[發(fā)明專利]一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其薄膜與襯底剝離的方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201110165057.3
• 申請日: 2011-06-20
• 公開（公告）號(hào): CN102214749A
• 公開（公告）日: 2011-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 云峰
• 申請（專利權(quán)）人: 云峰
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/12;H01L33/06
• 代理公司: 西安新思維專利商標(biāo)事務(wù)所有限公司 61114
• 代理人: 李罡

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于氮化鎵系垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種涉及垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其薄膜與襯底剝離的方法。

背景技術(shù)

半導(dǎo)體發(fā)光二極管（Light?Emitting?Diode,以下簡稱LED）的發(fā)展已有數(shù)十年歷史，其在信號(hào)顯示、背光源和固態(tài)照明領(lǐng)域有著極其廣泛的應(yīng)用。目前以III-V族化合物氮化鎵（GaN）材料為基礎(chǔ)的LED（包括其Al、In合金材料）可以覆蓋從深紫外到可見光的大部分波段。LED的器件結(jié)構(gòu)是通過外延生長工藝形成P-型和N-型層薄膜，一般在P-型和N-型層間架構(gòu)由能帶不同的周期性多層結(jié)構(gòu)組成的載流子復(fù)合區(qū)即發(fā)光區(qū)，外延生長的襯底采用藍(lán)寶石（Al2O3）襯底。器件經(jīng)過半導(dǎo)體加工工藝完成芯片的分離、電極的制作和表面織構(gòu)化等步驟形成，經(jīng)封裝后加正向偏壓注入電子經(jīng)光子復(fù)合后而發(fā)光。根據(jù)能帶設(shè)計(jì)，可以實(shí)現(xiàn)不同波長的光產(chǎn)生和輸出。

傳統(tǒng)的LED器件結(jié)構(gòu)將N型和P型電極置于LED薄膜的同一側(cè)，即薄膜的表面，而在薄膜的底層由于絕緣的藍(lán)寶石襯底的存在而沒有電極。在這種設(shè)計(jì)中，P-型和N-型電極采用局部干法腐蝕工藝分布在芯片表面的兩側(cè)，注入電流由水平方向流過LED的發(fā)光區(qū)。這樣的LED器件由于不均勻的電子橫向注入和側(cè)面擴(kuò)散導(dǎo)致從P-型電極區(qū)到N-型電極區(qū)的不均勻發(fā)光，限制了LED芯片單片的最大尺寸以及整體器件的發(fā)光效率。在高電流密度注入條件下，靠近N型電極的區(qū)域容易出現(xiàn)電流擁塞，導(dǎo)致局部溫度過高甚至整個(gè)LED器件失效。同時(shí)，由于這種平面結(jié)構(gòu)的LED器件工作中未能轉(zhuǎn)化為光能的輸入電能將轉(zhuǎn)化為熱能，該熱能不能有效通過熱導(dǎo)性能極差的藍(lán)寶石襯底散到封裝底座，因此限制了器件功率的進(jìn)一步提升，成為LED從中小功率的顯示器件向大功率和超大功率的照明器件的應(yīng)用的一大障礙。為解決芯片的電流擁塞問題和散熱瓶頸問題，需要改變LED器件的結(jié)構(gòu)，使N-型和P-型電極從水平結(jié)構(gòu)變成垂直結(jié)構(gòu)，即注入電流主要以垂直于薄膜表面的方式均勻流過LED器件結(jié)構(gòu)。為了實(shí)現(xiàn)藍(lán)寶石襯底上生長的LED薄膜的垂直結(jié)構(gòu)器件，美國加利福尼亞大學(xué)伯克利分校的Nathan?W.?Cheung等人提出了采用選擇性光學(xué)加工工藝即紫外激光剝離的辦法（US００６０７１７９５），利用紫外激光在藍(lán)寶石材料與GaN材料的界面的強(qiáng)烈光吸收產(chǎn)生GaN局部熱分解，實(shí)現(xiàn)LED薄膜和藍(lán)寶石襯底的分離。這種方法的局限性是需要復(fù)雜昂貴的專用設(shè)備，激光剝離工藝是單片外延片串行工藝，且每片外延片中的各個(gè)芯片是通過激光步進(jìn)掃描逐一剝離的，工效低下，工藝復(fù)雜，對LED發(fā)光區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力失配導(dǎo)致內(nèi)量子效率下降等。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于，提供一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管及其薄膜與襯底剝離的方法，以克服現(xiàn)有氮化鎵系垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管組件結(jié)構(gòu)及其制造方法存在的只能進(jìn)行單片外延片的串行工藝，工藝復(fù)雜，對LED發(fā)光區(qū)產(chǎn)生應(yīng)力失配導(dǎo)致內(nèi)量子效率下降的的問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

一種垂直結(jié)構(gòu)發(fā)光二極管的薄膜與襯底剝離的方法，其特征在于：該方法利用化學(xué)濕法進(jìn)行剝離，至少包括以下步驟：

１）在外延生長襯底11上預(yù)先掩埋生長氧化鋅緩沖層12，再在外延生長襯底11上制備LED外延片，然后通過干法刻蝕工藝對外延片進(jìn)行臺(tái)面刻蝕，對外延片進(jìn)行選擇性圖形刻蝕，完成LED芯片按照設(shè)計(jì)的尺寸和間隔進(jìn)行的芯片級(jí)分離，刻蝕深度至少透過外延層薄膜；

２）在外延片表面的P-面按照芯片設(shè)計(jì)的圖形制作反光鏡、歐姆電極層、金屬鍵合粘附層和縱橫交錯(cuò)的無反光鏡、無歐姆電極和無金屬鍵合粘附層的空白區(qū)域；

３）將外延片通過金屬鍵合工藝反轉(zhuǎn)到另外一種導(dǎo)熱基板203上；

４）將鍵合好的外延片在化學(xué)腐蝕槽中進(jìn)行液體化學(xué)腐蝕，液體化學(xué)試劑通過芯片間的空隙及預(yù)留的空白區(qū)域，對ZnO緩沖層進(jìn)行腐蝕，待ZnO緩沖層完全被腐蝕掉時(shí)，外延生長襯底和LED薄膜分開，LED薄膜留在反轉(zhuǎn)基板上，而外延生長襯底自動(dòng)脫落，形成可制作垂直結(jié)構(gòu)LED器件的結(jié)構(gòu)，此時(shí)N-型半導(dǎo)體暴露在表面；

５）通過制作N-型電極、N-型表面織構(gòu)化、表面刻蝕，完成垂直結(jié)構(gòu)LED的制作。

所述ZnO緩沖層（12）的生長工藝包括但不限于金屬有機(jī)化學(xué)氣相外延，分子束外延、原子層外延、脈沖激光濺射；ZnO緩沖層（12）與后續(xù)的LED薄膜在同一臺(tái)生長設(shè)備中完成或者預(yù)先在襯底上淀積備用；ZnO的厚度在0.1微米到100微米之間。

所述導(dǎo)熱基板是預(yù)先成型的并蒸鍍好鍵合金屬層的基板，包括但不限于Si、AlSi、Cu、CuMo、CuW，或者是采用涂覆不定型或流質(zhì)的導(dǎo)熱材料再熱定型的導(dǎo)熱基板。