一种垂直蓝光LED芯片及其制备方法与流程

一种垂直蓝光led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及led芯片制造技术领域，具体涉及一种垂直蓝光led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.随着led照明市场份额的不断扩大，对于led的光效等照明性能的要求也越来越高，从普通家庭照明灯具逐步发展到需要更高功率的路灯、车前灯系统，市场对于大功率大尺寸甚至超大尺寸的led芯片的需求越来越成为主流。超大功率，超大尺寸led首先面对的第一个问题就是电流拥挤。嵌入式电极结构led芯片相较于传统结构的芯片有许多优点：电流扩展性更好、导电性能更优、散热性能更佳以及光提取率更高。
3.嵌入式电极结构led芯片弥补了传统垂直结构芯片的不足，使得led的照明性能更上一层楼。然而嵌入式电极结构芯片在n电极的制备被过程中，为了确保金属电极与n-gan形成良好的欧姆接触，通常使用cr/ti/al等金属作为n-gan接触层，但cr/ti/al等金属在蓝光波段的反射率相对较低；同时，为了避免ag迁移导致产品良率异常，ag反射镜需与n电极孔之间留有足够的距离，导致嵌入式电极结构led芯片n电极孔周围及孔洞的反射率较低。


技术实现要素：

4.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垂直蓝光led芯片，能使得n电极与n-gan层形成良好的欧姆接触，同时提升n电极孔周围及孔内的反射率从而提升芯片出光效率；本发明的目的之二在于提供一种垂直蓝光led芯片的制备方法，通过对芯片结构设计及制备工艺的调整，提升芯片n电极孔周围及孔洞内反射率，有效提升产品出光效率。
5.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
6.一种垂直蓝光led芯片，从下向上依次包括导电衬底、第二金属键合层、第一金属键合层、n电极层、第二绝缘层、第二反射层、第一绝缘层、反射保护层、第一反射层；还包括柱状p电极和柱状n电极、外延层和钝化保护层；所述柱状n电极位于所述外延层内部，厚度小于柱状n电极孔深度，并且所述柱状n电极与所述n电极层接触形成电导通，所述n电极层底部与所述第一金属键合层接触形成电导通；所述柱状p电极位于芯片边缘，底部与所述反射保护层接触形成电导通。
7.进一步，所述第二金属键合层为cr、ti、ni、al、pt、sn和au中的一种或两种以上组合层结构，第二金属键合层的厚度为1μm～4μm；所述第一金属键合层为cr、ti、ni、al、pt、sn和au中的两种以上组合层结构，第一金属键合层的厚度为2μm～6μm。
8.再进一步，所述n电极层为ti、al、pt和au中的一种或两种以上组合层结构，n电极层厚度为10nm～1000nm。
9.进一步，所述柱状n电极孔深度为1000nm～2000nm。
10.再进一步，所述第一反射层为ag和/或ni，第一反射层的厚度为100nm～200nm；所
述第二反射层为ag、cr、ti、ni中的一种或两种以上组合层结构，第二反射层的厚度为50nm～300nm。
11.进一步，所述第一反射层所用的金属为ag和/或ni，第一反射层的的厚度为100nm～200nm；所述第二反射层所用的金属为ni或ti，第二反射层的厚度为0.1nm～2nm。
12.再进一步，所述第一绝缘层为sio2，厚度为600nm-1000nm；所述第二绝缘层为sio2，厚度为200nm-500nm。
13.进一步，所述第二反射层及所述第二绝缘层的开孔孔半径小于所述柱状n电极半径，孔半径差值为2000nm-5000nm。
14.再进一步，所述反射保护层为ti、cr、pt、au中的一种或两种以上组合层结构，厚度为500nm～2000nm。
15.本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
16.上述的垂直蓝光led芯片的制备方法，包括以下步骤：
17.1)在外延衬底上依次生长缓冲层、n-gan层、ingan/gan多量子阱层和p-gan层，形成led外延片；
18.2)对led外延片进行清洗，然后制备光刻对位mark点及柱状n电极通道；
19.3)在经步骤2)处理后的led外延片上依次制备图形化第一反射层和反射保护层；
20.4)沉积第一绝缘层；
