一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片及其制備方法
【專利摘要】一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片及其制備方法，涉及LED芯片。所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片自下而上包括支撐基底、P型電極層、P型GaN基材料層、多量子阱層、N型GaN基材料層和N型電極。在外延片表面鍍P型金屬電極層；在金屬電極層上形成圖形化厚金屬基底；將樣品鍵合到藍(lán)膜上；采用紫外波段激光光源透過藍(lán)寶石襯底輻照樣品，剝離藍(lán)寶石襯底；粗化剝離后暴露出的n-GaN表面；制作n-GaN表面電極，即得?？杀苊馔瑐?cè)電極帶來的電流不均勻性和局部熱效應(yīng)，延長壽命，解決LED芯片散熱問題?？杀苊獾入x子體刻蝕對發(fā)光區(qū)的損傷，工藝簡化，成本降低?？杀苊饨饘倩迩懈詈徒鉀Q因切割基板而造成的器件短路問題。
【專利說明】一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED芯片，尤其涉及一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN基半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)是一種新型固態(tài)冷光源，具有效率高、壽命長、體積小、電壓低等諸多優(yōu)點(diǎn)，尤其是在節(jié)能環(huán)保方面，LED相比普通白熾燈和熒光燈具有明顯的優(yōu)勢。目前，LED已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人們的日常生活中，交通紅綠燈、戶外顯示器、手機(jī)背光源等都已經(jīng)開始采用LED。
[0003]目前，GaN基LED芯片外延層都是采用價(jià)格相對低廉的藍(lán)寶石作為異質(zhì)襯底，由于藍(lán)寶石襯底是絕緣的材料，因此LED芯片無法實(shí)現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)，只能采用同側(cè)電極結(jié)構(gòu)。同側(cè)電極結(jié)構(gòu)的電流為側(cè)向注入，導(dǎo)致流過有源層的電流不均勻，出現(xiàn)電流簇?fù)硇?yīng)和局部熱效應(yīng)等問題，影響了器件工作的可靠性，縮短使用壽命。利用鍵合以及激光剝離技術(shù)將LED芯片轉(zhuǎn)移到導(dǎo)熱性好的基板上并制備出垂直結(jié)構(gòu)LED芯片是解決以上問題的重要方法之一。由于采用了導(dǎo)熱性能好的基板，可以有效提高LED芯片的散熱性能，解決電流不均勻問題，增加芯片使用壽命。
[0004]使用導(dǎo)熱性能好的基板進(jìn)行GaN基薄膜轉(zhuǎn)移后，器件劃片必須使用切割機(jī)或激光進(jìn)行切割，用這種方法會(huì)出現(xiàn)金屬基板卷邊和噴濺而導(dǎo)致短路等不良問題。本 申請人:在中國專利CN201310057538.1中公開一種GaN基外延薄膜自分裂轉(zhuǎn)移方法，該方法提供了一種不僅可降低成本，簡化工藝，而且可避免金屬基板切割和解決因切割基板而造成器件的短路問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供可解決LED芯片的散熱問題以及因切割金屬襯底而造成的器件短路問題的一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片及其制備方法。
[0006]所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片自下而上包括:支撐基底、P型電極層、P型GaN基材料層、多量子阱層、N型GaN基材料層和N型電極。
[0007]所述支撐基底的厚度可為10?200 μ m。
[0008]所述多量子講層包含InyGal-yN或AlyGal-yN,其中y=0?I。
[0009]所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備方法，包括以下步驟:
[0010]I)在外延片表面鍍上P型金屬電極層，并當(dāng)作反射鏡使用；
[0011]2)采用光刻和鍍膜技術(shù)在金屬電極層上形成圖形化厚金屬基底；
[0012]3)將樣品鍵合到藍(lán)膜上；
[0013]4)采用紫外波段激光光源透過藍(lán)寶石襯底輻照樣品，剝離藍(lán)寶石襯底；
[0014]5)粗化剝離后暴露出的n-GaN表面；
[0015]6)制作n-GaN表面電極，得到自支撐GaN基LED芯片。[0016]在步驟I)中，所述金屬采用與P-GaN形成歐姆接觸并具有高反射率的金屬，或先蒸鍍與P-GaN形成歐姆接觸的材料，再蒸鍍具有高反射率的金屬；所述金屬可選自Ag或Al
坐寸ο
[0017]在步驟2)中，所述圖形化厚金屬基底是銅基底、金基底、鎳基底、鋅基底等金屬以及它們的合金。
[0018]在步驟5)中，所述粗化剝離后暴露出的n-GaN表面可采用干法粗化法或濕法粗化法。
[0019]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0020]1.利用本發(fā)明可以避免同側(cè)電極帶來的電流不均勻性和局部熱效應(yīng)，延長LED芯片的壽命。
[0021]2.利用本發(fā)明可以消除藍(lán)寶石帶來的熱效應(yīng)，解決LED芯片的散熱問題。
[0022]3.利用本發(fā)明可避免等離子體刻蝕對發(fā)光區(qū)的損傷，有利于制備出高效的器件，工藝得到了簡化，成本降低。
