一种垂直结构led芯片的制备工艺的制作方法
【技术领域】
:
[0001]本发明属于发光二极管技术领域，具体涉及一种垂直结构LED芯片的制备工艺。
【背景技术】
:
[0002]以铝铟镓氮材料(AlInGaN)体系为基础的可见光和紫外波段发光二极管(LightEmitting D1de，简称LED)自上世纪90年代实现高效蓝光发光技术起始，使得LED白光照明技术获得快速发展，产品的发光效率获得了持续提升，促使LED应用市场规模已突破数千亿元，同时近两年来随着AlGaN紫外波段器件的快速发展，使得其在UV固化、紫外线消毒杀菌、固体激光器等应用领域显现出良好的市场需求。
[0003]最常见的平面型LED是利用干法刻蚀将N型P型电极制作在芯片表面的同一侧，电流从沿水平方向流过LED的发光区，由于电子横向注入是从一个电极出发到另一个电极，导致途中电流密度分布不均匀，产生电流拥堵效应同时也造成了发光不均匀，且热分布也不均匀，容易造成器件快速老化失效，从而限制了单颗LED芯片的尺寸以及器件的发光。
[0004]随着LED照明应用的快速推广和普及，需要LED单芯片能够提供更高亮度、且具有高可靠性，采用垂直结构LED芯片技术能够满足以上技术发展趋势的要求，垂直结构芯片将LED的两个电极放在LED薄膜的两侧，电流垂直于薄膜表面流过器件，可以大幅度提升单芯片工作电流密度，同时彻底解决蓝宝石散热不佳的问题。在国际上主流的垂直结构LED芯片制造技术主要分为两类，一种是衬底转移技术，一种是导电衬底异质外延生长技术。前者通过激光剥离/高精度衬底减薄技术将蓝宝石衬底去除，并将外延层转移到其他导电导热性能良好的衬底上，后者直接利用外延方式在导电导热衬底上生长LED结构。对于导电衬底异质外延技术，一方面已由美国CREE和江西晶能两家公司进行了专利保护，其他公司很难获得突破，另一方面氮化硅衬底价格高昂，硅衬底材料脆性机械强度低，因此衬底转移技术是其他企业较容易开展的产品开发方向。
[0005]相比较水平结构LED芯片，由于垂直结构LED芯片需要完成衬底剥离和转移、单颗芯片的区域划分、电极图形加工，U-GaN氮化镓材料刻蚀区域定义、钝化保护层等，其光刻工艺次数一般不少于7次(如:芯片尺寸定义光刻、P面反光镜光刻、P面沟道保护层光刻、U-GaN刻蚀保护光刻、N电极电流阻挡层光刻、N电极光刻、钝化保护层光刻)，因此造成了垂直芯片工艺较水平芯片复杂、工艺良率相对较低以及制造成本相对偏高等问题，导致目前采用衬底转移技术进彳丁芯片制造的各豕企业广品良率均不尚(约40 %-60%之间)，广品的利润空间受到了限制。
【发明内容】
:
[0006]本发明的目的在于提供一种垂直结构LED芯片的制备工艺，该制备工艺仅采用三次光刻工艺，即可完成垂直结构LED芯片，大幅度降低了工艺复杂度和成本消耗，从而实现缩短工艺周期，降低成本目的，同时采用该工艺方法，可以有效提升工艺良率，降低产品漏电情况，为其规模化生产提供更好的解决方案。
[0007]为达到上述目的，本发明采用如下技术方案来实现的:
[0008]—种垂直结构LED芯片的制备工艺，包括以下步骤:
[0009]1)在键合衬底表面上制备第一键合金属层，同时在异质衬底上完成氮化镓体系外延层生长并对氮化镓体系外延层进行单位区域划分；
[0010]2)利用第一次光刻在氮化镓体系外延层的单位区域上依次制备反射镜、P面欧姆接触金属层和第二键合金属层；
[0011]3)将键合衬底表面上的第一键合金属层与异质衬底上的第二键合金属层键合在一起，然后利用衬底转移去除异质衬底；
