本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片的制備方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體照明的應(yīng)用近年來(lái)已明顯加速，其效果已得到市場(chǎng)認(rèn)可，但其在整個(gè)照明市場(chǎng)的滲透率仍然較低。國(guó)內(nèi)LED照明應(yīng)用市場(chǎng)尚未成為產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主導(dǎo)力量。半導(dǎo)體照明應(yīng)用市場(chǎng)，特別是功能性照明市場(chǎng)正處于發(fā)展的初期階段，未來(lái)空間巨大。

傳統(tǒng)的正裝結(jié)構(gòu)LED芯片，P型GaN摻雜困難導(dǎo)致空穴載流子濃度低下和不易長(zhǎng)厚而導(dǎo)致電流不易擴(kuò)散，當(dāng)前普遍采用在P型GaN表面制備超薄金屬薄膜或ITO薄膜的方法達(dá)到電流得均勻擴(kuò)散。但是金屬薄膜電極層要吸收部分光降低出光效率，如果厚度減薄反過(guò)來(lái)又限制電流擴(kuò)散層在P型GaN層表面實(shí)現(xiàn)均勻和可靠的電流擴(kuò)散。ITO透光率雖然高達(dá)90％，但電導(dǎo)率卻不及金屬，電流的擴(kuò)散效果亦有限。而且這種結(jié)構(gòu)的電極和引線(xiàn)做到出光面，工作時(shí)會(huì)擋住部分光線(xiàn)。因此，這種P型接觸結(jié)構(gòu)制約了LED芯片的工作電流大小。另一方面，這種結(jié)構(gòu)的PN結(jié)熱量通過(guò)藍(lán)寶石襯底導(dǎo)出，鑒于藍(lán)寶石的導(dǎo)熱系數(shù)很低，對(duì)大尺寸的功率型芯片來(lái)說(shuō)導(dǎo)熱路徑較長(zhǎng)，這種LED芯片的熱阻較大，工作電流也受到限制。

垂直結(jié)構(gòu)大功率芯片技術(shù)作為最前端的核心技術(shù)，還處于產(chǎn)業(yè)化初期，國(guó)內(nèi)基本還屬于空白。近兩年來(lái)國(guó)內(nèi)僅半導(dǎo)體照明已具有年均超過(guò)數(shù)百億的市場(chǎng)規(guī)模，隨著產(chǎn)品技術(shù)和市場(chǎng)的成熟，今后的市場(chǎng)規(guī)模還將持續(xù)增加，因此該項(xiàng)目產(chǎn)品市場(chǎng)發(fā)展前景極為廣闊，商業(yè)價(jià)值巨大。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片的制備方法，以帶有低應(yīng)力緩沖層的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u-GaN表面依次進(jìn)行外延生長(zhǎng)，制備得到藍(lán)光LED外延片；最后將藍(lán)光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED，主要包括以下環(huán)節(jié)：在LED外延片表面沉積形成反射鏡，并制出金屬電極圖形，利用高溫金屬鍵合工藝將金屬電極圖形表面鍵合在金屬基板上，并利用激光剝離技術(shù)剝離襯底；在u-GaN表面制出另一極金屬電極圖形。

進(jìn)一步的，將藍(lán)光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED，包括以下步驟：

2.1)藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

2.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為350～450℃；

2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N₂環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；

2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；

2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；

2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。

進(jìn)一步的，2.3)中，在藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層1～2um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，在N₂保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合。

進(jìn)一步的，在晶圓鍵合機(jī)中鍵合溫度為200～800℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h。

進(jìn)一步的，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。

進(jìn)一步的，所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為400～700W，反應(yīng)壓力為500～800Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl₂和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面的粗糙度RMS為0.15～0.18nm，再進(jìn)行粗化處理。

進(jìn)一步的，所述粗化具體為：

3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗2～5分鐘、酒精超聲清洗2～3分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗2～3分鐘；

