一种衬底可重复利用的大功率发光二极管外延结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及发光二极管技术领域，特别是指一种衬底可重复利用的大功率发光二极管外延结构。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)具有低功耗、尺寸小和可靠性高等优点，作为主要光源得到较快发展，特别近年来发光二极管的利用领域迅速扩展，在发光二极管应用领域中，要求发光二极管的亮度提高，且成本较低。
[0003]现有技术中，采用倒置结构发光二极管的芯片制作工艺可以获得较高发光强度，但该结构的工艺制作成本高，目前降低倒置结构芯片的成本主要通过降低原材料价格和提高成品率等方法实现。降低原材料价格方法降低制作成本较有限，而原材料可重复利用的发光二极管制作方法，不仅可以降低成本，且较为环保。
[0004]现有技术中，由于现有的剥离技术剥离的速度较慢且剥离后保持外延发光结构的完整性的成功率较低，所以倒置结构发光二极管的衬底一般采用腐蚀或研磨去除，浪费了外延衬底且加重了制作过程对环境的污染。为解决所述问题，本案由此产生。
【实用新型内容】
[0005]本实用新型的目的在于提供一种衬底可重复利用的大功率发光二极管外延结构，以增加腐蚀剥离衬底的速度及提高剥离后保持外延发光结构完整性的成功率，降低剥离工艺而导致外延层破损问题，从而获得可以重复利用衬底，节约发光二极管的生产成本。
[0006]为达成上述目的，本实用新型的解决方案为:
[0007]一种衬底可重复利用的大功率发光二极管外延结构，包括外延衬底、衬底保护层、氧化剥离层、外延保护层、金属反射层及外延发光结构；在外延衬底与外延发光结构之间设置氧化剥离层，氧化剥离层与外延发光结构之间设置外延保护层，氧化剥离层与外延衬底之间设置衬底保护层；在外延发光结构上设置金属反射层，在金属反射层上设置基板。
[0008]进一步，氧化剥离层是由外延剥离层经氧化工艺后形成的；氧化剥离层的构成材料包括AlAs与氧化铝的混合物及其化合物。
[0009]进一步，氧化剥离层的厚度为30-100nmo
[0010]进一步，外延剥离层的构成材料包括AlAs。
[0011]进一步，外延剥离层的厚度为30-100nm。
[0012]进一步，外延保护层为由第一外延保护层与第二外延保护层构成的双层结构。
[0013]进一步，第一外延保护层的构成材料包括(AlxGah)a5Ina5P, Ο^Ξχ^Ξ I ;第二外延保护层的构成材料包括AlyGai_yAs，0.5ο
[0014]进一步，衬底保护层的构成材料包括(AlxGah)a5Ina5P, O彡χ彡0.5。
[0015]进一步，外延发光结构由第一型电流扩展层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及第二型电流扩展层构成；有源层一侧设置第一型电流扩展层，在第一型电流扩展层与有源层之间设置第一型限制层；有源层另一侧设置第二型电流扩展层，在第二型电流扩展层与有源层之间设置第二型限制层。
[0016]进一步，第一型电流扩展层、第一型限制层及第二型限制层的构成材料包括(AlxGa1J Q.5InQ.5P、AlyGa1^yAs, O彡x彡1，O彡y彡0.5 ;有源层的构成材料包括(AlxGa1Jο.5In0.5P,AlyGa1^yAs, O ^ x ^ I,O ^ y ^ 0.5 ;第二型电流扩展层的构成材料包括(AlxGah) 0.5In0.5P、AlyGa卜yAs、GaP, O x 1，0 y 0.5o
[0017]一种衬底可重复利用的大功率发光二极管外延结构制作方法，包括以下步骤:
[0018]一、在外延衬底表面由下自上依次形成缓冲层、衬底保护层、外延剥离层、外延保护层及外延发光结构。
[0019]二、对外延剥离层进行氧化形成氧化剥离层；通过使用石英管炉在通氮气保护，石英管在220-380 V的温度条件下，通入水蒸汽进入石英管，直至氧化形成氧化剥离层。
[0020]三，在外延发光结构的第二型电流扩展层上蒸镀金属反射层；将金属反射层与基板键合在一起。
[0021]四、将基板粘黏在腐蚀装置的托片平台，托片平台带旋转功能，采用强碱溶液在托盘旋转的条件下腐蚀氧化剥离层，直至外延发光结构与外延衬底剥离，得到可重复利用的外延衬底。由于衬底保护层和与氧化剥离层接触的外延保护层采用(AlxGa1Ja5Ina5P三五族化合物，所以不会被强碱腐蚀，有效保护外延衬底及外延发光结构。
[0022]进一步，托片平台的转动速度设置范围6转/分-120转/分；托盘的转速在初始设定范围70-120转/分，腐蚀过程托片平台的转动速度逐渐降低，至腐蚀后期托片平台的转动速度的设定范围20-6转/分，直至外延发光结构与外延衬底剥离。
[0023]进一步，外延发光结构由依次设置在外延保护层上的第一型电流扩展层、第一型限制层、有源层、第二型限制层及第二型电流扩展层构成，步骤三之后还包括:在外延衬底、基板背面形成保护胶；腐蚀氧化剥离层至外延发光结构与外延衬底剥离后，去除外延衬底、基板背面保护胶。
[0024]步骤四之后还包括:采用湿法腐蚀去除外延保护层；在第一型电流扩展层上表面设置第一电极，在基板的下表面设置第二电极，切割分裂成芯粒，得到发光二极管。
[0025]采用上述方案后，本实用新型通过在外延衬底与外延发光结构之间设置一层氧化剥离层。在制作衬底可重复利用的大功率发光二极管外延结构时，采用强碱腐蚀氧化剥离层，且使用托片平台旋转使得外延衬底产生对外延发光结构分离的离心力，加速剥离速度，解决外延衬底剥离速度慢的问题。采用先氧化再键合在基板上最后再剥离的刚性剥离工艺，解决了剥离过程容易导致局部的外延发光结构受破坏的问题，提高采用衬底剥离技术制造发光二极管的成品率。
[0026]外延剥离层的构成材料包括AlAs三五族化合物，且外延剥离层无任何导电型掺杂。采用AlAs三五族化合物可使后续氧化工艺相对材料设计方面达到最大氧化速率。氧化剥离层厚度范围采用30-100nm。厚度小于30nm在后续氧化工艺中氧化速度会下降；且后续腐蚀剥离工艺中腐蚀剥离速度也会下降。
[0027]外延保护层设置为第一外延保护层及第二外延保护层双层结构，第一外延保护层的构成材料包括(AlxGah)tl 5IndO ^ x ^ I ;第二外延保护层的构成材料包括AlyGa1^yAs, O^y^0.5?采用双层不同材料体系的设计，针对第一型电流扩展层、氧化剥离层的不同材料体系，简化后续制作工艺过程，通过采用湿法腐蚀较低成本。第二外延保护层采用Al组分低于50%的AlGaAs材料防止后续氧化工艺对AlGaAs材料的氧化。
【附图说明】
[0028]图1为本实用新型的外延结构示意图；
[0029]图2为本实用新型的金属反射层与硅基板键合后的结构示意图；
[0030]图3为本实用新型采用的腐蚀装置及腐蚀过程示意图；
[0031]图4为本实用新型的芯片结构示意图。
[0032]标号说明
[0033]外延衬底I外延剥离层2
[0034]氧化剥离层21
[0035]外延发光结构3第一型电流扩展层31
[0036]第一型限制层32有源层33
[0037]第二型限制层34第二型电流扩展层35
[0038]外延保护层4第一外延保护层41
[0039]第二外延保护层42 衬底保护层5
[0040]缓冲层6金属反射层7
[0041]硅基板8