[0012]4)在氮化镓体系外延层、反射镜、P面欧姆接触金属层和第二键合金属层的周向上制备得到湿法腐蚀保护层；
[0013]5)利用第二次光刻在氮化镓体系外延层上将有效工作区域之外的湿法腐蚀保护层暴露出来，然后利用湿法腐蚀方法分别将该处湿法腐蚀保护层和氮化镓体系外延层去除，并将残留湿法腐蚀保护层和光刻胶去除，获得氮化镓体系外延层有效工作区域；
[0014]6)在氮化镓体系外延层有效工作区域、反射镜、P面欧姆接触金属层和第二键合金属层的周向上制备得到钝化保护层；
[0015]7)利用第三次光刻在氮化镓体系外延层有效工作区域上暴露出N电极层区域，然后利用湿法腐蚀方法将该处钝化保护层去除，在N电极层区域制备N面电极层，得到垂直结构LED芯片。
[0016]本发明进一步的改进在于，步骤7)中还包括，对氮化镓体系外延层有效工作区域利用表面织构化工艺处理。
[0017]本发明进一步的改进在于，表面织构化工艺为化学试剂腐蚀进行腐蚀获取粗糙表面或者利用纳米压印和干法刻蚀在表面加工周期性纳米级尺寸孔洞方法。
[0018]本发明进一步的改进在于，键合衬底采用3丨、3丨(:)13丨、01、0^0或者01￥材料制成；第一键合金属层采用金、金锡、金铟或者钯铟材料通过溅射、电子束或热蒸发、电镀制成。
[0019]本发明进一步的改进在于，异质衬底采用蓝宝石、娃、碳化娃材料制成;氮化镓体系外延层采用GaN、AIN、InGaN、AlGaN或者A1 InGaN材料制成。
[0020]本发明进一步的改进在于，反射镜采用镍银、镍铝、镍金、镍铂、钛银、钛铝、钛金或钛铂材料制成;P面欧姆接触金属层采用钛铝、钛金、钛铂、镍铝、镍金或镍铂材料制成;键合金属层采用金、金锡、金铟或者钯铟材料制成。
[0021]本发明进一步的改进在于，湿法腐蚀保护层采用光刻胶、氧化硅、氮化硅或者氧化铟锡材料制成。
[0022]本发明进一步的改进在于，步骤3)中，采用热压键合或共晶键合将键合衬底表面上的第一键合金属层与异质衬底上的第二键合金属层键合在一起。
[0023]本发明进一步的改进在于，步骤3)中，衬底转移为CMP高精度化学机械研磨或LL0激光衬底剥离。
[0024]相对于现有技术，本发明仅采用在三道光刻工艺，即可完成垂直结构LED芯片的制备，本发明的优点是充分利用工艺优化设计思路，减少垂直芯片常规工艺步骤，可批量处理外延片，不仅降低了制造周期、工艺复杂度和成本制造成本，还通过无选择性化学腐蚀方式，将芯片非功能区域氮化镓材料彻底去除干净，大幅度了降低了 PN界面处非故意导通的可能性，提升产品和工艺良率，适合低成本大规模批量生产。本发明经试验证实，由于大大减少了光刻步骤及其辅助工艺，该方案较通用垂直结构芯片工艺制造周期可缩短20%以上，且在相同良率计算标准下，采用本发明技术方案制备的产品的良率较通用工艺提升至少 10% ο
【附图说明】
:
[0025]图1(a)是本发明异质衬底上外延层和保护层结构示意图、(b)是键合衬底及其表面金属键合层结构示意图、(c)是整片垂直结构芯片晶圆结构示意图。
[0026]图2是本发明氣化嫁晶圆和键合衬底键合后的结构不意图。
[0027]图3是具体实施例1中垂直结构LED芯片加工流程示意图。
[0028]图4为具体实施例2中垂直结构LED芯片结构示意图。
[0029]图中，11-异质衬底，12-氮化镓体系外延层，201-第一道保护层，202-反射镜，203-P面欧姆接触金属层，204-第一键合金属层，205-湿法腐蚀保护层，206-钝化保护层，207-N面电极层，301-键合衬底。<