一种具有应力调制层的氮化镓基led薄膜芯片及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片及其制备方法，它是在P面欧姆接触金属层和黏结层之间设置有应力调制层，所述应力调制层为Pt和Cr两种金属交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构，即Cr/Pt/Cr/、Pt/Cr/Pt结构，Pt金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变薄，该应力调制层能有效调节氮化镓基薄膜和硅基板之间由于热膨胀系数的巨大差异而引入的应力。本发明具有释放调节氮化镓基LED薄膜与硅基板之间的应力，提高器件的光电性能和可靠性的优点。
【专利说明】一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体照明【技术领域】，尤其是涉及一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]近几年来，氮化镓基LED芯片技术突飞猛进。传统的蓝宝石衬底，由于其结构在芯片的散热和取光效率方面受到了很大限制。薄膜芯片技术(Thinfilm)、结合键合技术(wafer-bonding)和激光剥离(LLO)技术,即利用衬底转移技术将发光层倒装在娃基板上，可以有效地解决芯片的散热问题和提闻取光效率，目如该技术已成为生广超売LED芯片的关键技术。
[0003]对于薄膜芯片技术，发光层与硅基板的热失配是影响其芯片可靠性的重要因素之一。所述发光层即氮化镓基LED薄膜，其热膨胀系数在5.6左右，硅基板的热膨胀系数约为
2.4，两者的热膨胀系数差异太大，如果不进行有效的应力调节，则会导致在芯片升降温过程中，发光层开裂甚至剥落，严重影响芯片的可靠性和光电性能。
[0004]
【发明内容】
:
本发明的第一个目的在于提供一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片及其制备方法，该发明可有效地调节氮化镓基LED薄膜与硅基板之间的应力，提高器件的光电性能和可靠性。
[0005]本发明的第二个目的在于提供一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片的制备方法。
[0006]本发明的第一个目的是这样实现的:
一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片，包括氮化镓基LED薄膜、P面欧姆接触金属层、黏结层和硅基板，特征是:在P面欧姆接触金属层和黏结层之间设置有应力调制层，所述应力调制层为Pt和Cr两种金属交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构，即Cr/Pt/Cr/、、、Pt/Cr /Pt结构，Pt金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变薄。
[0007]进一步地，所述应力调制层的总厚度为0.1um?5um。
[0008]进一步地,所述Pt金属单层的厚度在IOnm?50nm。
[0009]进一步地,所述Cr金属单层的厚度不小于IOnm?50nm。
[0010]本发明的第二个目的是这样实现的:
一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片的制备方法，特征是:包括以下步骤:
A、在生长衬底上形成氮化镓基LED薄膜；
B、在氮化镓基LED薄膜上形成P面欧姆接触金属层；
C、在P面欧姆接触金属层上形成Cr金属单层，然后在Cr金属单层上形成Pt金属单层，得到一组Cr/Pt金属叠层； D、重复步骤C得到多个周期的厚度渐变的Cr/Pt/Cr/、、、Pt/Cr/Pt叠层结构，即应力调制层；其中Pt金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变薄；
E、在应力调制层的表面上形成黏结层，并与硅基板粘结在一起；
F、去除生长衬底，并制备表面粗化层、钝化层以及电极，得到成品。
[0011]进一步地，所述生长衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或氮化硅衬底中的一种。
[0012]本发明是通过在氮化镓基LED薄膜和硅基板之间(即在P面欧姆接触金属层和黏结层中间)形成应力调制层，来调节氮化镓基薄膜和硅基板之间由于热膨胀系数的巨大差异而引入的应力。所述应力调制层为Pt和Cr两种金属交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构。Pt金属的热膨胀系数较小，Cr金属的热膨胀系数比较接近GaN的热膨胀系数。因此，Pt/Cr金属叠层的热膨胀系数可随着Pt与Cr厚度的不同在Cr金属的热膨胀系数与Pt金属的热膨胀系数之间变化，从而可以通过合理设计所述应力调制层中各单层厚度，使整个应力调制层的热膨胀系数在Cr金属的热膨胀系数与Pt金属的热膨胀系数之间逐渐变化，即对应力调制层的热膨胀系数进行调制，这样就可在氮化镓基LED薄膜和硅基板之间形成了热膨胀系数渐变的应力调制层，起到调节氮化镓基LED薄膜和硅基板热失配的效果。
[0013]所述应力调制层的各金属单层的厚度在IOnm?50nm之间，这是由于如果各单层厚度太薄或太厚，难以起到调制热膨胀系数的作用，且如果各单层厚度太厚，特别是对于Cr这种硬度和脆性都比较大的材料，单层内的残余应力比较大，不能有效释放氮化镓基LED薄膜和硅基板之间的应力，这也是本发明的应力调制层不采用单层金属，而采用Pt和Cr两种金属交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构的原因。
