[發明專利]一種應力可調的垂直結構LED芯片及其制備方法

有效

• 申請號: 201810541418.1
• 申請日: 2018-05-30
• 公開（公告）號: CN108767083B
• 公開（公告）日: 2021-01-26
• 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: H01L33/46
• 分類號: H01L33/46;H01L33/36;H01L33/32;H01L33/06;H01L33/00
• 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: 曾嘉儀;徐朝榮

1.一種應力可調的垂直結構LED芯片，其特征在于，從下至上依次包括TiW基背金層、導電Si(100)襯底、鍵合層、第一TiW基保護層、Ag基反射鏡層、LED外延片和Ti/Al/W/Au的n電極層；LED外延片包括生長在Si襯底外延面上的n型摻雜GaN層，生長在n型摻雜GaN層上的InGaN/GaN量子阱層，生長在InGaN/GaN量子阱層上的p型摻雜GaN層；

所述Si襯底以(111)面為外延面；所述n型摻雜GaN層的厚度為1～5μm，摻雜濃度為1×1018～10×1018cm^-3；所述InGaN/GaN量子阱層為1～18個周期的InGaN阱層/GaN壘層，其中InGaN阱層的厚度為1～10nm，GaN壘層的厚度為1～18nm；所述p型摻雜GaN層的厚度為100～600nm，摻雜濃度為3×1017～9×1017cm^-3；

所述應力可調的垂直結構LED芯片由以下方法制備，包括，

LED外延片生長步驟：在Si襯底上外延生長LED外延片，LED外延片包括生長在Si襯底上的n型摻雜GaN層，生長在n型摻雜GaN層上的InGaN/GaN量子阱層，生長在InGaN/GaN量子阱層上的p型摻雜GaN層；

濺射Ag基反射鏡層步驟：在LED外延片的p型摻雜GaN層表面使用磁控濺射得到Ag基反射鏡層；

退火步驟：將Ag基反射鏡層放置于退火爐中進行退火；

濺射應力可調TiW基保護層步驟：在退火后的Ag基反射鏡層的表面濺射第一TiW基保護層；第一TiW基保護層的直流濺射功率3～6kW，濺射氣壓為6×10^-3～28×10^-3mbar，濺射溫度為80～90℃，濺射氣體Ar氣的流量為80～120sccm；第一TiW基保護層的厚度為200～2000nm；第一TiW基保護層的應力可調范圍為-1000～800MPa；

鍵合及襯底轉移步驟：LED外延片上電子束蒸發鍵合層，然后在導電Si(100)襯底的拋光面蒸鍍相同的鍵合層，再將包括Ag基反射鏡層、第一TiW基保護層、鍵合層的LED外延片與導電Si(100)襯底鍵合在一起，鍵合面為LED外延片的鍵合層和導電Si(100)襯底上的鍵合層，再使用腐蝕液剝離原有Si襯底；

襯底保護層濺射步驟：在導電Si(100)襯底上的非拋光面濺射第二TiW基保護層；第二TiW基保護層的直流濺射功率為2～4kW，濺射氣壓為5×10^-3～18×10^-3mbar，濺射溫度為70～80℃，濺射氣體Ar氣的流量為60～110sccm；第二TiW基保護層的厚度為300～1000nm；第二TiW基保護層的應力可調范圍為-1000～+800MPa；

制備PA層及n電極步驟：通過PECVD沉積SiO₂鈍化層，采用勻膠、光刻、顯影標準光刻工藝，依次制備LED芯片上的n電極圖案；再使用電子束蒸發設備，在LED外延片表面依次沉積Ti/Al/W/Au的n電極層；再去除多余電極金屬，得到預處理LED芯片；

減薄步驟：對導電Si(100)襯底進行減薄處理，將第二TiW基保護層減薄掉，再在導電Si(100)襯底上濺射TiW基背金層，得到垂直結構LED芯片；TiW基背金層的直流濺射功率為2～4kW，濺射氣壓為5×10^-3～18×10^-3mbar，濺射溫度為70～80℃，濺射氣體Ar氣的流量為60～110sccm；濺射TiW基背金層的厚度為300～1000nm；TiW基背金層的應力可調范圍為-1000～+800MPa。

2.如權利要求1所述的應力可調的垂直結構LED芯片，其特征在于，濺射Ag基反射鏡層步驟中，直流濺射功率為1～5kW，濺射氣壓為5×10^-3～30×10^-3mbar，濺射溫度為75～90℃，濺射氣體Ar氣的流量為80～130sccm；濺射得到的Ag基反射層的厚度為75～250nm，Ag基反射鏡為AgNi、AgAl、AgMg和AgCu中的一種或者任意組合。