3.2)將u-GaN外延片加熱到200～260℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕8～10分鐘；

3.3)關(guān)閉加熱，自然冷卻到室溫后再用去離子水清洗GaN外延片表面的KOH。

進(jìn)一步的，所述激光剝離技術(shù)具體為：采用波長(zhǎng)248nm、光斑尺寸為2mm×2mm的正方形光斑、能量密度為500mJ/cm2的KrF準(zhǔn)分子激光器的激光作輻照光源，從藍(lán)寶石一側(cè)掃描整個(gè)樣品，移動(dòng)速度為1.55mm/s，激光掃描完樣品后，藍(lán)寶石襯底脫落，用1：1的HCI浸泡樣品，除去GaN上的金屬Ga。

進(jìn)一步的，所述藍(lán)光LED外延結(jié)片的制備包括以下步驟：

1.1)在1070～1090℃溫度下、壓力為150torr下通N₂烘烤10～30min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底；

1.2)將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至515～535℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為0.8～1.2μm的低應(yīng)力緩沖層，隨后升溫至1030～1050℃、壓力為400torr使低應(yīng)力緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)0.8～1μm的N型粗化層；

1.3)升溫至1070～1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)輕Si摻雜的N型電極層，厚度為0.8～1μm，再生長(zhǎng)重Si摻雜的N型GaN層，厚度為1.8～2.5μm；

1.4)在N型GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-GaN電子擴(kuò)散層，厚度為80～120nm，所述n-GaN電子擴(kuò)散層上再生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，厚度為100nm；

1.5)在阱的生長(zhǎng)溫度740～760℃，壘的生長(zhǎng)溫度為820～840℃、壓力為200torr下先生長(zhǎng)10～15個(gè)周期厚度為80～100nm的In輕摻雜的InGaN/GaN超晶格，再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100～150nm的In重?fù)诫s的InGaN/GaN；

1.6)升溫至960～980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN電子阻擋層，厚度為20～50nm；降溫至920～940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P型GaN層，厚度為100～150nm，所述P型GaN層包括空穴擴(kuò)散層和空穴注入層，所述空穴擴(kuò)散層厚度為30～50nm，所述空穴注入層厚度為50～100nm；生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P型GaN電極層，厚度為10～20nm，；

1.7)生長(zhǎng)CTL層，厚度為10～30nm，然后降溫至700～730℃進(jìn)行退火60～120min，之后隨爐冷卻。

進(jìn)一步的，所述1.5)具體為：先生長(zhǎng)10～15個(gè)周期厚度為80～100nm的In輕摻雜的InGaN/GaN超晶格，具體為：先生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)5～10nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)1.5～2nm的InGaN阱層；再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100～150nm的In重?fù)诫s的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)10～15nm的barrierGaN層，再生長(zhǎng)2～5nm的InGaN阱層，最后生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

一種垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片的制備方法，以帶有低溫u-GaN修復(fù)層及基底的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u-GaN表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到LED外延片；最后將藍(lán)光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED，主要包括以下環(huán)節(jié)：在LED外延片表面沉積形成反 射鏡，并制出金屬電極圖形，利用高溫金屬鍵合工藝將金屬電極圖形表面鍵合在金屬基板上，并利用激光剝離技術(shù)剝離襯底；在u-GaN表面制出另一極金屬電極圖形。

進(jìn)一步的，采用了導(dǎo)電能力較好的襯底，工作電流達(dá)到并超過(guò)1A/mm²，脈沖方式下甚至達(dá)到2.5-3A/mm²，相同產(chǎn)品尺寸垂直結(jié)構(gòu)芯片比水平芯片的工作電流大幅度提升。采用晶圓鍵合工藝，用導(dǎo)熱性能良好的硅基或金屬材料取代藍(lán)寶石作為襯底，可以有效的解決散熱問(wèn)題，使產(chǎn)品的散熱性能獲得顯著的改善，從而徹底解決散熱困難的問(wèn)題。

