一种发光二极管芯片及其制备方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，更具体地，涉及一种发光二极管芯片及其制备方法。

背景技术：

发光二极管(lightemittingdiode，简称led)的发光原理是利用电子在n型半导体与p型半导体间移动的能量差，以光的形式释放能量。以其良好的显色能力，已被广泛应用在诸如显示指示、交通标志、城市亮化等公共领域。同时，作为优良的半导体照明光源，led兼具能耗低、寿命长、免维护、环保等诸多优点。可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明等领域。

传统转移基板的四元系磷化铝镓铟发光二极管(algainpled)芯片的外延片是很多层的组合，由于层与层之间存在晶格差异，就会产生应力，使得发光二极管芯片存在挖电极、掉电极的问题，增加了产品可靠性风险和客户维护成本。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种发光二极管芯片及其制备方法，防止在焊线过程中出现挖电极，掉电极的问题。

根据本发明的第一方面，提供一种发光二极管芯片，包括：

转移基板和依次层叠在所述转移基板上的粘合层，介质膜层，p型欧姆接触层，p型电流扩展层，p型限制层，有源层，n型限制层，n型粗化层，n型欧姆接触层；以及，

上电极，位于所述n型欧姆接触层上；

下电极，位于所述转移基板下；

其中，所述n型粗化层与所述n型限制层之间还设置有应力渐变层，所述应力渐变层中铝元素的组分小于所述n型粗化层中铝元素的组分。

优选地，

所述n型粗化层的材质为铝镓铟磷化合物(alxga(1-x))0.5in0.5p；

所述n型限制层的材质为铝铟磷化合物alinp；

所述应力渐变层的材质为铝镓铟磷化合物(alyga(1-y))0.5in0.5p。

优选地，所述n型粗化层包括组分满足0.4<x<0.9的铝。

优选地，所述应力渐变层包括组分满足0.4<y<x的铝。

优选地，其中，所述上电极半径大于30微米。

优选地，所述上电极包括多层金属层。

优选地，所述上电极包括依次堆叠设置的第一金层、金锗镍合金层、第二金层、铂层以及铝层，所述第一金层与所述n型欧姆接触层接触。

优选地，所述发光二极管芯片为磷化铝镓铟发光二极管芯片。

根据本发明的另一方面，提供一种发光二极管芯片的制备方法，其中，包括：

提供基板和转移基板；

在基板上依次形成腐蚀停止层、n型欧姆接触层、n型粗化层、n型限制层、有源层、p型限制层、p型电流扩展层、p型欧姆接触层；

其中，在形成n型限制层之前，还在n型粗化层之上形成应力渐变层。

优选地，所述n型粗化层的材质铝镓铟磷化合物为(alxga(1-x))0.5in0.5p，铝的组分满足0.4<x<0.9，并用硅离子或碲离子掺杂；

所述n型限制层的材质铝铟磷化合物为alinp；

所述应力渐变层的材质为铝镓铟磷化合物(alyga(1-y))0.5in0.5p，铝的组分满足0.4<y<x。

优选地，还包括：

在所述p型欧姆接触层上依次形成介质膜层以及第一金属层，并依次对所述介质膜层和所述第一金属层进行退火；

在转移基板上形成第二金属层；

将所述介质膜层上的所述第一金属层与所述转移基板上的第二金属层键合，形成粘合层；

去除所述基板和所述腐蚀停止层暴露出所述n型欧姆接触层，在所述n型欧姆接触层上制作上电极并对上电极进行退火；

在所述转移基板下制作下电极并对所述下电极进行退火。

优选地，制作所述上电极包括：

在所述n型欧姆接触层涂覆正性光刻胶，曝光5～15秒，显影1分钟吹干，100摄氏度烘烤30分钟，用磷酸和过氧化氢以容积比为1:30的混合溶液腐蚀所述n型欧姆接触层的部分区域，暴露出所述n型粗化层的部分区域，用去胶液去掉光刻胶，在所述n型粗化层的部分区域与所述n型欧姆接触层表面再涂覆负性光刻胶，曝光5～15秒，120度烘烤30分钟，显影1分钟并清洗吹干，利用电子束蒸发或离子溅射的方式制作上电极。