[0023]4.利用本發(fā)明可避免金屬基板切割和解決因切割基板而造成的器件短路問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，下面實(shí)施例將結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0026]本發(fā)明提供一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片及其制備方法，以解決LED芯片的散熱問題以及因切割金屬襯底而造成的器件短路問題。圖1為本發(fā)明中自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，該LED芯片自下而上依次包括:銅支撐基底1，P型電極層2，P型GaN層3，多量子阱層4，N型GaN層5和N型電極6.[0027]本發(fā)明自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備步驟如下:
[0028]步驟1:用標(biāo)準(zhǔn)清洗方法清潔藍(lán)寶石上生長的GaN基薄膜外延片表面，清洗方法如下:甲苯，丙酮，乙醇各超聲5min，再用去離子水充分沖洗，將樣品放入120°C烤箱烘烤30min以上。
[0029]步驟2:在外延片表面蒸鍍金屬層:Ni/Ag/Ni/Au(2nm/150nm/150nm/200nm),在500°C的溫度下退火5min，使金屬層與p-GaN形成歐姆接觸，同時(shí)該金屬層又可作為高反射
鏡使用。
[0030]步驟3:采用光刻的方法制作出ΙΟμπι厚的圖形化光刻膠，S卩外延片的器件臺(tái)面位置上沒有光刻膠，而器件溝槽位置上附著光刻膠。光刻的主要步驟包括甩膠、前烘、曝光、顯影、清洗。
[0031]步驟4:電鍍沉積無應(yīng)力金屬銅厚層，銅的厚度為100 μ m。因?yàn)楣饪棠z的選擇生長作用，所以最初銅只在臺(tái)面位置無膠處沉積生長，而溝槽處沒有銅沉積。隨著銅在臺(tái)面位置上不斷沉積生長，銅的厚度不斷增加。當(dāng)銅的厚度超過了光刻膠，光刻膠對銅側(cè)向生長的阻擋作用消失，銅爬到光刻膠表面上開始縱向、橫向共同生長。[0032]步驟5:把電鍍后的樣品鍵合到藍(lán)膜上。
[0033]步驟6:采用波長為248nm，脈寬為25ns的KrF準(zhǔn)分子激光器透過藍(lán)寶石輻照樣品，即所謂激光剝離技術(shù)，去除藍(lán)寶石，GaN基薄膜轉(zhuǎn)移到金屬銅上。激光輻照后，有電鍍銅金屬支撐的區(qū)域藍(lán)寶石去除后表面平坦，無電鍍銅金屬支撐的區(qū)域薄膜碎裂，從而使薄膜實(shí)現(xiàn)自動(dòng)分裂。
[0034]步驟7:將剝離后的樣品放入KOH水溶液(6mol/L) 6min左右進(jìn)行樣品表面粗化。
[0035]步驟8:采用光刻的方法在樣品表面制作電極掩模,蒸鍍電極Cr/Au(20nm/200nm)于表面，然后浸入丙酮溶液。電極以外的金屬將隨著光刻膠剝離，清洗吹干，最終完成η型GaN電極的制作。
[0036]本發(fā)明最大的特點(diǎn)是:采用了自分裂GaN基薄膜轉(zhuǎn)移技術(shù)，無應(yīng)力鍍銅技術(shù)，鍵合技術(shù)以及激光剝離技術(shù)制備出自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片，利用本發(fā)明第一可以解決芯片的散熱問題，第二可以解決因切割金屬襯底而造成器件的短路問題，第三本發(fā)明無需采用等離子體刻蝕工藝，從而避免了等離子體刻蝕對發(fā)光區(qū)的損傷，最終有利于制備出高效性能的GaN基LED芯片。
【權(quán)利要求】
1.一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片，其特征在于自下而上包括:支撐基底、P型電極層、P型GaN基材料層、多量子阱層、N型GaN基材料層和N型電極。
2.如權(quán)利要求1所述一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片，其特征在于所述支撐基底的厚度為10?200 μ m。
3.如權(quán)利要求1所述一種自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片，其特征在于所述多量子阱層包含 InyGal-yN 或 AlyGal-yN,其中 y=0 ?I。
4.如權(quán)利要求1所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備方法，其特征在于包括以下步驟: 1)在外延片表面鍍上P型金屬電極層，并當(dāng)作反射鏡使用； 2)采用光刻和鍍膜技術(shù)在金屬電極層上形成圖形化厚金屬基底； 3)將樣品鍵合到藍(lán)膜上； 4)采用紫外波段激光光源透過藍(lán)寶石襯底輻照樣品，剝離藍(lán)寶石襯底； 5)粗化剝離后暴露出的n-GaN表面； 6)制作n-GaN表面電極，得到自支撐GaN基LED芯片。
5.如權(quán)利要求4所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備方法，其特征在于在步驟I)中，所述金屬采用與p-GaN形成歐姆接觸并具有高反射率的金屬，或先蒸鍍與p-GaN形成歐姆接觸的材料，再蒸鍍具有高反射率的金屬。
6.如權(quán)利要求4所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備方法，其特征在于在步驟1)中，所述金屬選自Ag或Al。
7.如權(quán)利要求4所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備方法，其特征在于在步驟2)中，所述圖形化厚金屬基底是銅基底、金基底、鎳基底、鋅基底以及合金基底。
8.如權(quán)利要求4所述自支撐垂直結(jié)構(gòu)GaN基LED芯片的制備方法，其特征在于在步驟5)中，所述粗化剝離后暴露出的n-GaN表面采用干法粗化法或濕法粗化法。
【文檔編號】H01L33/64GK103618034SQ201310632252
【公開日】2014年3月5日 申請日期:2013年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月29日
【發(fā)明者】張保平, 陳明, 張江勇, 應(yīng)磊瑩 申請人:廈門大學(xué)