進(jìn)一步的，制備垂直結(jié)構(gòu)LED中采用晶圓鍵合工藝，低應(yīng)力共晶鍵合技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高可靠性襯底鍵合，用導(dǎo)熱性能良好的硅基或金屬材料取代藍(lán)寶石作為襯底，可以有效的解決散熱問(wèn)題，使產(chǎn)品的散熱性能獲得顯著的改善，從而徹底解決散熱困難的問(wèn)題。

進(jìn)一步的，將外延片鍵合到硅或銅或鎢銅合金基板上，在芯片加工制程中可省去后段研磨工藝，形成垂直結(jié)構(gòu)后，U-GaN成為出光面，其為粗糙表面，會(huì)增加LED出光率，進(jìn)一步提高器件光電效率。

進(jìn)一步的，先進(jìn)行了干法ICP刻蝕，各項(xiàng)異性，可控性好，干法刻蝕后的表面已經(jīng)有一定的粗糙度，但是在此粗糙表面的基礎(chǔ)上只要短時(shí)間即可得到符合粗化要求的u-GaN外延片，刻蝕精準(zhǔn)度高。

進(jìn)一步的，簡(jiǎn)化了LED器件刻蝕步驟，同時(shí)改善了電流傳輸，降低了電流堆垛效應(yīng)；垂直結(jié)構(gòu)LED再結(jié)合金屬鍵合，將會(huì)發(fā)揮更大優(yōu)勢(shì)，如單向出光，工藝簡(jiǎn)化，器件效率進(jìn)一步提高。

進(jìn)一步的，采用逐點(diǎn)剝離的技術(shù)，可以獲得良好剝離效果。為了將剝離瞬間產(chǎn)生的高壓氮?dú)庥行?dǎo)出并釋放，公司采取了先進(jìn)行芯片區(qū)域分割后實(shí)施激光剝離的技術(shù)路線(xiàn)，可以有效降低剝離瞬間高壓氮?dú)獾葲_擊效應(yīng)對(duì)功能區(qū)域材料的影響。同時(shí)對(duì)激光剝離能量、脈沖寬度、加工速度等工藝參數(shù)均進(jìn)行了優(yōu)化調(diào)整，加上設(shè)備本身具備穩(wěn)定優(yōu)良性能，使得垂直芯片產(chǎn)品光 電性能和良品率大幅提升，確保了垂直結(jié)構(gòu)LED芯片產(chǎn)業(yè)化的可實(shí)施性。

進(jìn)一步的，采用低應(yīng)力外延結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在襯底和外延層之間插入新型過(guò)渡層，有效減小外延層與襯底之間的適配度，同時(shí)對(duì)外延結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)一步釋放外延層應(yīng)力。翹曲度小于250km-1。低位錯(cuò)密度外延，通過(guò)預(yù)成核方法，在外延生長(zhǎng)之前于襯底上形成晶體質(zhì)量較好晶核，提供后續(xù)外延高質(zhì)量生長(zhǎng)的基礎(chǔ)。位錯(cuò)密度低于5E10⁸/cm²。

進(jìn)一步的，采用高注入電流外延結(jié)構(gòu)，在有源區(qū)和P型GaN間插入電子阻擋層，有效解決大電流注入效率降低的問(wèn)題，在電子阻擋層和P型GaN間插入空穴擴(kuò)散層，解決了大電流下空穴不足問(wèn)題。提高垂直芯片電流注入，最大電流注入可達(dá)到2A，脈沖工作方式電流更高。

進(jìn)一步的，空穴擴(kuò)散層和空穴注入層采用載流子調(diào)制技術(shù)，調(diào)控電子和空穴的分布狀態(tài)，促進(jìn)電流均勻分布，保證垂直芯片在大電流工作狀況下光電參數(shù)性能穩(wěn)定。特殊量子阱結(jié)構(gòu)和空穴注入結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，提高LED電流飽和閾值，高電流密度下，隨電流增加亮度持續(xù)增加。

