一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(LED)具有节能、环保、寿命长等优点，已经广泛应用于背光、户外显示、景观照明以及普通照明等领域。然而在照明设备上最广泛应用是蓝光光源+黄荧光粉产生白光，而目前主要的蓝光器件为氮化镓半导体，其外延生长主要有同质外延生长和异质外延生长，同质外延生长采用与氮化物半导体晶格匹配的衬底进行生长，如氮化镓衬底，异质外延生长采用与氮化物半导体晶格失配的衬底进行生长，如蓝宝石衬底、硅衬底等。然晶格失配导致的晶体缺陷对于后续的芯片性能具有较为严重的不良影响。
[0003]随着氮化镓技术的成熟，再加上LED在照明应用上的大力使用，产品端对于亮度的需求增强，因此如何制作出高亮度的LED器是现今最重要的议题。而目前蓝光LED通常采用Al2O3蓝宝石衬底，蓝宝石衬底硬度高、热导率和电导率低。如果采用正装结构，一方面会带来静电的问题，另一方面，在大电流情况下会带来散热问题。另外，由于正面电极朝上，会遮掉一部分光，发光效率会降低。大功率蓝光LED芯片倒装结构(flip chip)可以比传统的结构得到更多的有效出光。而蓝宝石作为原始衬底的倒装结构通常采用激光烧蚀技术进行衬底的剥离，但在用激光照射LED芯片时，激光会进入有源层，对有源层造成损伤，从而会影响LED芯片的性能；且激光剥离的成本较高，不利与大规模生产使用。
【发明内容】
[0004]针对上述问题，本发明提出了一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法，先利用二次成长方式，制作并插入一层氮化铝层，藉由该层终止因衬底与后续外延层的晶格失配所导致缺陷的延伸；同时，二次成长中物理气相沉积法(PVD法)制备的氮化铝层因低温生长的多晶格特性，利用简单湿法方式即可腐蚀去除，以达到第一衬底简单、快速剥离的目的。
[0005]本发明采取的技术方案为:一种利用湿法蚀刻进行衬底剥离的发光二极管制备方法，包括以下步骤:
提供第一衬底；
在所述第一衬底表面制备外延片，所述外延片结构至少包括第一氮化镓层、第二氮化镓层、N型层、量子阱层及P型层；
制备N型和P型电极，将包含N型和P型电极的外延片键合于第二衬底上；
后利用湿法蚀刻剥离第一衬底形成倒装发光二极管结构；
其中，所述第一氮化镓层与第二氮化镓层之间还包括一物理气相沉积法沉积的氮化铝层；所述湿法蚀刻前还包括在第一衬底非外延层表面形成沟槽的步骤，所述沟槽的底部位于氮化铝层与第一氮化镓层接触表面或氮化铝层内部，以方便蚀刻溶液腐蚀氮化铝层，实现第一衬底的剥离。
[0006]优选的，所述第一衬底为为蓝宝石平片衬底、蓝宝石图形化衬底、硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、玻璃衬底中的任意一种。
[0007]优选的，所述第二衬底为S1、SiC或Cu衬底。
[0008]优选的，所述湿法蚀刻步骤中还包括超声震荡过程，加快蚀刻速率。
[0009]优选的，所述湿法蚀刻溶液为NaOH、Κ0Η、Ba (OH) 2、RbOH, CsOH, FrOH中一种或几种的组合溶液。
[0010]优选的，所述氮化铝层厚度为I?10000埃。
[0011]优选的，所述沟槽采用激光切割或金刚石切割形成。
[0012]优选的，所述沟槽数目大于I。
[0013]优选的，所述沟槽在第一衬底非外延层表面形成网状分布结构。
[0014]优选的，所述N型和P型电极包括欧姆接触层、反光金属层和第一金属融合层。
[0015]优选的，所述反光金属层材料为铝或银或金材料。
[0016]优选的，所述第一氮化镓层和第二氮化镓层均为厚度0.5-5微米的非掺杂层或N
型掺杂层。
[0017]在现有技术中，倒装发光二极管衬底剥离的常规制备方法为:在第一衬底上形成过渡渠道结构，然后利用化学气相沉积法(M0CVD法)生长氮化铝缓冲层、发光外延层，后再键合第二衬底，进行蚀刻剥离第一衬底，形成倒装发光二极管结构；该制备方法中，由于在第一衬底上形成过渡结构，后在此基础上沉积生长缓冲层和外延层，导致外延层与衬底之间晶格差异较大，晶体缺陷增多，外延层晶体质量降低，造成后续形成倒装发光二极管时的光效降低；同时，因MOCVD法生长的氮化铝层的结晶特性，当利用湿法蚀刻溶液进行蚀刻时，蚀刻速率缓慢，不适用于大规模产业化需求。
[0018]而利用本发明方法制备发光二极管结构中，利用二次生长方式，先于第一衬底上MOCVD法形成第一氮化镓层(为非掺杂或N型掺杂层)，再PVD法形成氮化铝层，再MOCVD法形成第二氮化镓层(为非掺杂或N型掺杂层)、N型层、量子阱层及P型层。首先，利用表面平整的第一氮化镓层阻挡后续沉积的外延层与衬底晶格失配产生的晶体缺陷，提高后续外延层的整体质量，减少因晶体质量不佳造成的后续倒装发光二极管的光效降低现象，尤其是底层质量不佳产生的光吸收现象(即为黄带现象);其次，使用PVD法低温形成的氮化铝层具有多晶格特性，可再次阻挡及缓冲第一衬底与第一氮化镓层及后续外延层之间因晶格失配产生的晶体缺陷及应力；同时由于镓原子较铝原子体积偏大且表面迀移能力强，具有修复晶格缺陷的作用，因此第二氮化镓层可以有效地终止通过氮化铝层延伸而至的缺陷，改善后续N型层、量子阱层及P型层的整体晶格质量，提升发光二极管的发光性能。
[0019]同时试验证明，在本发明方法中，于第一衬底非外延层面利用金刚石切割或激光切割形成沟槽，沟槽的底部位于氮化铝层与第一氮化镓层接触表面或氮化铝层内部，当进行湿法蚀刻时，氮化铝层与湿法蚀刻溶液接触被腐蚀，而因PVD法沉积氮化铝层所具有的多晶格特性及各向异性，使得该氮化铝层在温和条件下(30~60°C )即可被快速蚀刻(Inm/min的蚀刻速率)，实现第一衬底的剥离；且沟槽结构在第一衬底非外延层表面形成网状分布结构，增加湿法蚀刻溶液与氮化铝层接触面积，增加蚀刻速率，本方法的制备流程简单，有利于简化倒装发光二极管的衬底剥离制程，提升生产效率。
【附图说明】
[0020]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0021]图1为本发明实施例之发光二极管外延片结构示意图。
[0022]图2为本发明实施例之包含N/P电极的发光二极管结构示意图。
[0023]图3为本发明实施例之N/P电极结构示意图。
[0024]图4为本发明实施例之键合第二衬底后发光二极管结构示意图。
[0025]图5为本发明实施例之第一衬底研磨减薄后发光二极管结构示意图。
[0026]图6为本发明实施例之形成沟槽后发光二极管结构截面示意图。
[0027]图7为本发明实施例之第一衬底非外延层面沟槽俯视图。
[0028]图8为本发明实施例之蚀刻结束后第一衬底剥离外延片示意图。
[0029]图9为本发明实施例之倒装发光二极管结构。
[0030]图中:10.第一衬底；21.成核层；22.第一氮化