法制备，包括，

LED外延片生长步骤：在Si衬底上外延生长LED外延片，LED外延片包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN层，生长在n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN量子阱层，生长在InGaN/GaN量子阱层上的p型掺杂GaN层；

溅射Ag基反射镜层步骤：在LED外延片的p型掺杂GaN层表面使用磁控溅射得到Ag基反射镜层；

退火步骤：将Ag基反射镜层放置于退火炉中进行退火；

溅射应力可调TiW基保护层步骤：在退火后的Ag基反射镜层的表面溅射第一TiW基保护层；第一TiW基保护层的直流溅射功率3～6kW，溅射气压为6×10^-3～28×10^-3mbar，溅射温度为80～90℃，溅射气体Ar气的流量为80～120sccm；第一TiW基保护层的厚度为200～2000nm；第一TiW基保护层的应力可调范围为-1000～800MPa；

键合及衬底转移步骤：LED外延片上电子束蒸发键合层，然后在导电Si(100)衬底的抛光面蒸镀相同的键合层，再将包括Ag基反射镜层、第一TiW基保护层、键合层的LED外延片与导电Si(100)衬底键合在一起，键合面为LED外延片的键合层和导电Si(100)衬底上的键合层，再使用腐蚀液剥离原有Si衬底；

衬底保护层溅射步骤：在导电Si(100)衬底上的非抛光面溅射第二TiW基保护层；第二TiW基保护层的直流溅射功率为2～4kW，溅射气压为5×10^-3～18×10^-3mbar，溅射温度为70～80℃，溅射气体Ar气的流量为60～110sccm；第二TiW基保护层的厚度为300～1000nm；第二TiW基保护层的应力可调范围为-1000～+800MPa；

制备PA层及n电极步骤：通过PECVD沉积SiO₂钝化层，采用匀胶、光刻、显影标准光刻工艺，依次制备LED芯片上的n电极图案；再使用电子束蒸发设备，在LED外延片表面依次沉积Ti/Al/W/Au的n电极层；再去除多余电极金属，得到预处理LED芯片；

减薄步骤：对导电Si(100)衬底进行减薄处理，将第二TiW基保护层减薄掉，再在导电Si(100)衬底上溅射TiW基背金层，得到垂直结构LED芯片；TiW基背金层的直流溅射功率为2～4kW，溅射气压为5×10^-3～18×10^-3mbar，溅射温度为70～80℃，溅射气体Ar气的流量为60～110sccm；溅射TiW基背金层的厚度为300～1000nm；TiW基背金层的应力可调范围为-1000～+800MPa。

2.如权利要求1所述的应力可调的垂直结构LED芯片，其特征在于，溅射Ag基反射镜层步骤中，直流溅射功率为1～5kW，溅射气压为5×10^-3～30×10^-3mbar，溅射温度为75～90℃，溅射气体Ar气的流量为80～130sccm；溅射得到的Ag基反射层的厚度为75～250nm，Ag基反射镜为AgNi、AgAl、AgMg和AgCu中的一种或者任意组合。