綜上所述，采用本方法制備的垂直結(jié)構(gòu)LED單顆芯片功率較大，減少了串并聯(lián)LED數(shù)量，甚至可以實(shí)現(xiàn)以單芯片滿(mǎn)足用戶(hù)需求，同時(shí)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，大大提高LED產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

下面通過(guò)附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

【附圖說(shuō)明】

圖1為本發(fā)明制備方法流程圖；

圖2為本發(fā)明制備方法鍵合工藝結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖3為本發(fā)明制備方法激光剝離工藝結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖4為本發(fā)明制備方法刻蝕工藝結(jié)構(gòu)剖面示意圖；

圖5為本發(fā)明制備方法粗化工藝結(jié)構(gòu)剖面示意圖。

【具體實(shí)施方式】

請(qǐng)參閱圖1所示，本發(fā)明公開(kāi)了一種垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片的制備方法，以帶有低應(yīng)力緩沖層的襯底作為生長(zhǎng)基礎(chǔ)，然后，在平整的u-GaN表面依次生長(zhǎng)其他各層外延，制備得到藍(lán)光LED外延片；最后將藍(lán)光LED外延片制成垂直結(jié)構(gòu)LED，主要包括以下環(huán)節(jié)：在LED外延片表面沉積形成反射鏡，并制出金屬電極圖形，利用高溫金屬鍵合工藝將金屬電極圖形表面鍵合在金屬基板上，并利用激光剝離技術(shù)剝離襯底；在u-GaN表面制出另一極金屬電極圖形。

鍵合工藝是將待鍵合晶圓表面制備鍵合層材料后，將兩片晶圓貼合在一起并利用外加能量使材料接觸界面處的原子之間形成共價(jià)鍵形成統(tǒng)一材料，該材料具備較好的械強(qiáng)度，可保證后續(xù)工藝流程的實(shí)施。

制備垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片具體包括以下步驟：

2.1)藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

2.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為350～450℃；

2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N₂環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；請(qǐng)參閱圖2所示，在藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層1～2um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，鍵合溫度為200～800℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h，在N₂保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。

2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；請(qǐng)參閱圖3所示，采用波長(zhǎng)248nm、 光斑尺寸為2mm×2mm的正方形光斑、能量密度為500mJ/cm²的KrF準(zhǔn)分子激光器的激光作輻照光源，從藍(lán)寶石一側(cè)掃描整個(gè)樣品，移動(dòng)速度為1.55mm/s，激光掃描完樣品后，藍(lán)寶石襯底脫落，用1：1的HCI浸泡樣品，除去GaN上的金屬Ga。

2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，請(qǐng)參閱圖4所示，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；

所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為400～700W，反應(yīng)壓力為500～800Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl₂和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面的粗糙度RMS為0.15～0.18nm，再進(jìn)行粗化處理，請(qǐng)參閱圖5所示，具體為：

3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗2～5分鐘、酒精超聲清洗2～3分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗2～3分鐘；

3.2)將u-GaN外延片加熱到200～260℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕8～10分鐘；

3.3)關(guān)閉加熱，自然冷卻到室溫后再用去離子水清洗GaN外延片表面的KOH。

2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。

其中，所述藍(lán)光LED外延片的制備包括以下步驟：

1.1)在1070～1090℃溫度下、壓力為150torr下通N₂烘烤10～30min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底；

1.2)將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至515～535℃、壓力為800torr，然后 在襯底上生長(zhǎng)厚度為0.8～1.2μm的低應(yīng)力緩沖層，隨后升溫至1030～1050℃、壓力為400torr使低應(yīng)力緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)0.8～1μm的N型粗化層；

1.3)升溫至1070～1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)輕Si摻雜的N型電極層，厚度為0.8～1μm，再生長(zhǎng)重Si摻雜的N型GaN層，厚度為1.8～2.5μm；

