[发明专利]一种应力可调的垂直结构LED芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种应力可调的垂直结构LED芯片，从下至上依次包括TiW基背金层、Si衬底、键合层、第一TiW基反射镜保护层、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。本发明还提供一种应力可调的垂直结构LED芯片的制备方法。本发明的垂直结构LED芯片采用溅射TiW基金属作为保护层，通过调节TiW基金属的应力来调节LED外延片的生长应力、生长衬底剥离时释放的应力，以及减薄转移衬底时释放的应力，降低或避免后续的不良影响。

技术领域

本发明涉及LED制造领域，尤其涉及一种应力可调的垂直结构LED芯片及其制备方法。

背景技术

随着LED在照明领域的逐步应用，市场不再满足于小电流驱动的蓝宝石衬底的水平结构LED,垂直结构LED应用而生。相比较水平结构LED，垂直结构LED凭借其P、N电极分列两侧，电流垂直导通、衬底导电的特性，可以完美解决水平结构存在的导热性差、电流拥挤效应以及电极吸光效应，进而能够承受大电流超驱动。而反射镜的引入使垂直结构LED单面出光，使得垂直结构LED芯片的外量子效率较水平结构大幅提升，其随电流增大产生的发光效率降低的效应也得以解决，其稳定性大幅增强。而且垂直结构普遍采用成本低、易制备的硅衬底代替昂贵的蓝宝石，因而制造成本也大幅降低。因此，GaN基垂直结构LED是市场所向，是半导体照明发展的必然趋势。

在芯片制程中发现，LED外延层在硅衬底上生长时存在一定的翘曲或者残余应力，有些外延片应力为张应力，如图1所示；有些外延片为压应力，如图2所示，于是在键合过程中会存在如图1-1和图2-1的键合孔隙和翘曲，这样便会会造成键合的破片或者键合不牢；同时由于生长在GaN层上的Ag与GaN的热膨胀系数相差很大，因此在Ag反射镜的退火过程中会引入较大的热压应力，因此也会在后续工艺制程中带来翘曲或其他不良影响。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种应力可调的垂直结构LED芯片，该垂直结构LED芯片采用溅射TiW基金属作为保护层，通过调节TiW基金属的应力来调节LED外延片的生长应力、生长衬底剥离时释放的应力，以及减薄转移衬底时释放的应力，降低或避免后续的不良影响。

本发明的目的之二在于提供一种应力可调的垂直结构LED芯片的制备方法，该方法能够通过调节溅射气压和功率来调节溅射TiW基金属的薄膜应力，获得一个超宽的应力变化范围，在-1000～+800MPa之间，可以在压应力和张应力之间来回切换，适合于各种应力状况的外延薄膜。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种应力可调的垂直结构LED芯片，从下至上依次包括TiW基背金层、Si衬底、键合层、第一TiW基反射镜保护层、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(1～10)×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(3～9)×10¹⁷cm^-3。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种应力可调的垂直结构LED芯片的制备方法，包括，