[發明專利]基于應力調控的提高垂直結構LED芯片反射鏡反射率的方法

有效

• 申請號: 201711397628.X
• 申請日: 2017-12-21
• 公開（公告）號: CN108321094B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 李國強
• 申請（專利權）人: 河源市眾拓光電科技有限公司
• 主分類號: H01L21/66
• 分類號: H01L21/66;H01L21/67;H01L33/00;H01L33/10;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市越秀區哲力專利商標事務所(普通合伙) 44288
• 代理人: 邵穗娟;湯喜友

本發明公開了基于應力調控的提高垂直結構LED芯片反射鏡反射率的方法，包括LED外延片生長的步驟、生長不同厚度的納米Ag反射鏡的步驟、對生長得到的納米Ag反射鏡進行系列表征測試的步驟、鍵合及襯底轉移的步驟、制備鈍化層及n電極的步驟、總結應力與LED光輸出功率關系的步驟。通過調控反射鏡Ag層厚度改變反射鏡殘余應力，進而控制反射鏡表面形貌，很大程度上改善了Ag基反射鏡的團簇現象，進而提高了反射鏡的反射率以及垂直結構LED芯片的光輸出效率。

技術領域

本發明涉及一種LED制造技術，尤其涉及一種基于應力調控的提高垂直結構LED芯片反射鏡反射率的方法。

背景技術

隨著LED在照明領域的逐步應用，市場對白光LED光效的要求越來越高， GaN基垂直結構LED具有單面出光，良好的散熱能力，能夠承受大電流注入，這樣一個垂直結構LED芯片可以相當于幾個正裝結構芯片，折合成本只有正裝結構的幾分之一。因此，GaN基垂直結構LED是市場所向，是半導體照明發展的必然趨勢。與傳統的平面結構LED相比，垂直結構LED具有許多優點：垂直結構LED兩個電極分別在LED的兩側，電流幾乎全部垂直流過外延層，沒有橫向流動的電流，電流分布均勻，產生的熱量減少；采用鍵合與剝離的方法將導熱不好的藍寶石襯底去除，換成導電性好并且具有高熱導率的襯底，可有效地散熱；n-GaN層為出光面，該層具有一定的厚度，便于制作表面微結構，以提高光提取效率。總之，與傳統平面結構相比，垂直結構在出光、散熱等方面具有明顯的優勢。

而反射鏡是垂直結構LED芯片最重要的結構之一，形成低接觸電阻高反射率的p型歐姆接觸是獲取低電壓高光輸出功率的LED芯片的必要條件。目前主要采用Ag作為反射鏡的核心材料，因為Ag是可見光波段反射率最高的金屬。但是Ag在GaN表面的黏附性較差，在芯片制程中很容易發生脫落；同時由于其物理化學性質十分活潑，會導致其在300度以上的合金化過程中發生擴散，團簇，氧化等現象，造成Ag反射率的大幅退化，并對GaN造成破壞。目前已有制備疊層結構的Ag基反射鏡為解決Ag的黏附性差和易氧化的問題。但Ag 團簇的現象仍然存在，并且是影響Ag基反射鏡的一大因素。因此解決Ag團簇現象，提高反射率實現高光效LED的重要組成部分。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明的目的在于提供一種基于應力調控的提高垂直結構LED芯片反射鏡反射率的方法。通過調控反射鏡Ag層厚度改變反射鏡殘余應力，進而控制反射鏡表面形貌，很大程度上改善了Ag基反射鏡的團簇現象，進而提高了反射鏡的反射率以及垂直結構LED芯片的光輸出效率。

本發明的目的采用如下技術方案實現：基于應力調控的提高垂直結構LED 芯片反射鏡反射率的方法，包括，

LED外延片生長的步驟：首先在Si襯底上外延生長LED外延片，包括生長在Si襯底上的n型摻雜GaN薄膜，生長在n型摻雜GaN薄膜上的InGaN/GaN 量子阱，生長在InGaN/GaN量子阱上的p型摻雜GaN薄膜；生長不同厚度的納米Ag反射鏡的步驟：在LED外延片表面使用電子束蒸發設備，依次蒸鍍Ni、 Ag、Ni三層反射鏡金屬；接著對反射鏡在快速退火爐內進行高溫退火；

對生長得到的納米Ag反射鏡進行系列表征測試的步驟：對測試片首先采用 SEM、AFM測試得到納米Ag反射鏡表面的原子排布形貌、粗糙度的參數；其次采用分光光度計測量納米Ag反射鏡的反射率；然后采用HRXRD測試其標準 2TO圖譜，采用相應應力計算公式計算納米Ag反射鏡的內應力及熱應力；再進行應力補償計算，補償應力大小為內應力與熱應力之差的絕對值；最終綜合以上測量方法得到納米Ag反射鏡的厚度－應力－反射率的關系；

鍵合及襯底轉移的步驟：對退火后的納米Ag反射鏡再次進行蒸鍍Cr、Pt、Au 金屬得到Cr/Pt/Au金屬保護層，再蒸鍍Au、Sn鍵合金屬，得到的Au/Sn鍵合層，使用金屬高溫高壓鍵合的方式將LED外延片轉移至導電的Si(100)襯底上；使用化學腐蝕方法剝離原有外延Si襯底；