1.4)在N型GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-GaN電子擴(kuò)散層，厚度為80～120nm，所述n-GaN電子擴(kuò)散層上再生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，厚度為100nm；

1.5)在阱的生長(zhǎng)溫度740～760℃，壘的生長(zhǎng)溫度為820～840℃、壓力為200torr下先生長(zhǎng)10～15個(gè)周期厚度為80～100nm的In輕摻雜的InGaN/GaN超晶格，具體為：先生長(zhǎng)10～15個(gè)周期厚度為80～100nm的In輕摻雜的InGaN/GaN超晶格，具體為：先生長(zhǎng)30～40nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)5～10nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)1.5～2nm的InGaN阱層；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100～150nm的In重?fù)诫s的InGaN/GaN；具體為：先生長(zhǎng)10～15nm的barrierGaN層，再生長(zhǎng)2～5nm的InGaN阱層，最后生長(zhǎng)30～40nm的GaN cap層。

1.6)升溫至960～980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN電子阻擋層，厚度為20～50nm；降溫至920～940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P型GaN層，厚度為100～150nm，所述P型GaN層包括空穴擴(kuò)散層和空穴注入層，所述空穴擴(kuò)散層厚度為30～50nm，所述空穴注入層厚度為50～100nm；生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P型GaN電極層，厚度為10～20nm，；

1.7)生長(zhǎng)CTL層，厚度為10～30nm，然后降溫至700～730℃進(jìn)行退火60～120min，之后隨爐冷卻。

實(shí)施例1

先制備紫光LED外延片，包括以下步驟：

1.1)在1070℃溫度下、壓力為150torr下通N2烘烤10min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底；

1.2)將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至515℃、壓力為800torr，然后在襯 底上生長(zhǎng)厚度為0.8μm的低應(yīng)力緩沖層，隨后升溫至1030℃、壓力為400torr使低應(yīng)力緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)0.8μm的N型粗化層；

1.3)升溫至1070℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)輕Si摻雜的N型電極層，厚度為0.8μm，再生長(zhǎng)重Si摻雜的N型GaN層，厚度為1.8μm；

1.4)在N型GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-GaN電子擴(kuò)散層，厚度為80nm；所述n-GaN電子擴(kuò)散層上再生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，厚度為100nm；

1.5)在阱的生長(zhǎng)溫度740℃，壘的生長(zhǎng)溫度為820℃、壓力為200torr下先生長(zhǎng)10個(gè)周期厚度為80nm的In輕摻雜的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)30nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)5nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)1.5nm的InGaN阱層；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為100nm的In重?fù)诫s的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)10nm的barrierGaN層，再生長(zhǎng)2nm的InGaN阱層，最后生長(zhǎng)30nm的GaN cap層；

1.6)升溫至960℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN電子阻擋層，厚度為20nm；降溫至920℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P型GaN層，厚度為100nm；生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P型GaN電極層，厚度為10nm；

1.7)生長(zhǎng)CTL層，厚度為10nm，然后降溫至700℃進(jìn)行退火60min，之后隨爐冷卻。

再制備垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片，具體步驟為：

2.1)將藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

2.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為350℃；

2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N₂環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板 上；在藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層1um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，鍵合溫度為200℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h，在N₂保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。

2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；采用波長(zhǎng)248nm、光斑尺寸為2mm×2mm的正方形光斑、能量密度為500mJ/cm2的KrF準(zhǔn)分子激光器的激光作輻照光源，從藍(lán)寶石一側(cè)掃描整個(gè)樣品，移動(dòng)速度為1.55mm/s，激光掃描完樣品后，藍(lán)寶石襯底脫落，用1：1的HCI浸泡樣品，除去GaN上的金屬Ga。

2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；

所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為400W，反應(yīng)壓力為500Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl₂和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面的粗糙度RMS為0.15nm，再進(jìn)行粗化處理，具體為：

3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗2分鐘、酒精超聲清洗2分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗2分鐘；