21.5)对柱状n电极接触孔位置的第一绝缘层进行湿法腐蚀去除，并制备柱状n电极，进行高温退火；
22.6)依次沉积第二绝缘层和第二反射层；
23.7)对n电极层接触孔位置的第二反射层和第二绝缘层进行湿法腐蚀去除，并制备n电极层；
24.8)在n电极层上制备第一金属键合层；
25.9)选择一导电衬底，在其表面沉积第二金属键合层；
26.10)将第一金属键合层和第二金属键合层对准进行键合；
27.11)通过研磨减薄、化学腐蚀以及采用电感耦合等离子刻蚀的方法去除所述外延衬底和缓冲层；
28.12)对步骤8)处理后的芯片表面进行粗糙化处理；
29.13)湿法腐蚀出芯粒切割道及柱状p电极区；
30.14)在步骤9)处理后的芯片表面沉积钝化层，使用光刻的方法制作出电极图案，再使用电子束蒸镀或者溅射的方法制作p电极，得到垂直蓝光led芯片。
31.相比现有技术，本发明的有益效果在于：
32.(1)本发明垂直蓝光led芯片，采用嵌入式电极垂直结构，即同时设置柱状n电极和柱状p电极，并引入第二反射层和第二绝缘层，第二绝缘层开孔孔径小于柱状n电极孔径，可有效避免第二反射层中ag迁移导致的产品良率异常，第二反射层可提升柱状n电极通道内及周围区域反射出光，通过先制备柱状n电极的方法，在保证了n电极与n-gan之间良好欧姆接触的同时，增加芯粒n电极孔与反射保护层孔之间区域的反射率和n电极孔侧壁的反射率，提升芯粒出光效率。
附图说明
33.图1为实施例1中制备所得led芯片的剖视图；
34.图2为对比例1中制备所得led芯片的剖视图；
35.图中：1、导电衬底；2、第二金属键合层；3、第一金属键合层；4、n电极层；5、第二反射层；6、第二绝缘层；7、第一绝缘层；8、反射保护层；9、第一反射层；10、柱状n电极；11、柱状p电极；12、钝化保护层；13、p-gan层；14、ingan/gan多量子阱层；15、n-gan层。
具体实施方式
36.下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
37.实施例1
38.一种垂直蓝光led芯片，如图1所示，从下向上依次包括导电衬底1、第二金属键合层2、第一金属键合层3、n电极层4、第二反射层5、第二绝缘层6、第一绝缘层7、反射保护层8、第一反射层9、柱状n电极10、柱状p电极11、led外延片和钝化保护层12；所述led外延片从下到上依次包括p-gan层13、ingan/gan多量子阱层14、n-gan层15；
39.所述柱状n电极10位于所述外延层内部，厚度小于n电极孔深度，并且所述柱状n电极10与所述n电极层4接触形成电导通，所述n电极层4底部与所述第一金属键合层3接触形成电导通；所述柱状p电极11位于芯片边缘，底部与所述反射保护层8接触形成电导通；
40.其中，所述导电衬底1为导电硅衬底，厚度为500μm；所述第二金属键合层2和第一金属键合层3均为cr、al、ti、pt、ni、au复合金属层，厚度均为2000nm；所述n电极层4为ti、al、pt、au组合层结构，ti的厚度为300nm，al的厚度为100nm，pt的厚度为500nm，au的厚度为50nm；所述第二反射层5为ti、ag、ni组合层结构，ni的厚度为1nm，ag的厚度为100nm，ti的厚度为100nm；所述第二绝缘层6为sio2，厚度为200nm；所述第一绝缘层7为sio2，厚度为800nm；所述反射保护层8为ti、pt、au的组合层结构，ti的厚度为200nm，pt的厚度为500nm，au的厚度为300nm；所述第一反射层9为ni、ag组合层结构，ni的厚度为0.7nm，ag的厚度为150nm；所述柱状n电极10为cr、al、pt、au组合层结构，cr的厚度为5nm，al的厚度为100nm，pt的厚度为200nm，au的厚度为200nm；所述钝化保护层12为sio2，厚度为400nm；
41.其中，p-gan层13、ingan/gan多量子阱层14、n-gan层15为本领域技术人员常规选择即可，本发明实施例不做特别限定。
42.上述垂直蓝光led芯片的制备方法包括以下步骤：
43.1)采用mocvd设备在外延衬底上依次生长缓冲层、n-gan层15、ingan/gan多量子阱层14和p-gan层13，形成led外延片；
44.将得到的led外延片先后放入含有丙酮和异丙酮的有机清洗槽中各清洗5min，然后放入去离子水清洗槽中超声清洗10min，接着放入酸清洗槽中，在spm(h2so4、h2o2和h2o的混合液)中超声清洗10min，再放入去离子水清洗槽中超声清洗10min。最后将led外延片放在旋干机中旋干，同时加入热n2吹干。
