本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种垂直led芯片结构及其制备方法。
背景技术：
相比于传统的gan基led正装结构，垂直结构具有散热好，能够承载大电流，发光强度高，耗电量小、寿命长等优点，被广泛应用于通用照明、景观照明、特种照明、汽车照明等领域，成为一代大功率gan基led极具潜力的解决方案，正受到业界越来越多的关注和研究。
垂直led芯片结构通过晶片键合或电镀法，结合激光剥离等工艺，将gan基外延结构从蓝宝石衬底转移到导热导电性能良好的金属或半导体键合衬底上，形成上下分布的电极结构，使得电流垂直流过整个器件。晶片键合、激光剥离后，利用电感耦合式等离子(icp)深刻蚀工艺将芯片切割道的gan刻蚀干净，同时形成台阶结构，而后用koh或naoh溶液对n-gan层表面进行粗化，并在n-gan层的粗化表面形成n电极。
然而，现有工艺中，利用电感耦合式等离子(icp)深刻蚀工艺将芯片切割道的gan刻蚀干净，同时形成台阶结构的过程中，由于位于切割道的gan被完全去除，容易刻蚀至金属键合层而溅起金属溅起物，又由于该方法刻蚀形成的台阶结构的侧壁与键合衬底的夹角较小，仅有35°～45°左右，金属溅起物容易沉积在台阶结构的侧壁上，从而使得台阶结构的侧壁容易形成漏电或esd(静电放电)击穿漏电。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种垂直led芯片结构及其制备方法，用于解决现有技术中由于垂直led芯片结构中台阶结构的侧壁容易沉积金属溅起物而导致的台阶结构的侧壁容易形成漏电或esd击穿漏电的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种垂直led芯片结构的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上依次生长uid-gan层、n-gan层、多量子阱层以及p-gan层；
2)在所述p-gan层上形成p电极；
3)提供键合衬底，将所述键合衬底与步骤2)得到的结构键合在一起，且所述p电极的表面与所述键合衬底的表面紧密贴合；
4)剥离所述蓝宝石衬底；
5)去除所述uid-gan层；
6)在对应于后续要形成台阶结构的区域的所述n-gan层表面形成掩膜层，依据所述掩膜层，采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan；
7)去除所述掩膜层，并采用湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan，同时形成台阶结构；
8)对所述n-gan层表面进行表面粗化，形成粗化微结构；
9)在表面粗化后的所述n-gan层表面制备n电极。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)中，包括以下步骤：
2-1)在所述p-gan层表面形成欧姆接触的ito透明导电膜；
2-2)在所述ito透明导电膜表面形成反射层，所述反射层包覆所述ito透明导电膜；
2-3)在所述反射层表面形成金属键合层，所述金属键合层包覆所述反射层。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤2-3)中，所述金属键合层的材料为惰性金属。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤3)中，所述键合衬底包括si衬底、w/cu衬底及mo/cu衬底中的一种。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤4)中，采用激光剥离工艺剥离所述蓝宝石衬底。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤5)中，采用icp刻蚀工艺去除所述uid-gan层，所述icp刻蚀法采用的刻蚀气体包括cl2及bcl3的一种或其混合气体。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤6)中，所述掩膜层为sio2掩膜层。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤7)中，形成的所述台阶结构的侧壁与键合衬底之间的夹角为50°～70°。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤7)中，湿法腐蚀工艺中采用的腐蚀溶液为h2so4与h3po4的混合溶液。
