具有粗化侧壁的led垂直芯片结构及制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体照明领域，特别是涉及一种具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构及制备方法。
【背景技术】
[0002]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。垂直结构剥离了蓝宝石衬底，可直接在外延P型层上布置反射层，器件内部有源区随机射向非出光面的光直接通过反射层反射，通常的反射层为金属反射层或者电介质材料构成的布拉格分布反射层等，避免了由于器件内部有源区随机射向非出光面而造成光抽取效率的降低。但是，反射层通常蒸镀在光滑的ITO透明接触层之上，呈现为镜面反射，这对LED光提取效率的提尚有很大的限制。
[0003]GaN基LED的光抽取效率受制于GaN与空气之间巨大的折射率差，根据斯涅耳定律，只有入射角在临界角(约23° )以内的光可以出射到空气中，而临界角以外的光只能在GaN内部来回反射，直至被自吸收。为了提高LED的出光效率，图形化衬底在LED的制备中被广泛采用。而垂直结构LED剥离衬底后暴露的N面N-GaN层表面化学性质活泼，易于与KOH或H3P04发生反应形成微小的金字塔形貌，能显著增大器件内部光的出射几率。
[0004]与传统结构LED —样，垂直结构LED亦面临着如何提高光提取效率的问题。传统垂直结构LED芯片的侧壁201 —般不做粗化处理，只对芯片表面进行粗化处理形成微结构202，如图1所示；有些甚至要将侧壁201用钝化层203保护起来，只对芯片表面进行粗化处理形成微结构202，如图2所示。
[0005]因此提供一种具有较高光提取效率的垂直结构LED实属必要。
【发明内容】
[0006]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具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构及其制备方法，用于解决现有技术中垂直结构LED光提取效率较低的问题。
[0007]为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法，所述制备方法包括:1)提供蓝宝石衬底，于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)于所述P-GaN层上形成P电极；3)提供导电衬底，键合所述导电衬底与所述P电极；4)剥离所述蓝宝石衬底；5)去除所述UID-GaN层，并采用ICP刻蚀法去除切割道区域的GaN，同时形成GaN侧壁；6)对所述N-GaN层表面及GaN侧壁进行表面粗化，形成粗化微结构；以及7)于所述GaN层表面制备N电极。
[0008]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤2)包括以下步骤:2-1)于所述P-GaN层表面制备欧姆接触的ITO层或Ni层；2_2)于所述ITO层或Ni层表面制作Ag反射镜；以及2-3)于所述Ag反射镜表面制作Au/Sn金属键入P
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[0009]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤3)所述的导电衬底包括Si衬底、ff/Cu衬底及Mo/Cu衬底中的一种。
[0010]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤4)采用激光剥离工艺剥离所述蓝宝石衬底。
[0011]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤5)所形成的GaN侧壁与导电衬底之间的夹角为45-75度。
[0012]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤5)中，采用ICP刻蚀法去除所述UID-GaN层，并采用ICP刻蚀法去除切割道区域的GaN，所述ICP刻蚀法采用的刻蚀气体包括(:12及BCl 3的一种或其混合气体。
[0013]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法的一种优选方案，步骤6)采用湿法腐蚀工艺对所述N-GaN层表面及GaN侧壁进行表面粗化，使N-GaN层表面及GaN侧壁均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。
[0014]本发明还提供一种具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构，包括:导电衬底，依次层叠于所述导电衬底之上的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层侧壁、多量子阱层侧壁及N-GaN层侧壁组成GaN侧壁，所述GaN侧壁表面及N-GaN层表面形成有粗化微结构。
[0015]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述导电衬底包括Si衬底、ff/Cu衬底及Mo/Cu衬底中的一种。
[0016]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述P电极包括与P-GaN形成欧姆接触的ITO层或Ni层，位于所述ITO层或Ni层之上的Ag反射镜，以及位于所述Ag反射镜之上的Au/Sn键合层金属层。
[0017]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的一种优选方案，所述GaN侧壁与导电衬底之间的夹角为45-75度。
[0018]作为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直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。
[0019]如上所述，本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构及其制备方法，具有以下有益效果:本发明通过晶片键合及激光剥离技术将蓝宝石衬底与GaN外延层分离，并利用光刻及ICP干法刻蚀工艺形成单个垂直芯片台面(MESA)图形，最后采用湿法腐蚀工艺将台面的侧壁及台面表面同时进行粗化，形成有利于出光的金字塔形微结构，一方面可以对台面的侧壁进行一次较为彻底的清洗，避免侧壁沾污造成的漏电，另一方面能够最大限度地提高垂直结构LED芯片内部光的提取效率。
【附图说明】
[0020]图1及图2显示为两种现有技术中的LED垂直芯片结构的结构示意图。
[0021]图3?图10显示为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法各步骤所呈现的结构示意图。其中，图10显示为本发明的具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的结构示意图。
[0022]元件标号说明
[0023]101蓝宝石衬底
[0024]102UID-GaN 层
[0025]103N-GaN 层
[0026]104多量子讲层
[0027]105P-GaN 层
[0028]106P 电极
[0029]107导电衬底
[0030]108GaN 侧壁
[0031]109粗化微结构
[0032]110N 电极
【具体实施方式】
[0033]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。
[0034]请参阅图3?图10。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，遂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。
[0035]如图3?图10所示，本实施例提供一种具有粗化侧壁的LED垂直芯片结构的制备方法，所述制备方法包括:
[0036]如图3?图4所示，首先进行步骤I)，提供蓝宝石衬底101，于所述蓝宝石衬底101上依次生长UID-GaN层102、N-GaN层103、多量子阱层104以及P-GaN层105。
[0037]具体地，采用化学气相沉积工艺制备所述UID-GaN层102、N_GaN层103、多量子阱层104以及P-GaN层105，所述UID-GaN层102作为所述N-GaN层103的缓冲层，可以大大提尚GaN发光外延结构的生长质量，从而提尚发光一■极管的发光效率。
[0038]另外，在本实施例中，在制备前，还包括对所述蓝宝石衬底101进行清洗的步骤，以去除其表面的杂质，如聚合物、灰尘等。
[0039]如图5所示，然后进行步骤2)，于所述P-GaN层105上形成P电极106。
[0040]具体地，包括以下步骤:
[0041]步骤2-1)，于所述P-GaN层105表面制备欧姆接触的ITO层或Ni层。
[0042]在本实施例中，采用蒸镀工艺所述于所述P-GaN层105表面制备欧姆接触的ITO层，作为欧姆接触层。
[0043]步骤2-2)，于所述ITO层或Ni层表面制作Ag反射镜。
[0044]在本实施例中，采用蒸镀工艺于所述ITO层或Ni层表面制作Ag反射镜。当然，其他的反射金属也可能适用于本发明，并不限定于此处所列举的示例。
[0045]步骤2-3)，于所述Ag反射镜表面制作Au/Sn金属键合层。
[0046]在本实施例中，采用蒸镀工艺于所述Ag反射镜表面制作Au/Sn金属键合层。
[0047]如图6所示，接着进行步骤3)，提供导电衬底107，键合所述