专利名称：一种垂直led芯片的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及半导体光电芯片制造领域，尤其涉及一种垂直LED芯片。
背景技术：
近年来,对于大功率照明发光二极管(light-emitting diode,LED)的研究已经成为趋势，然而传统的同侧结构LED存在电流拥挤、电压过高和散热难等缺点，很难满足大功率的需求，而垂直LED不仅可以有效地解决大电流注入下的拥挤效应，还可以缓解大电流注入所引起的内量子效率降低，改善垂直LED的光电性能。因此，制备垂直LED芯片首先需要解决大功率垂直LED芯片散热的问题，即将垂直LED芯片发光产生的热量转移到导电导热性能好的基板上。目前，将垂直LED芯片发光产生的热量转移到基板上的垂直LED芯片的制作方法中主要有键合路线和电镀基板路线。 以通过键合路线制备垂直LED芯片的制作工艺为例进行详细分析参见图1，传统的红光产品多数采用这种转移技术，在衬底上沉积外延层，在外延层上由下至上依次制作P型接触层、反射镜层、金属层、第一键合层，然后将其与带有P电极和第二键合层的基板在一定温度和压力下压焊在一起，再剥离掉衬底，完成后续垂直LED芯片制作，所述外延层由下至上依次沉积N型层、发光区和P型层。此键合路线中通常以金-金(Au-Au)或者金-锡(Au-Sn)为材料制成的所述第一键合层和所述第二键合层成本较高，且所述外延层的应力难于调控，第一键合层和第二键合层在键合过程中对外延层和衬底的平整度要求较高，工艺窗口窄。以通过电镀基板路线制备垂直LED芯片制作工艺为例进行详细分析参见图2，在衬底上沉积外延层，在外延层上由下至上依次制作P型接触层、反射镜层、金属层，然后在金属层表面通过电镀方式沉积一层较厚的电镀基板，使其具有支撑能力，再剥离掉衬底，完成后续垂直LED芯片制作，所述外延层由下至上依次沉积N型层、发光区和P型层。该类型的垂直LED芯片一般采用单层或多层电镀金属形成电镀基板作为转移基板，在电镀过程中，应力较难调控。为了解决上述问题，有必要设计一种垂直LED芯片，能将其产生的热量经外延层转移至基板上而不增加外延层上的应力以及节约垂直LED芯片的制作成本。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种垂直LED芯片，以解决制作基板的过程中对外延层造成影响，缓解外延层的应力，以及避免大量使用贵金属制作基板，降低了垂直LED芯片制作成本。为解决上述问题，本实用新型提供了一种垂直LED芯片，至少包括外延层，以及所述外延层上由下至上依次形成的接触层、反射镜层、粘合层和喷涂基板；其中，所述外延层自下而上依次包含有N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，所述N型氮化镓层上制作有N电极，所述喷涂基板上制作有P电极。[0010]进一步的，所述粘合层为与喷涂基板有很好粘附性。优选的，所述粘合层为具有表面粗糙度为I. 5 μ mRa-20 μ mRa的粘合层。进一步的，所述喷涂基板或粘合层为使用铝硅合金、钨铜合金、钥铜合金、碳化硅、氧化锌、砷化镓中的一种或其它材料组成的喷涂基板或粘合层。进一步的，所述的喷涂基板或粘合层为使用铬、镍、钨、钥、钛、铜、金、钼、银、钽、铌、钒中的一种或几种组成的合金的喷涂基板或粘合层。优选的，所述喷涂基板为膨胀系数大于所述外延层的膨胀系数，且小于衬底的膨胀系数的喷涂基板。优选的，所述喷涂基板为厚度为80 μ m-500 μ m的喷涂基板。 由上述技术方案可见，与现有的分别通过键合路线和电镀基板路线制备垂直LED芯片的工艺相比，本实用新型公开的垂直LED芯片的制作方法由于能够借助喷涂基板选择的多样性，容易选择膨胀系数大于外延层膨胀系数、且小于衬底膨胀系数的导电喷涂基板，以缓解外延层的应力；其次，由于在反射镜阻挡层与喷涂基板之间还存在所述的粘合层，增加了所述粘合层和喷涂基板之间的附着力，且在所述粘合层形成过程中，其受热温度低，对外延层的影响也小；同时，由于喷涂方式避免了大量贵金属的使用，降低了垂直LED芯片制作成本。