45.2)在led外延片表面制备光刻对位mark点及柱状n电极通道，刻蚀深度为1.2μm。
46.3)利用电子束蒸镀或溅射的方法，在led外延片表面沉积第一反射层9，之后进行
退火作业、光刻及湿法腐蚀。
47.4)利用光刻、电子束蒸镀或溅射方式在步骤三制备外延片表面制备反射保护层8。
48.5)在外延片表面沉积第一绝缘层7，通过光刻及湿法腐蚀制备柱状n电极10与n-gan层15接触孔；
49.6)在柱状n电极10的通道内制备柱状n电极10；
50.7)在步骤6)的外延片表面依次沉积第二绝缘层6和第二反射层5，通过光刻及湿法腐蚀制备n电极层4接触孔；
51.8)在led外延片表面利用电子束蒸镀的方法沉积n电极层4和第一金属键合层3；
52.9)选择一导电衬底1，在其表面沉积第二金属键合层2；
53.10)将第一金属键合层3和第二金属键合层2对准进行键合；
54.11)过研磨减薄、化学腐蚀以及采用电感耦合等离子刻蚀的方法去除所述外延衬底和缓冲层；
55.12)对步骤11)处理后的芯片表面进行粗糙化处理；粗化处理的方式为使用百分比浓度为7.5％，温度为80℃的koh水溶液处理；
56.13)高温磷酸湿法腐蚀出芯粒切割道及柱状p电极11，腐蚀至反射保护层8；
57.14)在步骤13)处理后的芯片表面沉积钝化保护层12，使用光刻的方法制作出电极图案，使用电子束蒸镀或者溅射的方法制作柱状p电极11，得到垂直蓝光led芯片。
58.对比例1
59.对比例1的结构与实施例1的区别在于，不包括第二反射层5、第二绝缘层6、柱状n电极10。如图2所示，对比例1的垂直蓝光led芯片从下至上包括导电衬底1、第二金属键合层2、第一金属键合层3、n电极层4、第一绝缘层7、反射保护层8、第一反射层9、p-gan层13、ingan/gan多量子阱层14、n-gan层15、钝化保护层12和柱状p电极11。
60.上述led芯片的制备方法包括以下步骤：
61.1)采用mocvd设备在外延衬底上依次生长缓冲层、n-gan层15、ingan/gan多量子阱层14和p-gan层13，形成led外延片；
62.将得到的led外延片先后放入含有丙酮和异丙酮的有机清洗槽中各清洗5min，然后放入去离子水清洗槽中超声清洗10min，接着放入酸清洗槽中，在spm(h2so4、h2o2和h2o的混合液)中超声清洗10min，再放入去离子水清洗槽中超声清洗10min。最后将led外延片放在旋干机中旋干，同时加入热n2吹干。
63.2)在led外延片表面作业光刻及icp刻蚀，在外延片表面制备得到光刻对位mark点。
64.3)利用电子束蒸镀或溅射的方法，在led外延片表面沉积第一反射层9，之后进行退火作业、光刻及湿法腐蚀制备图像化第一反射层9。
65.4)利用光刻、电子束蒸镀或溅射方式在步骤3)制备外延片表面制备反射保护层8。
66.5)外延片表面沉积第一绝缘层7，通过光刻及湿法腐蚀制备n电极层4与n-gan层15接触孔；
67.6)在led外延片表面利用电子束蒸镀的方法沉积n电极层4和第一金属键合层3；
68.7)选择一导电衬底1，在其表面沉积第二金属键合层2；
69.8)将第一金属键合层3和第二金属键合层2对准进行键合；
70.9)通过研磨减薄、化学腐蚀以及采用电感耦合等离子刻蚀的方法去除所述外延衬底和缓冲层；
71.10)对步骤9)处理后的芯片表面进行粗糙化处理；粗化处理的方式为使用百分比浓度为7.5％，温度为80℃的koh水溶液处理；
72.11)高温磷酸湿法腐蚀出芯粒切割道，腐蚀至反射保护层8；
73.12)在步骤11)处理后的芯片表面沉积钝化保护层12，使用光刻的方法制作出电极图案，使用电子束蒸镀或者溅射的方法制作柱状p电极11，得到垂直蓝光led芯片。
74.将实施例1与对比例1制备的芯片进行流片验证，多轮测试结果显示，与对比例1相比，实施例1的芯片出光效率提升约2％。具体实验数据如表1。
75.表1实施例1和对比例1的led芯片的光学数据
[0076] 发光面积mm2发光功率mw测试电流ma正向电压v发光效率实施例11.966243502.863.67％对比例11.966123502.862.45％
[0077]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。