3.2)將u-GaN外延片加熱到200℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕8分鐘；

3.3)關(guān)閉加熱，自然冷卻到室溫后再用去離子水清洗GaN外延片表面的KOH。

2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。

實(shí)施例2

先制備紫光LED外延片，包括以下步驟：

1.1)在1080℃溫度下、壓力為150torr下通N2烘烤20min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底；

1.2)將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至525℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為1μm的低應(yīng)力緩沖層，隨后升溫至1040℃、壓力為400torr使低應(yīng)力緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)0.9μm的N型粗化層；

1.3)升溫至1080℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)輕Si摻雜的N型電極層，厚度為0.8μm，再生長(zhǎng)重Si摻雜的N型GaN層，厚度為2.1μm；

1.4)在N型GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-GaN電子擴(kuò)散層，厚度為100nm；所述n-GaN電子擴(kuò)散層上再生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，厚度為100nm；

1.5)在阱的生長(zhǎng)溫度750℃，壘的生長(zhǎng)溫度為830℃、壓力為200torr下先生長(zhǎng)13個(gè)周期厚度為90nm的In輕摻雜的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)35nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)8nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)1.8nm的InGaN阱層；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為130nm的In重?fù)诫s的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)13nm的barrierGaN層，再生長(zhǎng)3.5nm的InGaN阱層，最后生長(zhǎng)35nm的GaN cap層；

1.6)升溫至970℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN電子阻擋層，厚度為35nm；降溫至930℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P型GaN層，厚度為130nm；生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P型GaN電極層，厚度為15nm；

1.7)生長(zhǎng)CTL層，厚度為20nm，然后降溫至720℃進(jìn)行退火100min，之后隨爐冷卻。

再制備垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片，具體步驟為：

2.1)藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

2.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐 蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為400℃；

2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N₂環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；在藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層1.5um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，鍵合溫度為500℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h，在N₂保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。

2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；采用波長(zhǎng)248nm、光斑尺寸為2mm×2mm的正方形光斑、能量密度為500mJ/cm²的KrF準(zhǔn)分子激光器的激光作輻照光源，從藍(lán)寶石一側(cè)掃描整個(gè)樣品，移動(dòng)速度為1.55mm/s，激光掃描完樣品后，藍(lán)寶石襯底脫落，用1：1的HCI浸泡樣品，除去GaN上的金屬Ga。

2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；

所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為550W，反應(yīng)壓力為650Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl₂和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面的粗糙度RMS為0.17nm，再進(jìn)行粗化處理，具體為：

3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗3.5分鐘、酒精超聲清洗2.5分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗2.5分鐘；

3.2)將u-GaN外延片加熱到230℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕9分鐘；

3.3)關(guān)閉加熱，自然冷卻到室溫后再用去離子水清洗GaN外延片表面的KOH。

2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。

實(shí)施例3

先制備紫光LED外延片，包括以下步驟：

1.1)在1090℃溫度下、壓力為150torr下通N2烘烤30min，氮化藍(lán)寶石、SiC或Si襯底；

1.2)將步驟1氮化后的藍(lán)寶石、SiC或Si襯底降溫至535℃、壓力為800torr，然后在襯底上生長(zhǎng)厚度為1.2μm的低應(yīng)力緩沖層，隨后升溫至1050℃、壓力為400torr使低應(yīng)力緩沖層重新結(jié)晶，再生長(zhǎng)1μm的N型粗化層；

1.3)升溫至1090℃、壓力為200torr先生長(zhǎng)輕Si摻雜的N型電極層，厚度為1μm，再生長(zhǎng)重Si摻雜的N型GaN層，厚度為2.5μm；

1.4)在N型GaN層的基礎(chǔ)上生長(zhǎng)n-GaN電子擴(kuò)散層，厚度為120nm；所述n-GaN電子擴(kuò)散層上再生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層，厚度為100nm；