图I是现有技术通过键合路线制备垂直LED芯片的过程示意图；图2是现有技术通过电镀路线制备垂直LED芯片的过程示意图；图3是本实用新型一种垂直LED芯片制作方法流程；图4A至图4H是本实用新型一种垂直LED芯片制作方法；图5是本实用新型一种垂直LED芯片结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式
做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。其次，本实用新型利用示意图进行详细描述，在详述本实用新型实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。参见图3，本实用新型所提供的一种垂直LED芯片制作方法流程为SlOO :提供一衬底，在所述衬底的表面上由下至上依次沉积包含有N型氮化层、发光层和P型氮化层的外延层；SlOl :在所述外延层表面上自下而上依次形成接触层、反射镜层；S102 :在反射镜层的表面上形成粘合层；[0029]S103 :米用嗔涂方式在所述粘合层上形成嗔涂基板；S104 :制成垂直LED芯片。下面以图3所示的方法流程为例，结合附图4A至4H，对一种垂直LED芯片的制作工艺进行详细描述。实施例一SlOO :提供一衬底，在所述衬底的表面上由下至上依次沉积包含有N型氮化层、发光层和P型氮化层的外延层；参见图4A，提供一衬底100，在所述衬底100上生长外延层108，所述衬底100为蓝宝石衬底，所述外延层108由下至上依次包含生长的N型氮化镓102、发光层104和P型氮 化镓106。SlOl :在所述外延层表面上自下而上依次形成接触层、反射镜层。参见图4B，在所述外延层108的表面上依次采用电子束蒸发沉积接触层110和反射镜层112，其中，所述接触层使用的材料为镍(Ni)，其厚度为Inm;所述反射镜层112使用的材料为银(Ag)，其厚度为300nm。当然，在所述反射镜层112上还可以沉积反射镜阻挡层113，用以更好的防止所述反射镜层112的扩散和电迁移。S102 :在反射镜层的表面上形成粘合层。首先，参见图4C，在反射镜层112的表面上可采用蒸发、溅射或者喷涂方式形成粘合层114。优选的，采用溅射方式形成粘合层114。其中，所述粘合层114可以使用铝硅合金、钨铜合金、钥铜合金、碳化硅、氧化锌、砷化镓中的一种或其它材料组成的材料，也可以使用铬、镍、钨、钥、钛、铜、金、钼、银、钽、铌、钒中的一种或几种组成的合金。本实施例中经过周期为五数目的沉积过程后，再沉积厚度为2μπι的铝(Al)形成粘合层114。其中，每周期分别沉积厚度为IOOnm的钛(Ti)和厚度为IOOnm的钛-钨(Ti-W)合金。其次，参见图4D，优选的，可以采用表面图形粗化或喷砂粗化使所述粘合层的表面粗化。优选的，采用表面图形粗化工艺，在所述粘合层的表面做光刻刻蚀出深度为2μπι的图形，使其表面具有较大的粗糙度，便于和后续工艺形成喷涂基板(图中未示)更牢固的结合，所述粘合层114的表面粗糙度在I. 5 μ mRa-20 μ mRa之间,优选的,所述粘合层的表面粗糙度为3ymRa。由此形成的粘合层可以为具有良好的导电导热性能的化合物或单质。若在所述反射镜阻挡层113表面上形成了与其具有良好粘附力的粘合层114，也可以不对粘合层114进行表面粗化处理，参见图4C，而直接进行接下来的步骤。接着，对所述粘合层114的表面进行清洁，其中，可以通过溶剂清洗法、蒸汽清洗法、碱洗法、热脱酯法、等离子体处理等化学或物理的方法对粘合层的表面进行清洁，优选的，采用等离子体处理所述粘合层的表面污迹。最后，对所述粘合层的表面进行预热，消除水分和湿气，提高所述粘合层与后续工艺形成的喷涂基板的结合强度。当然，还可以沉积既能与所述粘合层结合好，又能与后续工艺形成的喷涂基板很好结合的过渡层(图中未示)。S103 :米用嗔涂方式在所述粘合层上形成嗔涂基板。若所述粘合层114为表面粗化的粘合层，则参见图4E，如粘合层表面未进行表面粗化处理，则参见图4F，在所述粘合层114的表面上采用喷涂方式形成厚度为80 μ m-500 μ m的喷涂基板116，用以满足支撑要求。优选的，所述喷涂基板的厚度为100 μ m。所述的喷涂方式可以为热喷涂或冷喷涂，所述的热喷涂可以为火焰喷涂、电弧喷涂或等离子体喷涂。