一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法与流程

文档序号:12275263阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,以带有低应力缓冲层的衬底作为生长基础,然后,在平整的u-GaN表面依次进行外延生长,制备得到蓝光LED外延片;最后将蓝光LED外延片制成垂直结构LED,主要包括以下环节:在LED外延片表面沉积形成反射镜,并制出金属电极图形,利用高温金属键合工艺将金属电极图形表面键合在金属基板上,并利用激光剥离技术剥离衬底;在u-GaN表面制出另一极金属电极图形。

2.根据权利要求1所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于:将蓝光LED外延片制成垂直结构LED,包括以下步骤:

2.1)蓝光LED外延片的P-GaN表面清洗后,对衬底进行研磨抛光,在P-GaN表面进行涂胶及激光划片,再去除P-GaN表面的氧化层,用去离子水PM清洗干净,氮气吹干;

2.2)在P-GaN表面进行PM蒸镀反射镜电极,然后用光刻胶作P电极掩膜,进行PM腐蚀和去胶,然后用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成兼作欧姆接触层和反射镜的金属层,再用去胶剂剥离光刻胶以形成P型金属电极图形,然后进行快速退火,退火温度为350~450℃;

2.3)利用高温金属键合工艺,在N2环境下加压将P-GaN面键合在硅或铜或钨铜合金基板上;

2.4)利用激光剥离技术剥离衬底,剥离后进行清洗;

2.5)先对u-GaN进行刻蚀处理,对u-GaN面采用酸碱进行粗化处理,然后对u-GaN表面处理,先采用光刻胶沉积二氧化硅掩膜作N电极,然后进行划片槽光刻,经过曝光后对划片槽蚀刻,去胶去二氧化硅后再进行二氧化硅沉积,然后进行电极光刻,曝光后蚀刻二氧化硅;

2.6)再用电子束蒸发台带胶蒸发沉积形成N型电极金属,再用去胶剂剥离光刻胶以形成N型金属电极图形,最终得到垂直结构的LED。

3.根据权利要求2所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,2.3)中,在蓝光LED外延片的P-GaN表面、硅或铜或钨铜合金基板表面分别蒸镀一层1~2um的键合金属,然后将预键合的样品放入晶圆键合机中,在N2保护下按照设定的温度及压力参数进行键合。

4.根据权利要求3所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,在晶圆键合机中键合温度为200~800℃,键合压力为300N,时间为1h。

5.根据权利要求4所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述键合过程中一边清洗衬底,一边对所述紫光LED芯片进行POD蒸度,然后将衬底和芯片外延层键合。

6.根据权利要求2所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述刻蚀具体为采用电感耦合等离子体蚀刻u-GaN外延片表面,ICP的功率为400~700W,反应压力为500~800Pa,反应气体为50sccm的Cl2和50sccm的氧气,刻蚀时间为3200s,刻蚀后的u-GaN表面的粗糙度RMS为0.15~0.18nm,再进行粗化处理。

7.根据权利要求6所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述粗化具体为:

3.1)将u-GaN外延片清洗:依次放入丙酮超声清洗2~5分钟、酒精超声清洗2~3分钟,去离子水中进行超声清洗2~3分钟;

3.2)将u-GaN外延片加热到200~260℃,后将加热到熔融状态的KOH均匀涂抹在GaN外延片表面,将加热使温度稳定在250℃,持续腐蚀8~10分钟;

3.3)关闭加热,自然冷却到室温后再用去离子水清洗GaN外延片表面的KOH。

8.根据权利要求2所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述激光剥离技术具体为:采用波长248nm、光斑尺寸为2mm×2mm的正方形光斑、能量密度为500mJ/cm2的KrF准分子激光器的激光作辐照光源,从蓝宝石一侧扫描整个样品,移动速度为1.55mm/s,激光扫描完样品后,蓝宝石衬底脱落,用1:1的HCI浸泡样品,除去GaN上的金属Ga。

9.根据权利要求1所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述蓝光LED外延结片的制备包括以下步骤:

1.1)在1070~1090℃温度下、压力为150torr下通N2烘烤10~30min,氮化蓝宝石、SiC或Si衬底;

1.2)将步骤1氮化后的蓝宝石、SiC或Si衬底降温至515~535℃、压力为800torr,然后在衬底上生长厚度为0.8~1.2μm的低应力缓冲层,随后升温至1030~1050℃、压力为400torr使低应力缓冲层重新结晶,再生长0.8~1μm的N型粗化层;

1.3)升温至1070~1090℃、压力为200torr先生长轻Si掺杂的N型电极层,厚度为0.8~1μm,再生长重Si掺杂的N型GaN层,厚度为1.8~2.5μm;

1.4)在N型GaN层的基础上生长n-GaN电子扩散层,厚度为80~120nm,所述n-GaN电子扩散层上再生长应力释放层,厚度为100nm;

1.5)在阱的生长温度740~760℃,垒的生长温度为820~840℃、压力为200torr下先生长10~15个周期厚度为80~100nm的In轻掺杂的InGaN/GaN超晶格,再生长8个周期厚度为100~150nm的In重掺杂的InGaN/GaN;

1.6)升温至960~980℃,压力为150torr生长PAlGaN电子阻挡层,厚度为20~50nm;降温至920~940℃,压力为150torr生长Mg掺杂的P型GaN层,厚度为100~150nm,所述P型GaN层包括空穴扩散层和空穴注入层,所述空穴扩散层厚度为30~50nm,所述空穴注入层厚度为50~100nm;生长高Mg掺杂的P型GaN电极层,厚度为10~20nm,;

1.7)生长CTL层,厚度为10~30nm,然后降温至700~730℃进行退火60~120min,之后随炉冷却。

10.根据权利要求9所述的一种垂直结构蓝光LED芯片的制备方法,其特征在于,所述1.5)具体为:先生长10~15个周期厚度为80~100nm的In轻掺杂的InGaN/GaN超晶格,具体为:先生长30~40nm的GaN-cap层,再生长5~10nm的barrierGaN层,最后生长1.5~2nm的InGaN阱层;

再生长8个周期厚度为100~150nm的In重掺杂的InGaN/GaN,具体为:先生长10~15nm的barrierGaN层,再生长2~5nm的InGaN阱层,最后生长30~40nm的GaN-cap层。

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