作为本发明的垂直led芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤8)采用湿法腐蚀工 艺对所述n-gan层表面进行表面粗化，使所述n-gan层表面形成金字塔形粗化微结构，所述湿法腐蚀工艺采用的腐蚀溶液包括koh及h3po4中的一种或其混合溶液。
本发明还提供一种垂直led芯片结构，所述垂直led芯片结构包括：键合衬底，依次层叠于所述键合衬底之上的p电极、p-gan层、多量子阱层、及n-gan层，以及位于所述n-gan层表面的n电极；所述p-gan层、所述多量子阱层及所述n-gan层形成台阶结构，所述台阶结构的侧壁与所述键合衬底之间的夹角为50°～70°；所述n-gan层表面形成有粗化微结构。
作为本发明的垂直led芯片结构的一种优选方案，所述键合衬底包括si衬底、w/cu衬底及mo/cu衬底中的一种。
作为本发明的垂直led芯片结构的一种优选方案，所述p电极包括ito透明导电膜、反射层及金属键合层，所述金属键合层位于所述键合衬底表面，所述反射层位于所述金属键合层表面，所述ito透明导电膜嵌入所述反射层内，且表面与p-gan层形成欧姆接触。
作为本发明的垂直led芯片结构的一种优选方案，所述金属键合层的材料为惰性金属。
作为本发明的垂直led芯片结构的一种优选方案，所述粗化微结构为金字塔形粗化微结构。
如上所述，本发明的垂直led芯片结构及其制备方法，具有以下有益效果：本发明首先依据掩膜层采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan，而后再采用湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan，并同时形成台阶结构，由于icp刻蚀过程中并未完全刻透位于切割道区域的gan，切割道区域不会有金属溅起物的产生，台阶结构的侧壁不会产生漏电或esd击穿漏电；同时，采用该制备方法制备的台阶结构的侧壁与键合衬底的夹角可以达到50°～70°，可以大大增加台阶结构的侧壁抗esd击穿的能力。
附图说明
图1显示为本发明实施例一中提供的垂直led芯片结构的制备方法的流程示意图。
图2至图11显示为本发明实施例一中提供的垂直led芯片结构的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。
元件标号说明
100蓝宝石衬底
101uid-gan层
102n-gan层
103多量子阱层
104p-gan层
105台阶结构
106p电极
1061ito透明导电膜
1062反射层
1063金属键合层
107键合衬底
108掩膜层
109粗化微结构
110n电极
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。
请参阅图2至图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
实施例一
请参阅图1，本发明提供一种垂直led芯片结构的制备方法，所述制备方法至少包括以下步骤：
1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上依次生长uid-gan层、n-gan层、多量子阱层以及p-gan层；
2)在所述p-gan层上形成p电极；
3)提供键合衬底，将所述键合衬底与步骤2)得到的结构键合在一起，且所述p电极的表面与所述键合衬底的表面紧密贴合；
4)剥离所述蓝宝石衬底；
5)去除所述uid-gan层；
6)在对应于后续要形成台阶结构的区域的所述n-gan层表面形成掩膜层，依据所述掩膜层，采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan；
7)去除所述掩膜层，并采用湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan，同时形成台阶结构；
8)对所述n-gan层表面进行表面粗化，形成粗化微结构；
9)在表面粗化后的所述n-gan层表面制备n电极。
在步骤1)中，请参阅图1中的s1步骤及图2至图3，提供蓝宝石衬底100，在所述蓝宝石衬底100上依次生长uid-gan层101、n-gan层102、多量子阱层103以及p-gan层104。
作为示例，采用化学气相沉积工艺制备所述uid-gan层101、n-gan层102、多量子阱层103以及p-gan层104，所述uid-gan层101作为所述n-gan层102的缓冲层，可以大大提高gan发光外延结构的生长质量，从而提高发光二极管的发光效率。
作为示例，在所述蓝宝石衬底100表面依次生长所述uid-gan层101、所述n-gan层102、所述多量子阱层103以及所述p-gan层104之前，还包括对所述蓝宝石衬底100进行清洗的步骤，以去除所述蓝宝石衬底100表面的杂质，如聚合物、灰尘等。