其中，所述喷涂基板116可以使用铝硅合金、钨铜合金、钥铜合金、碳化硅、氧化锌、砷化镓中一种或其它材料组成的材料，也可以使用铬、镍、钨、钥、钛、铜、金、钼、银、钽、铌、钒中的一种或几种组成的合金。本实例中通过等离子体喷涂钨-铜(W-Cu)合金形成喷涂基板116。所述的W-Cu合金的比例可以进行调整，如W占所述W-Cu合金质量百分比为80% -85%，优选的，W占所述W-Cu合金质量百分比为85%。由此形成的喷涂基板可以为具有良好的导电导热性能的化合物或单质。S104 :制成垂直LED芯片。若所述粘合层114为表面粗化的粘合层，则参见图4G，如粘合层表面未进行表面粗化处理，则参见图4H，形成所述喷涂基板后，对形成的所述喷涂基板116进行退火工艺， 再进行抛光工艺，使所述喷涂基板116的表面达到工艺要求后，一种方法为按照现有工艺剥离所述衬底100，独立化芯片，在所述N型氮化层102表面上制作N电极118，减薄抛光喷涂基板116到工艺要求，再在所述喷涂基板116的表面上制作P电极120，最后进行芯片切害I]，形成垂直LED芯片，如图5所示。另一种方法为先在所述喷涂基板116表面制作P电极120，剥离掉衬底100后，独立化芯片，再在所述N型氮化层102表面制作N电极118，最后进行芯片切割，形成垂直LED芯片。由于通过喷涂基板116将垂直LED芯片使用过程中产生的热量从外延层108转移至喷涂基板116上的制作工艺简单，不局限于垂直LED芯片的制作，同样可以运用于平面倒装结构的LED芯片的制作，以缓解外延层受到的应力，以及减少贵金属的使用，节约成本。实施例二SlOO :提供一衬底，在所述衬底的表面上由下至上依次沉积包含有N型氮化层、发光层和P型氮化层的外延层；参见实施例一中的步骤S100，在此不再——赘述。SlOl :在所述外延层表面上自下而上依次形成接触层、反射镜层。参见实施例一中的步骤SlOl，在此不再--赘述。S102 :在反射镜层的表面上形成粘合层。参见实施例一中的步骤S102，在此不再——赘述。其中，本步骤与实施例一中的步骤S102不同之处在在于先沉积厚度为50nm的钼(Pt)后，再沉积厚度为2μηι的招(Al)形成粘合层114。S103 :米用嗔涂方式在所述粘合层上形成嗔涂基板。参见实施例一中的步骤S103，在此不再--赘述。其中，本步骤与实施例一中的步骤S103不同之处在在于通过等离子体喷铝-硅(Al-Si)合金形成喷涂基板116。所述的Al-Si合金的比例可以进行调整，Al占所述Al-Si合金质量百分比为15% -25%，优选的，Al占所述Al-Si合金质量百分比为20%。S104 :制成垂直LED芯片。参见实施例一中的步骤S104，在此不再--赘述。[0064]实施例三SlOO :提供一衬底，在所述衬底的表面上由下至上依次沉积包含有N型氮化层、发光层和P型氮化层的外延层；参见实施例一中的步骤S100，在此不再--赘述。SlOl :在所述外延层表面上自下而上依次形成接触层、反射镜层。 参见实施例一中的步骤SlOl，在此不再--赘述。S102 :在反射镜层的表面上形成粘合层。参见实施例一中的步骤S102，在此不再--赘述。其中，本步骤与实施例一中的步骤S102不同之处在在于先经过周期为五数目的沉积过程后，再沉积厚度为2μπι的钛(Ti)形成粘合层114。其中，每周期分别沉积厚度为IOOnm的钛(Ti)和厚度为IOOnm的钛-钨(Ti-W)合金。S103 :采用喷涂方式在所述粘合层上形成喷涂基板。参见实施例一中的步骤S103，在此不再--赘述。S104 :制成垂直LED芯片。参见实施例一中的步骤S104，在此不再--赘述。实施例四SlOO :提供一衬底，在所述衬底的表面上由下至上依次沉积包含有N型氮化层、发光层和P型氮化层的外延层；参见实施例一中的步骤S100，在此不再--赘述。SlOl :在所述外延层表面上自下而上依次形成接触层、反射镜层。参见实施例一中的步骤SlOl，在此不再--赘述。S102 :在反射镜层的表面上形成粘合层。参见实施例一中的步骤S102，在此不再--赘述。其中，本步骤与实施例一中的步骤S102不同之处在在于先沉积厚度为50nm的钼(Pt)后，再沉积厚度为2μπι的钛(Ti)形成粘合层114。S103 :米用嗔涂方式在所述粘合层上形成嗔涂基板。参见实施例一中的步骤S103，在此不再--赘述。