[發明專利]GaN基LED垂直芯片結構及制備方法

在審

• 申請號: 201610120348.3
• 申請日: 2016-03-03
• 公開（公告）號: CN105720140A
• 公開（公告）日: 2016-06-29
• 發明（設計）人: 童玲;徐慧文;李起鳴
• 申請（專利權）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/24;H01L33/46;H01L33/44
• 代理公司: 上海光華專利事務所 31219
• 代理人: 羅泳文

技術領域

本發明屬于半導體照明領域，特別是涉及一種GaN基LED垂直芯片結構及制備方法。

背景技術

從LED的結構上講，可以將GaN基LED劃分為正裝結構、倒裝結構和垂直結構。正裝 結構LED有兩個明顯的缺點，首先正裝結構LEDp、n電極在LED的同一側，電流須橫向 流過n-GaN層，導致電流擁擠，局部發熱量高，限制了驅動電流；其次，由于藍寶石襯底的 導熱性差，嚴重的阻礙了熱量的散失。為了解決散熱問題，美國LumiledsLighting公司發明 了倒裝芯片(Flipchip)技術，其散熱效果有很大的改善，但是通常的GaN基倒裝結構LED仍 然是橫向結構，電流擁擠的現象還是存在，仍然限制了驅動電流的進一步提升。

相比于傳統的GaN基LED正裝結構，垂直結構具有散熱好，能夠承載大電流，發光強 度高，耗電量小、壽命長等優點，被廣泛應用于通用照明、景觀照明、特種照明、汽車照明 等領域，成為一代大功率GaN基LED極具潛力的解決方案，正受到業界越來越多的關注和 研究。

垂直結構可以有效解決正裝結構LED的兩個問題，垂直結構GaN基LED采用高熱導率 的襯底取代藍寶石襯底，在很大程度上提高了散熱效率；垂直結構的LED芯片的兩個電極分 別在LED外延層的兩側，通過圖形化的n電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層， 橫向流動的電流極少，可以避免正裝結構的電流擁擠問題，提高發光效率，同時也解決了P 極的遮光問題，提升LED的發光面積。

垂直結構LED的發光效率是該結構的一個重大優勢，同時也是一個技術難題。隨著垂直 結構LED研發工作地不斷開展，越來越多的目光集中在其光提取效率和出光效率上。傳統垂 直結構LED芯片如圖1所示，其包括支撐襯底101、P電極102、發光外延結構103以及N 電極104，這種垂直結構LED芯片的側壁為正金字塔型(接近垂直)，這種側壁結構幾乎將 出射角大于全反射臨界角的光線全部限制在器件內部，不利于光提取和出光。

鑒于以上所述，提供一種能夠提高出光效率的GaN基LED垂直芯片結構及其制備方法 實屬必要。

發明內容

鑒于以上所述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種GaN基LED垂直芯片結構 及制備方法，用于解決現有技術中GaN基LED垂直芯片出光效率較低的問題。

為實現上述目的及其他相關目的，本發明提供一種GaN基LED垂直芯片結構的制備方 法，包括步驟：步驟1)，提供一生長襯底，于所述生長襯底上形成包括N-GaN層、量子阱 層及P-GaN層的發光外延結構；步驟2)，刻蝕所述發光外延結構，以形成具有正金字塔型 傾斜側壁的發光外延結構；步驟3)，于所述傾斜側壁表面形成透明絕緣層；步驟4)，于所 述透明絕緣層表面形成反射層；步驟5)，于所述P-GaN層表面形成P焊盤；步驟6)，提 供一鍵合襯底，并鍵合所述鍵合襯底及P焊盤；步驟7)，剝離所述生長襯底露出所述N-GaN 層，形成固定于所述鍵合襯底上的具有倒金字塔型傾斜側壁的發光外延結構；步驟8)，對 裸露的N-GaN層表面進行粗化；步驟9)，于所述N-GaN層表面形成N焊盤。

作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟1)中，所述 N-GaN層直接生長于所述生長襯底上。

作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟3)中，所述 透明絕緣層的材料選用為氧化硅、氧化鋁及氮化硅中的一種。

作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟4)中，采用 蒸鍍工藝制作所述反射層，所述反射層包括粘附金屬層、反射金屬層以及阻擋金屬層。

作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，所述粘附金屬層 選用為Ni及Cr中的一種或兩種，反射金屬層選用為Al及Ag中的一種或兩種，阻擋金屬層 選用為Ti，Pt及Au中的一種或兩種以上。

作為本發明的GaN基LED垂直芯片結構的制備方法的一種優選方案，步驟5)制作P 焊盤包括以下步驟：步驟5-1)，于所述P-GaN層表面制備歐姆接觸的ITO層或Ni層；步驟 5-2)，于所述ITO層或Ni層表面制作Ag反射鏡；步驟5-3)，于所述Ag反射鏡表面制作 Au/Sn金屬鍵合層。