在步骤2)中，请参阅图1中的s2步骤及图4，在所述p-gan层104上形成p电极106。
作为示例，该步骤包括以下步骤：
2-1)在所述p-gan层104表面形成欧姆接触的ito透明导电膜1061作为欧姆接触层；具体的，在所述p-gan层104表面形成欧姆接触的ito透明导电膜1061的具体方法为：首先，采用蒸镀工艺在所述p-gan层104表面沉积一层ito层；其次，在所述ito层表面涂覆光刻胶层，采用光刻工艺图形化所述光刻胶层，以定义出所述ito透明导电膜1061的图形；然后，依据所述图形化的光刻胶层刻蚀所述ito层以形成所述ito透明导电膜1061；最后，去除所述光刻胶层；
2-2)在所述ito透明导电膜1061表面形成反射层1062，所述反射层1062包覆所述ito透明导电膜1061；具体的，采用蒸镀工艺在所述ito透明导电膜1061表面沉积所述反射层1062，所述反射层1062可以为但不仅限于ag反射层；
2-3)在所述反射层1062表面形成金属键合层1063；具体的，采用蒸镀工艺在所述反射层1062表面形成所述金属键合层1063，所述金属键合层1063为金属结构，所述金属键合层的材料可以为包括cr、pt的惰性金属。所述金属键合层1063的材料选择惰性金属，在后续湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan时，所述金属键合层1063不与热酸溶液反应或反应非常缓慢，可以作为湿法刻蚀的刻蚀停止面。
在步骤3)中，请参阅图1中的s3步骤及图5，提供键合衬底107，将所述键合衬底107与步骤2)得到的结构键合在一起，且所述p电极106的表面与所述键合衬底107的表面紧密贴合。
作为示例，所述键合衬底107包括si衬底、w/cu衬底及mo/cu衬底中的一种。在本实施例中，所述键合衬底107为w/cu衬底，由于w/cu衬底具有较高的导电及导热率，可以大大提高led芯片的散热效率。
作为示例，所述键合衬底107与步骤2)得到的结构键合在一起之后，所述金属键合层1063的表面与所述键合衬底107的表面紧密贴合。
在步骤4)中，请参阅图1中的s4步骤及图6，剥离所述蓝宝石衬底100。
作为示例，可以采用但不仅限于激光剥离工艺剥离所述蓝宝石衬底100。
在步骤5)中，请参阅图1中的s5步骤及图7，去除所述uid-gan层101。
作为示例，采用icp刻蚀法去除所述uid-gan层101，所述icp刻蚀法采用的刻蚀气体包括cl2及bcl3的一种或其混合气体。
在步骤6)中，请参阅图1中的s6步骤及图8，在对应于后续要形成台阶结构的区域的所述n-gan层102表面形成掩膜层108，依据所述掩膜层108，采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan。
作为示例，在对应于后续要形成台阶结构的区域的所述n-gan层102表面形成所述掩膜层108的具体方法为：首先，在所述n-gan层102表面沉积sio2层；其次，在所述sio2层表面涂覆光刻胶层；再次，采用光刻工艺图形化所述光刻胶层，以定义出所述掩膜层108的形状；然后，依据所述图形化的光刻胶层采用湿法刻蚀工艺刻蚀所述sio2层以形成所述掩膜层108；最后，去除所述光刻胶层。
作为示例，依据所述掩膜层108，采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan的具体方法为：首先，依据所述掩膜层108采用icp刻蚀工艺刻蚀去除部分位于切割道区域内的所述n-gan层102、所述多量子阱层103及所述p-gan层104，刻蚀过程中不刻穿所述n-gan层102、所述多量子阱层103及所述p-gan层104组成的gan层，优选地，刻蚀完成后，所述切割道区域内保留有部分所述p-gan层104；保留的位于所述切割道区域外的所述n-gan层102、所述多量子阱层103及所述p-gan层104共同构成所述台阶结构105的雏形结构。依据sio2层的所述掩膜层108采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan，该步骤形成的所述台阶结构105的雏形结构的侧壁与所述键合衬底107的夹角可以达到40°～45°。该步骤中，icp刻蚀过程中并未完全刻透位于切割道区域的gan，切割道区域不会有金属溅起物的产生，因而不会在所述台阶结构105的侧壁不会产生金属溅起物，所述台阶结 构105的侧壁不会发生漏电或esd击穿漏电。
在步骤7)中，请参阅图1中的s7步骤及图9，去除所述掩膜层108，并采用湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan，同时形成台阶结构105。