1.5)在阱的生長(zhǎng)溫度760℃，壘的生長(zhǎng)溫度為840℃、壓力為200torr下先生長(zhǎng)15個(gè)周期厚度為100nm的In輕摻雜的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)40nm的GaN-cap層，再生長(zhǎng)10nm的barrierGaN層，最后生長(zhǎng)2nm的InGaN阱層；

再生長(zhǎng)8個(gè)周期厚度為150nm的In重?fù)诫s的InGaN/GaN，具體為：先生長(zhǎng)15nm的barrierGaN層，再生長(zhǎng)5nm的InGaN阱層，最后生長(zhǎng)40nm的GaN cap層；

1.6)升溫至980℃，壓力為150torr生長(zhǎng)PAlGaN電子阻擋層，厚度為50nm；降溫至940℃，壓力為150torr生長(zhǎng)Mg摻雜的P型GaN層，厚度為150nm；生長(zhǎng)高M(jìn)g摻雜的P型GaN電極層，厚度為20nm；

1.7)生長(zhǎng)CTL層，厚度為30nm，然后降溫至730℃進(jìn)行退火120min，之后隨爐冷卻。

再制備垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED芯片，具體步驟為：

2.1)藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面清洗后，對(duì)襯底進(jìn)行研磨拋光，在P-GaN表面進(jìn)行涂膠及激光劃片，再去除P-GaN表面的氧化層，用去離子水PM清洗干凈，氮?dú)獯蹈桑?/p>

2.2)在P-GaN表面進(jìn)行PM蒸鍍反射鏡電極，然后用光刻膠作P電極掩膜，進(jìn)行PM腐蝕和去膠，然后用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成兼作歐姆接觸層和反射鏡的金屬層，再用去膠劑剝離光刻膠以形成P型金屬電極圖形，然后進(jìn)行快速退火，退火溫度為450℃；

2.3)利用高溫金屬鍵合工藝，在N₂環(huán)境下加壓將P-GaN面鍵合在硅或銅或鎢銅合金基板上；在藍(lán)光LED外延片的P-GaN表面、硅或銅或鎢銅合金基板表面分別蒸鍍一層2um的鍵合金屬，然后將預(yù)鍵合的樣品放入晶圓鍵合機(jī)中，鍵合溫度為800℃，鍵合壓力為300N，時(shí)間為1h，在N₂保護(hù)下按照設(shè)定的溫度及壓力參數(shù)進(jìn)行鍵合，所述鍵合過(guò)程中一邊清洗襯底，一邊對(duì)所述紫光LED芯片進(jìn)行POD蒸度，然后將襯底和芯片外延層鍵合。

2.4)利用激光剝離技術(shù)剝離襯底，剝離后進(jìn)行清洗；采用波長(zhǎng)248nm、光斑尺寸為2mm×2mm的正方形光斑、能量密度為500mJ/cm²的KrF準(zhǔn)分子激光器的激光作輻照光源，從藍(lán)寶石一側(cè)掃描整個(gè)樣品，移動(dòng)速度為1.55mm/s，激光掃描完樣品后，藍(lán)寶石襯底脫落，用1：1的HCI浸泡樣品，除去GaN上的金屬Ga。

2.5)先對(duì)u-GaN進(jìn)行刻蝕處理，對(duì)u-GaN面采用酸堿進(jìn)行粗化處理，然后對(duì)u-GaN表面處理，先采用光刻膠沉積二氧化硅掩膜作N電極，然后進(jìn)行劃片槽光刻，經(jīng)過(guò)曝光后對(duì)劃片槽蝕刻，去膠去二氧化硅后再進(jìn)行二氧化硅沉積，然后進(jìn)行電極光刻，曝光后蝕刻二氧化硅；

所述刻蝕具體為采用電感耦合等離子體蝕刻u-GaN外延片表面，ICP的功率為700W，反應(yīng)壓力為800Pa，反應(yīng)氣體為50sccm的Cl₂和50sccm的氧氣，刻蝕時(shí)間為3200s，刻蝕后的u-GaN表面的粗糙度RMS為0.18nm，再進(jìn)行粗化處理，具體為：