优选地，对所述上电极采用管式炉或者快速退火炉进行退火，退火温度在290～330摄氏度之间。

优选地，所述上电极半径大于30微米。

优选地，所述基板利用氢氧化铵和过氧化氢以容积比为1：5的混合溶液去除。

优选地，所述腐蚀停止层利用盐酸与磷酸的混合溶液去除。

优选地，对所述转移基板进行处理包括：利用砂轮或者大盘研磨设备进行处理或利用化学溶液进行腐蚀处理，使所述转移基板厚度减至100～200微米。

优选地，在所述p型欧姆接触层上依次形成介质膜层以及第一金属层包括：用有机或者酸碱溶液依次清洗所述p型欧姆接触层和形成的所述介质膜层。

优选地，对所述介质膜层和所述第一金属层采用管式炉进行退火，退火温度在400～480摄氏度之间。

优选地，对所述下电极采用管式炉或者快速退火炉进行退火，退火温度在180～250摄氏度之间。

优选地，形成所述n型粗化层的步骤还包括：

第一步，在n型粗化层表面涂覆光刻胶，曝光5～15秒，120摄氏度烘烤30分钟，显影1分钟并清洗吹干，利用干蚀刻设备进行切割道蚀刻，蚀刻深度3～9微米，浸入去胶液去除光刻胶；

在完成所述第一步之后，在n型粗化层表面涂覆正性光刻胶，曝光5～15秒，120摄氏度烘烤30分钟，显影1分钟并清洗吹干，浸入粗化液，粗化表面，浸入去胶液去除所述正性光刻胶，利用气相沉积法在切割道侧壁做钝化层。

根据本发明实施例的发光二极管芯片及其制备方法，在n型粗化层与n型限制层之间设置有应力渐变层，应力渐变层中铝元素的组分小于所述n型粗化层中铝元素的组分，实现了n型粗化层到n型限制层材质的渐变，降低外延片中晶格失配程度以降低应力。解决了在焊线过程中出现挖电极，掉电极的问题，提高了芯片的可靠性。

同时，上电极的半径大于30微米，供电面积充足，亮度高，降低了焊线过程中的压强，降低出现挖电极的可能性。

再者，上电极的包括堆叠设置的第一金层、金锗镍合金层、第二金层、铂层以及铝层，其中，所述第一金层与所述n型欧姆接触层接触，导电性能优异，与上述特征结合，进一步地提高了本发明的发光二极管芯片的发光性能。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：

图1示出传统的发光二极管芯片结构示意图。

图2示出本发明实施例的发光二极管芯片结构示意图。

图3示出本发明实施例的发光二极管芯片的制备方法流程图。

图4a至4f示出本发明实施例的发光二极管芯片制备过程的结构示意图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。

在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、物品或者设备所固有的要素。

图1示出传统的垂直型发光二极管芯片结构示意图。如图1所示，传统的垂直型发光二极管芯片结构包括：转移基板111和依次层叠在转移基板111上的粘合层110、介质膜层109、p型欧姆接触层108、p型电流扩展层107、p型限制层106，有源层105、n型限制层104、n型粗化层103、n型欧姆接触层102，以及，位于n型欧姆接触102上的上电极101、位于转移基板111下的下电极112。

转移基板111可以为硅基板，也可以为其他基板(如碳化硅，氧化锌等)，粘合层110比如为au材质，介质膜层109的材质比如为二氧化硅或氟化镁；p型欧姆接触层108材质比如为为gap；p型电流扩展层107材质比如为gap；p型限制层106材质比如为alinp；n型限制层104材质比如为alinp；n型粗化层103材质为(alxga(1-x))0.5in0.5p)，并用硅离子或碲离子掺杂其中，铝的组分满足0.4<x<0.9；n型欧姆接触层102材质比如为gaas。

上电极101包括：依次层叠在n型欧姆接触层102上的金层11，金锗镍合金层12，金层13，铂层14以及铝层15。

可选地，上电极中的金锗镍合金层12也可以由金锗合金材质构成；铂层14也可以由钛金属材质构成；铝层15也可以由金材质构成。

其中，p型欧姆接触108、p型电流扩展层107、p型限制层106、有源层105、n型限制层104、n型粗化层103、n型欧姆接触层102是外延片中的结构。因为外延片是很多层的组合，由于层与层之间存在晶格差异，就会产生应力，应力会随着外界条件而变化，应力越大，挖电极和掉电极风险越大。