其中，本步骤与实施例一中的步骤S103不同之处在在于通过等离子体喷铝-硅(Al-Si)合金形成喷涂基板116。所述的Al-Si合金的比例可以进行调整，Al占所述Al-Si合金质量百分比为15% -25%，优选的，Al占所述Al-Si合金质量百分比为20%。S104 :制成垂直LED芯片。参见实施例一中的步骤S104，在此不再--赘述。相应的，本实用新型提出一种垂直LED芯片，该垂直LED芯片包括外延层108，以及所述外延层108上由下至上依次形成的接触层110、反射镜层112、粘合层114和喷涂基板116。其中，所述外延层108自下而上依次还包含有N型氮化镓层102、发光层104和P型氮化镓层106，所述N型氮化镓层102上制作有N电极118，所述喷涂基板上制作有P电极120。若需要防止所述反射镜层中的银扩散和电迁移，还可以在所述反射镜层112上制作有反射镜阻挡层113之后，形成所述粘合层114，如图5所示。[0091]与现有技术相比，本实用新型提供的垂直LED芯片的制作方法，由于制作喷涂基板116的材料选择多样性，容易选择膨胀系数大于所述外延层108的膨胀系数，且小于所述衬底100的膨胀系数的材料制作所述喷涂基板116，从而可以使后续工艺制备的垂直LED芯片在使用过程中的热量转移至所述的喷涂基板116上，以缓解所述外延层108上的应力。此夕卜，由于所述粘合层114的存在，也增加了所述粘合层和喷涂基板之间的附着力，且在所述粘合层形成过程中，其受热温度低，一般温度不超过200°C，对外延层的影响也小。另外，由于喷涂方式避免了大量贵金属的使用，降低了垂直LED芯片制作成本。本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定权利要求，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本实用新型的保护范围应当以本实用新型权利要求所界定的范围为准。·
权利要求1.一种垂直LED芯片，其特征在于，至少包括 外延层，以及所述外延层上由下至上依次形成的接触层、反射镜层、粘合层和喷涂基板；其中，所述外延层自下而上依次包含有N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，所述N型氮化镓层上制作有N电极，所述喷涂基板上制作有P电极。
2.根据权利要求I所述的垂直LED芯片，其特征在于所述粘合层与喷涂基板有很好粘附性。
3.根据权利要求I所述的垂直LED芯片，其特征在于所述粘合层为具有表面粗糙度为I. 5 μ mRa-20 μ mRa的粘合层。
4.根据权利要求2所述的垂直LED芯片，其特征在于所述喷涂基板或粘合层为使用铝硅合金、钨铜合金、钥铜合金、碳化硅、氧化锌、砷化镓中的一种或其它材料组成的喷涂基 板或粘合层。
5.根据权利要求2所述的垂直LED芯片，其特征在于所述喷涂基板或粘合层为使用铬、镍、钨、钥、钛、铜、金、钼、银、钽、铌、钒中的一种或几种组成的合金的喷涂基板或粘合层。
6.根据权利要求1、2、4或5中任一项所述的垂直LED芯片，其特征在于所述喷涂基板为膨胀系数大于所述外延层的膨胀系数，且小于衬底的膨胀系数的喷涂基板。
7.根据权利要求I的垂直LED芯片，其特征在于所述喷涂基板为厚度为80 μ m-500 μ m的喷涂基板。
专利摘要本实用新型提出一种垂直LED芯片，至少包括外延层，以及所述外延层上由下至上依次形成的接触层、反射镜层、粘合层和喷涂基板；其中，所述外延层自下而上依次包含有N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓层，所述N型氮化镓层上制作有N电极，所述喷涂基板上制作有P电极。本实用新型提供的垂直LED芯片，可以解决制作基板的过程中对外延层造成影响，缓解外延层受到的应力，以及避免大量使用贵金属，降低了垂直LED芯片制作成本。
文档编号H01L33/12GK202601711SQ20122016210
公开日2012年12月12日 申请日期2012年4月13日 优先权日2012年4月13日
发明者封飞飞, 张昊翔, 万远涛, 金豫浙, 高耀辉, 李东昇, 江忠永 申请人:杭州士兰明芯科技有限公司