[0014]所述应力调制层的总厚度为0.1um?5um。如果其总厚度太小,对应力的释放效果不明显，其总厚度太大，会造成贵金属的大量浪费，提高芯片的制造成本。
[0015]因此，本发明具有释放调节氮化镓基LED薄膜与硅基板之间的应力，以提高器件的光电性能和可靠性的优点。
[0016]【专利附图】
【附图说明】:
图1是本发明的结构图，其中:100-氮化镓基LED薄膜，200-P面欧姆接触金属层，300-应力调制层，301-Pt金属单层，302-Cr金属单层，400-黏结层，501-硅基板，502-硅基板保护层，600-表面粗化层，601-钝化层，602-电极。
[0017]【具体实施方式】:
下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
[0018]本发明提供一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片以及制备方法，通过在氮化镓基LED薄膜和硅基板之间形成所述应力调制层来调节氮化镓基薄膜和硅基板由于热膨胀系数的巨大差异引入的应力。
[0019]如附图1所示的一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片的结构图，包括硅基板501，硅基板保护层502、黏结层400、应力调制层300、P面欧姆接触金属层200、氮化镓基LED薄膜100、表面粗化层600、钝化层601和电极602。其特征在于；应力调制层300由Pt金属单层301和Cr金属单层302交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构，即Cr/Pt/Cr/、、、Pt/Cr /Pt结构，其中Pt金属单层301与黏结层400相接，Cr金属单层302与P面欧姆接触金属层200相接，且Pt金属单层301随着与P面欧姆接触金属层200间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层302随着与P面欧姆接触金属层200间距的增大而逐渐变薄。
[0020]具有上述结构的氮化镓基LED薄膜芯片的制备方法，包括以下步骤:
第一步，在生长衬底上形成氮化镓基LED薄膜100 ；
第二步，在所述氮化镓基LED薄膜100上形成P面欧姆接触金属层200 ；
第三步，在所述P面欧姆接触金属层200上形成应力调制层300，所述应力调制层为由Pt金属单层301和Cr金属单层302交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构，即Cr/Pt/Cr/、、、Pt/Cr /Pt结构。Pt金属单层301随着与P面欧姆接触金属层200间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层302随着与P面欧姆接触金属层200间距的增大而逐渐变薄；
第四步，在应力调制层300之上形成黏结层400，并与硅基板500的正面粘合在一起；其中娃基板的背面形成有娃基板保护层502 ；
第五步，去掉所述生长衬底，并完成芯片表面粗化层600、钝化层601以及电极602的制备，得到成品。
[0021]上述氮化镓基LED制作在氮化镓基LED薄膜100和硅基板500之间形成了热膨胀系数渐变的应力调制层300，有效释放了氮化镓基LED薄膜100和硅基板500之间由于热膨胀系数的巨大差异引入的应力。
【权利要求】
1.一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片，包括氮化镓基LED薄膜、P面欧姆接触金属层、黏结层和硅基板，其特征在于:在P面欧姆接触金属层和黏结层之间设置有应力调制层，所述应力调制层为Pt和Cr两种金属交替堆叠形成的多个周期的厚度渐变的叠层结构，即 Cr/Pt/Cr/、、、Pt/Cr /Pt 结构。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基LED薄膜芯片，其特征在于:Pt金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变薄。
3.根据权利要求1所述的氮化镓基LED薄膜芯片，其特征在于:所述应力调制层的总厚度为0.1um?5um。
4.根据权利要求1所述的氮化镓基LED薄膜芯片，其特征在于:所述Pt金属单层的厚度在IOnm?50nm。
5.根据权利要求1所述的氮化镓基LED薄膜芯片，其特征在于:所述Cr金属单层的厚度不小于IOnm?50nm。
6.一种具有应力调制层的氮化镓基LED薄膜芯片的制备方法，其特征在于:包括以下步骤: A、在生长衬底上形成氮化镓基LED薄膜； B、在氮化镓基LED薄膜上形成P面欧姆接触金属层； C、在P面欧姆接触金属层上形成Cr金属单层，然后在Cr金属单层上形成Pt金属单层，得到一组Cr/Pt金属叠层； D、重复步骤C得到多个周期的厚度渐变的Cr/Pt/Cr/、、、Pt/Cr/Pt叠层结构，即应力调制层；其中Pt金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变厚，而Cr金属单层随着与P面欧姆接触金属层间距的增大而逐渐变薄； E、在应力调制层的表面上形成黏结层，并与硅基板粘结在一起； F、去除生长衬底，并制备表面粗化层、钝化层以及电极，得到成品。
7.根据权利要求6所述的氮化镓基LED薄膜芯片的制备方法，其特征在于:所述生长衬底为蓝宝石衬底、硅衬底或氮化硅衬底中的一种。
【文档编号】H01L33/00GK103618035SQ201310563263
【公开日】2014年3月5日 申请日期:2013年11月14日 优先权日:2013年11月14日
【发明者】刘军林, 王光绪, 江风益 申请人:南昌黄绿照明有限公司, 南昌大学