3.1)將u-GaN外延片清洗：依次放入丙酮超聲清洗5分鐘、酒精超聲清洗3分鐘，去離子水中進(jìn)行超聲清洗3分鐘；

3.2)將u-GaN外延片加熱到260℃，后將加熱到熔融狀態(tài)的KOH均勻涂抹在GaN外延片表面，將加熱使溫度穩(wěn)定在250℃，持續(xù)腐蝕10分鐘；

3.3)關(guān)閉加熱，自然冷卻到室溫后再用去離子水清洗GaN外延片表面的KOH。

2.6)再用電子束蒸發(fā)臺(tái)帶膠蒸發(fā)沉積形成N型電極金屬，再用去膠劑剝離光刻膠以形成N型金屬電極圖形，最終得到垂直結(jié)構(gòu)的LED。

利用外加壓力和溫度使轉(zhuǎn)移襯底(例如Si、CuW、CuMo等)與外延片在接觸界面處發(fā)生物理化學(xué)鍵合反應(yīng)，產(chǎn)生共價(jià)鍵形成一體結(jié)構(gòu)，并具備優(yōu)異的導(dǎo)電、導(dǎo)熱和機(jī)械性能，同時(shí)實(shí)現(xiàn)外延材料和轉(zhuǎn)移襯底間的熱膨脹系數(shù)高度匹配，剪切應(yīng)力和正應(yīng)力較小。該鍵合層緊密均勻、無(wú)孔洞和裂痕。關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)包括鍵合溫度、壓力、退火條件、晶圓平整度及助焊劑、合金比例等。針對(duì)垂直氮化鎵LED芯片工藝和材料自身的特點(diǎn)，在200-500℃內(nèi)，實(shí)現(xiàn)將氮化鎵LED外延層從藍(lán)寶石襯底轉(zhuǎn)移的目的。

從以上鍵合后3D晶圓表面平整度圖片，以及鍵合界面處SEM圖片中可以看出，鍵合后晶圓表面平整度良好，鍵合層連接緊密，確保垂直結(jié)構(gòu)LED芯片具備高熱導(dǎo)率和良好的機(jī)械強(qiáng)度特性。

采用本發(fā)明方法制備的1.0mm²垂直結(jié)構(gòu)LED芯片性能指標(biāo)如下表所示

以較厚的N-GaN層做為出光面，易于加工出粗糙表面或利用微納加工技術(shù)獲得光子晶體結(jié)構(gòu)，可以將出光效率從現(xiàn)有的60％提高到90％以上。

采用了導(dǎo)電能力較好的襯底，工作電流達(dá)到并超過(guò)1A/mm2，脈沖方式下甚至達(dá)到2.5-3A/mm2，相同產(chǎn)品尺寸垂直結(jié)構(gòu)芯片比水平芯片的工作電流大幅度提升。

采用晶圓鍵合工藝，用導(dǎo)熱性能良好的硅基或金屬材料取代藍(lán)寶石作為襯底，可以有效的解決散熱問(wèn)題，使產(chǎn)品的散熱性能獲得顯著的改善，從而徹底解決散熱困難的問(wèn)題。

本發(fā)明制備的垂直結(jié)構(gòu)藍(lán)光LED單顆芯片功率較大，減少了串并聯(lián)LED數(shù)量，甚至可以實(shí)現(xiàn)以單芯片滿(mǎn)足用戶(hù)需求，同時(shí)簡(jiǎn)化驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)，大大提高LED產(chǎn)品的可靠性和使用壽命。

以上內(nèi)容僅為說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)思想，不能以此限定本發(fā)明的保護(hù)范圍，凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想，在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動(dòng)，均落入本發(fā)明權(quán)利要求書(shū)的保護(hù)范圍之內(nèi)。