[发明专利]一种Si基垂直LED芯片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种Si基垂直LED芯片及其制备方法，从下往上依次包括第一衬底层、n‑GaN层、多量子阱层、p‑GaN层、反射层、电流阻挡层、键合层、键合金属层和第二衬底层；其中，键合金属层为厚度比为0.15～0.2：1的Ni和Sn。能有效解决传统LED芯片研磨减薄后芯片严重翘曲，以至于造成芯片易破片良率低、效率低的问题，减轻LED芯片翘曲的程度。

技术领域

本发明涉及LED技术领域，具体涉及一种Si基垂直结构及其制备方法。

背景技术

随着半导体器件对厚度要求的不断提高，芯片的尺寸及厚度在不断缩小，在芯片研磨工艺完成后，芯片表面存在大量的结构性损伤导致芯片非常翘曲，翘曲严重的芯片在流片过程中非常容易破片且不易操作，从而造成芯片良率严重的损失。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种Si基垂直结构及其制备方法，解决传统LED芯片研磨减薄后芯片严重翘曲，以至于造成芯片易破片良率低、效率低的问题，能够有效减轻LED芯片翘曲的程度。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

一种Si基垂直LED芯片，从下往上依次包括第一衬底层、n-GaN层、多量子阱层、p-GaN层、反射层、电流阻挡层、键合层、键合金属层和第二衬底层；其中，键合金属层为厚度比为0.15～0.2：1的Ni和Sn。

本LED芯片结构采用的NiSn的键合金属层，较之Au键合层具有明显的成本低廉的优势，针对使用的NiSn键合层，通过改变键合层的Ni、Sn厚度比，传统Ni与Sn的厚度比一般为0.3～0.4：1，而本技术方案中通过减少Ni的厚度来达到减少翘曲的影响，因为使用电子束机台蒸发的Ni具有收缩的趋势，Ni金属会对芯片造成压应力，使得晶元变的弯曲，当晶片被减薄至200um以下时，其强度会趋弱而不足以抵挡Ni的应力作用，从而会使得芯片更加弯曲，而弯曲的芯片在后续的电性测试和划裂切割极易造成破片。而且在Ni和Sn的厚度比为0.15～0.2：1配比下能有效阻挡Sn的渗透，从而保证LED芯片的可靠性。

进一步，在第二衬底层上键合的Ni的厚度为10nm～800nm。

再进一步，所述第二衬底层背后还设有金属背板，金属背板上加镀有厚度范围为100nm～2000nm的Ni。由于加镀的Ni金属具有压应力，使之对LED芯片晶元有反向的拉力，以抵消另外一面的压应力，使芯片翘曲趋于平整，从而起到改善LED芯片翘曲度的作用。

进一步，所述金属背板为Si板。

再进一步，所述反射层为Cr、Ti、Ni、Ag、Pt和Au中的一种或几种。

Si基垂直LED芯片的制备方法，包括以下步骤：

1)在第一衬底层的正面上依次生长n-GaN层、多量子阱层和p-GaN层，形成LED外延片；

2)在步骤1)所得的LED外延片上的p-GaN层上蒸镀反射层金属，得到反射层，p-GaN层与反射层相互形成欧姆接触，然后再依次制作电流阻挡层和键合层，得到LED外延结构；

3)在第二衬底层上沉积Ni和Sn形成键合金属层，形成基板，并将基板上的键合金属层与步骤2)的LED外延结构的键合层键合，得到LED垂直芯片衬底；

4)将步骤3)所得的LED垂直芯片衬底的第一衬底层磨削至600um初次减薄，第二衬底层减薄至200um以下，先设置蓝膜贴片方向为15～45°，然后沿着LED芯片晶格方向研磨，使得磨痕与LED芯片的平边平行，夹角为150～180°，得到LED晶片；