图2示出本发明实施例的垂直型发光二极管芯片的结构示意图。该芯片结构将用于示例说明根据本发明实施例的发光二极管芯片，不作为对本发明的发光二极管的限制。

如图2所示，本发明的垂直型发光二极管芯片100包括：转移基板111和和依次层叠在转移基板上的粘合层110，介质膜层109，p型欧姆接触层108，p型电流扩展层107，p型限制层106，有源层105，n型限制层104，应力渐变层s0，n型粗化层103，n型欧姆接触层102；以及上电极101，位于n型欧姆接触层102上；下电极112，位于转移基板111下。

转移基板111可以为硅基板，也可以为其他基板(如碳化硅，氧化锌等)，粘合层110比如为au材质，介质膜层109的材质比如为二氧化硅或氟化镁；p型欧姆接触层108材质比如为gap；p型电流扩展层107材质比如为gap；p型限制层106材质比如为alinp；n型欧姆接触层102材质比如为gaas。

在n型粗化层103和n型限制层104之间设置应力渐变层s0，应力渐变层中铝元素的组分小于所述n型粗化层中铝元素的组分，实现了n型粗化层到n型限制层材质的渐变，以降低晶格失配程度进而降低应力。具体地，n型粗化层103材质为(alxga(1-x))0.5in0.5p)，并用硅离子或碲离子掺杂其中，铝的组分满足0.4<x<0.9，应力渐变层s0材质为(alyga(1-y))0.5in0.5p其中，铝的组分满足0.4<y<x，n型限制层104材质为alinp。

需要说明的是以上对n型粗化层103，应力渐变层s0，n型限制层104，组分的描述仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围，本领域技术人员可以做出的修改和替代应该属于本发明的范围之内。

上电极101包括：依次层叠在n型欧姆接触层102上的金层11，金锗镍合金层12，金层13，铂层14以及铝层15。

可选地，上电极101中的金锗镍合金层12也可以由金锗合金材质构成；铂层14也可以由钛金属材质构成；铝层15也可以由金材质构成。

上电极101的半径大于30微米，降低了焊线过程中的压强，降低出现挖电极的可能性。

该发明适用于垂直电极与水平电极结构的产品。

图3示出本发明实施例的发光二极管芯片的制备方法流程图。

图4a至4f示出本发明实施例的发光二极管芯片制备过程的结构示意图。以下结合图3-图4f对本发明实施例的发光二极管芯片的制备方法进行描述。

根据本发明的第二方面，提供一种发光二极管芯片的制备方法，该方法用于制备图2所示的发光二极管芯片100。

在步骤s301中，在基板s1上通过有机金属气相外延法依次生长腐蚀停止层s2、n型欧姆接触层102、n型粗化层103、应力渐变层s0、n型限制层104、有源层105、p型限制层106、p型电流扩展层107、p型欧姆接触层108，如图4a所示，步骤s301也称为外延片的制备。

具体地，本实施例中的基板s1可以为gaas(砷化镓)基板，腐蚀停止层s2材质为gainp或alxga(1-x)inp；n型欧姆接触层102材质为gaas；n型粗化层103材质为(alxga(1-x))0.5in0.5p)，其中，铝的组分满足0.4<x<0.9；应力渐变层s0材质为(alyga(1-y))0.5in0.5p，其中，铝的组分满足0.4<y<x；n型限制层104材质为alinp；p型限制层106材质为alinp；p型电流扩展层107材质为gap；p型欧姆接触层108材质为gap。

在步骤s302中，在p型欧姆接触层108上形成介质膜层109和第一金属层s3并依次对介质膜层和第一金属层进行退火。具体地，用有机或者酸碱溶液清洗外延片上表面的p型欧姆接触层108，在p型欧姆接触层108上形成二氧化硅或者氟化镁介质膜层202，对介质膜层202用管式炉退火，退火温度在400～480摄氏度之间，再经过有机或者酸碱溶液清洗介质膜层202表面，形成第一金属层s3，对第一金属层s3采用管式炉退火，退火温度在400～480摄氏度之间，如图4b所示。

其中，对介质膜层202和第一金属层s3退火温度为400～480摄氏度可以达到本发明的最佳效果。用有机或酸碱溶液清洗p型欧姆接触层108，去除p型欧姆接触层108上的杂质，使形成的介质膜层109更均匀更牢固。用有机或酸碱溶液清洗介质膜层109，去除介质膜层109上的杂质，使形成的第一金属层s3更均匀更牢固。