作为示例，采用热酸溶液刻蚀去除保留于切割道区域的gan，所述热酸溶液可以为加热至一定温度的h2so4与h3po4的混合溶液；可以根据不同的外延工艺调整h2so4与h3po4的混合溶液中h2so4与h3po4的配比及所述h2so4与h3po4的混合溶液的温度，以控制gan侧向腐蚀的速度。在一示例中，h2so4与h3po4的摩尔配比为3:1。湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan后，保留的所述n-gan层102、所述多量子阱层103及所述p-gan层104共同构成所述台阶结构105。最终形成的所述台阶结构105的侧壁与键合衬底107的夹角可以达到50°～70°，可以大大增加所述台阶结构105的侧壁抗esd击穿的能力。
在步骤8)中，请参阅图1中的s8步骤及图10，对所述n-gan层102表面进行表面粗化，形成粗化微结构109。
作为示例，采用湿法腐蚀工艺对所述n-gan层102表面进行表面粗化，使n-gan层102表面形成金字塔形粗化微结构109，所述湿法腐蚀工艺采用的腐蚀溶液包括koh及h3po4中的一种或其混合溶液。在本实施例中，所述湿法腐蚀工艺采用的腐蚀溶液为h3po4。
在步骤9)中，请参阅图1中的s9步骤及图11，在表面粗化后的所述n-gan层102表面制备n电极110。
作为示例，采用蒸镀法在所述n-gan层102表面制备所述n电极110，所述n电极110可以采用ni/au层、al/ti/pt/au层、ti/al/ni/au层、cr/al/ti/pt/au层或cr/pt/au层。
实施例二
请继续参阅图11，本实施例还提供一种垂直led芯片结构，所述垂直led芯片结构采用实施例一中所述的制备方法制备而得到，所述垂直led芯片结构包括：键合衬底107，依次层叠于所述键合衬底107之上的p电极106、p-gan层104、多量子阱层103、及n-gan层102，以及位于所述n-gan层102表面的n电极110；所述p-gan层104、所述多量子阱层103及所述n-gan层102形成台阶结构105，所述台阶结构105的侧壁与所述键合衬底107之间的夹角为50°～70°；所述n-gan层102表面形成有粗化微结构109。
作为示例，所述键合衬底107包括si衬底、w/cu衬底及mo/cu衬底中的一种。在本实施例中，所述键合衬底107为w/cu衬底，由于w/cu衬底具有较高的导电及导热率，可以大大提高led芯片的散热效率。
作为示例，所述p电极106包括ito透明导电膜1061、反射层1062及金属键合层1063，所述金属键合层1063位于所述键合衬底107表面，所述反射层1062位于所述金属键合层1063 表面，所述ito透明导电膜1061嵌入所述反射层1062内，且表面与p-gan层104形成欧姆接触。
作为示例，所述金属键合层107的材料可以为包括cr及pt的惰性金属。
作为示例，所述粗化微结构109可以为但不仅限于金字塔形粗化微结构。
作为示例，所述n电极110可以采用ni/au层、al/ti/pt/au层、ti/al/ni/au层、cr/al/ti/pt/au层或cr/pt/au层。
如上所述，本发明提供一种垂直led芯片结构及其制备方法，所述制备方法包括以下步骤：1)提供蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上依次生长uid-gan层、n-gan层、多量子阱层以及p-gan层；2)在所述p-gan层上形成p电极；3)提供键合衬底，将所述键合衬底与步骤2)得到的结构键合在一起，且所述p电极的表面与所述键合衬底的表面紧密贴合；4)剥离所述蓝宝石衬底；5)去除所述uid-gan层；6)在对应于后续要形成台阶结构的区域的所述n-gan层表面形成掩膜层，依据所述掩膜层，采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan；7)去除所述掩膜层，并采用湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan，同时形成台阶结构；8)对所述n-gan层表面进行表面粗化，形成粗化微结构；9)在表面粗化后的所述n-gan层表面制备n电极。本发明首先依据掩膜层采用icp刻蚀工艺去除部分位于切割道区域的gan，而后再采用湿法刻蚀工艺去除保留于切割道区域的gan，并同时形成台阶结构，由于icp刻蚀过程中并未完全刻透位于切割道区域的gan，切割道区域不会有金属溅起物的产生，台阶结构的侧壁不会产生漏电或esd击穿漏电；同时，采用该制备方法制备的台阶结构的侧壁与键合衬底的夹角可以达到50°～70°，可以大大增加台阶结构的侧壁抗esd击穿的能力。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。