[發明專利]發光二極管芯片及其制造方法

無效

• 申請號: 200910049930.5
• 申請日: 2009-04-24
• 公開（公告）號: CN101872813A
• 公開（公告）日: 2010-10-27
• 發明（設計）人: 劉勝;甘志銀;汪沛;周圣軍
• 申請（專利權）人: 劉勝
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 上海市華誠律師事務所 31210
• 代理人: 李平

技術領域

本發明涉及一種發光二極管的芯片及其制造方法，特別涉及一種用集成機械研磨、化學機械拋光和濕法腐蝕剝離方法制造的發光二極管芯片及其制造工藝。

背景技術

GaN基藍光、藍綠光發光二極管(LED)廣泛應用在儀表指示燈、大尺寸LED背光源、電子廣告牌以及各種照明設備中。由于GaN晶體結構、生長條件等方面的限制，生長GaN基LED外延層時，主要選擇藍寶石作為襯底。由于藍寶石的電導率和熱導率差，導致GaN基LED制作工藝復雜、散熱差、壽命短，因此限制了高亮度LED的應用。水平電極結構的GaN基LED芯片因為p電極檔光，n面上有源區被刻蝕掉，p電極制作復雜，因此很難進一步提高LED的發光功率和效率。為了解決這些問題，美國Cree公司提出了采用SiC作為襯底的上下電極結構的GaN基LED，通過n面出光，有效的解決了散熱和檔光的問題，而且垂直電導有利于載流子的注入，提高載流子的復合效率。但是SiC比藍寶石襯底貴，而且加工也更加困難，因此制約了其推廣使用。

當垂直結構LED芯片承受的功率達到3～5W時，必須要剝離掉直徑為50mm(更大直徑為75mm、100mm)的藍寶石襯底，這樣有利于芯片的散熱。日本的Nichia公司和德國的Osram公司分別推出了激光剝離藍寶石襯底，制備垂直結構的LED芯片技術，通過這項技術有效了解決了散熱和出光問題，在n面上可以制備微結構，提高光提取效率，同時可以重復利用藍寶石。采用激光剝離技術和鍵合技術相結合可以將GaN基LED外延層轉移到其它高電導率、高熱導率的襯底上(如Si、Cu和Al等材料)，從而消除藍寶石襯底對GaN基LED帶來的不利影響，但是該技術存在如下問題：(1)采用激光剝離藍寶石襯底容易對GaN基LED外延層造成損傷，影響LED的光性能和電性能。(2)采用激光剝離藍寶石襯底的工藝過程中產生的溫度非常高，而且晶圓鍵合層距離藍寶石襯底和GaN的界面僅幾微米，因此鍵合層將受到影響(如重新熔化)。(3)激光剝離技術與舊制程不兼容，設備昂貴。

發明內容

本發明的目的是針對已有技術中存在的缺陷，提供一種發光二極管芯片及其制造方法。采用集成機械研磨、化學機械拋光和濕法腐蝕剝離方法制造的發光二極管芯片。本發明的發光二極管芯片包括：高熱導率的襯底、鍵合材料層、反射層、透明導電層和發光二極管外延層，其特征在于高熱導率材料作為垂直結構發光二極管芯片(LED)的支撐襯底，支撐襯底上面為鍵合材料層，其材料為導電聚合物，鍵合材料層上面是反射層，其材料為Al或Ag或Pt，反射層上面為透明導電層，其材料為ITO或ATO或ZnO，透明導電層上為發光二極管外延層，發光二極管外延層上面是n面歐姆接觸電極，該歐姆接觸電極逐層為Ti/Al/Ti/Au或Cr//Pt/Au或Ti/Al/Pt/Au。

本發明的發光二極管芯片的制造方法包括下列工藝步驟：

(1)將藍寶石襯底LED外延片在標準溶液中清洗

(2)在藍寶石襯底LED外延片上蒸鍍透明導電層；

(3)在透明電極上蒸鍍Al或Ag或Pt作為反射層；

(4)在反射層上涂敷鍵合材料層；

(5)通過鍵合材料層將藍寶石襯底發光二極管芯片外延片鍵合到高熱導率的襯底上；

(6)剝離藍寶石襯底；

(7)采用電感耦合等離子體或反應離子刻蝕n-GaN、有源層和p-GaN；

(8)采用KOH溶液將未摻雜的GaN層刻蝕掉，并對n-GaN表面進行粗化；

(9)蒸鍍n面電極到經過表面粗化后的n-GaN層，形成歐姆接觸電極。其中工藝步驟(6)剝離藍寶石襯底首先采用機械研磨將400um的藍寶石襯底減薄至60～80um，接著通過化學機械拋光將藍寶石襯底減薄至5～10um，然后采用濕法腐蝕去除剩余的藍寶石襯底。

采用一種機械研磨、化學機械拋光(CMP)和濕法腐蝕相結合剝離藍寶石襯底制造垂直結構LED芯片的工藝，以提高散熱效率及LED芯片的綜合性能。該制造工藝為在芯片的p-GaN面上采用熱蒸發或電子束蒸發形成透明導電層和反射層，然后在反射層上涂敷鍵合材料層。p-GaN面的透明導電層為ITO或ATO或ZnO，反射層為Al或Ag或Pt，鍵合材料層為導電聚合物，接著將藍寶石襯底LED外延片鍵合到高熱導率襯底上，然后采用機械研磨、化學機械拋光(CMP)和濕法腐蝕相結合剝離藍寶石襯底，采用電感耦合等離子體(ICP)或反應離子刻蝕(RIE)n-GaN、有源層和p-GaN，用KOH溶液將未摻雜的GaN層刻蝕掉，并對n-GaN表面進行粗化，在n面上制備歐姆接觸電極。

本發明的優點是：