在步骤s303中，提供一块转移基板111，用有机或者酸碱溶液清洗转移基板111正表面，形成第二金属层s4，如图4c所示。

其中，用有机或酸碱溶液清洗转移基板111正表面，去除转移基板111正表面上的杂质，使形成的第二金属层s4均匀且稳定。

在步骤s304中，将转移基板111与图4b所示的结构粘合，具体地，利用键合设备将第二金属层s4和第一金属层s3键合，键合后形成粘合层110。如图4d所示。

在步骤s305中，去除基板s1和腐蚀停止层s2，并制作上电极101并对上电极退火，如图4e所示。

具体地，利用氢氧化铵和过氧化氢以容积比为1：5的混合溶液去除基板s1，用盐酸和磷酸的混合溶液去除腐蚀停止层s2。

其中，用上述的两种混合溶液分别去除基板s1和腐蚀停止层s2去除的更彻底，效果更好。

在n型欧姆接触层102上涂覆正性光刻胶，曝光5～15秒，显影1min吹干，100摄氏度烘烤30分钟，用磷酸和过氧化氢以容积比为1:30的混合溶液腐蚀部分n型欧姆接触层102，暴露出n型粗化层103的部分区域，用去胶液去掉光刻胶，在n型粗化层103与n型欧姆接触层102表面再涂覆负性光刻胶，曝光5～15秒，120摄氏度烘烤30分钟，显影1分钟并清洗吹干，利用电子束蒸发或离子溅射的方式，制作上电极101。

上电极101退火采用管式炉或者快速退火炉，退火温度在290～330摄氏度之间，与传统电极退火条件380摄氏度相比，退火温度明显降低，不会造成金属与外延片之间扩散严重而破坏晶格，提高了焊线承受力和产品可靠性。

上电极101的半径大于30微米，降低了焊线过程中的压强，降低出现挖电极的可能性。

在步骤s306中，蚀刻n型粗化层形成蚀刻道，对n型粗化层进行粗化，在切割道侧壁作钝化层，对所述转移基板进行处理后在转移基板下制作下电极并对下电极进行退火，沿着蚀刻道进行切割，如图4f所示。

具体地，在n型粗化层103表面涂覆光刻胶(涂胶是为后续干蚀刻作保护)，曝光5～15秒，120摄氏度烘烤30分钟，显影1分钟并清洗吹干，利用干蚀刻设备进行切割道蚀刻(分隔器件)，蚀刻深度3～9微米，浸入去胶液去除光刻胶；在完成上述步骤后，再在n型粗化层103表面涂覆正性光刻胶，曝光5～15秒，120摄氏度烘烤30分钟，显影1分钟并清洗吹干，浸入rh07粗化液，进行粗化表面的处理，浸入去胶液去除正性光刻胶。利用气相沉积法(pecvd)在切割道侧壁做钝化层。

将转移基板111进行处理后在下制作下电极112。具体地，利用砂轮或者大盘研磨设备进行处理或利用化学溶液进行腐蚀处理，将转移基板111厚度减至100～200微米；浸入有机溶液清洗，利用电子束蒸发或离子溅射的方式，制作下电极112。下电极112利用管式炉或者快速热处理(rtp)退火，退火温度在180～250摄氏度之间。

其中，下电极退火温度为180～250摄氏度可以达到本发明的最佳效果。

在经过激光切割、测试、裂片和目检形成本发明的发光二极管芯片。

由此完成发光二极管芯片100的制备，制备出的发光二极管芯片100能有效防止挖电极、掉电极的问题，可靠性增强。

根据本发明实施例的发光二极管芯片及其制备方法，在n型粗化层与n型限制层之间设置有应力渐变层，应力渐变层中铝元素的组分小于所述n型粗化层中铝元素的组分，实现了n型粗化层到n型限制层材质的渐变，降低外延片中晶格失配程度以降低应力。防止在焊线过程中出现挖电极，掉电极的问题，增强芯片的可靠性。

在以上的描述中，对于各层的图案化、蚀刻等技术细节并没有做出详细的说明。但是本领域技术人员应当理解，可以通过各种技术手段，来形成所需形状的层、区域等。另外，为了形成同一结构，本领域技术人员还可以设计出与以上描述的方法并不完全相同的方法。另外，尽管在以上分别描述了各实施例，但是这并不意味着各个实施例中的措施不能有利地结合使用。

以上对本发明的实施例进行了描述。但是，这些实施例仅仅是为了说明的目的，而并非为了限制本发明的范围。本发明的范围由所附权利要求及其等价物限定。不脱离本发明的范围，本领域技术人员可以做出多种替代和修改，这些替代和修改都应落在本发明的范围之内。