一种垂直结构LED芯片及其制备方法与流程

一种垂直结构led芯片及其制备方法
技术领域
1.本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种垂直结构led芯片及其制备方法。


背景技术：

2.发光二极管(light emitting diode,led)是一种能够将电能转化为可见光的固态半导体器件。随着led产业的发展，大功率led越来越受到人们的青睐，其中垂直结构led芯片具备电流承受能力强和出光效果好等优点。因此，各大led厂商越来越重视垂直结构led芯片的开发。然而，目前的垂直结构led芯片技术仍不够成熟，存在导电率低和发光率低的问题。


技术实现要素：

3.为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种垂直结构led芯片及其制备方法。
4.本发明实施例一方面所采取的技术方案是：
5.一种垂直结构led芯片，包括：
6.衬底层；
7.粘结层，设置在所述衬底层的一侧；
8.键合层，设置在所述粘结层远离所述衬底层的一侧；
9.第一阻挡层，设置在所述键合层远离所述粘结层的一侧；
10.n电极层，设置在所述第一阻挡层远离所述键合层的一侧；
11.绝缘层，设置在所述n电极层远离所述第一阻挡层的一侧；
12.保护层，设置在所述绝缘层远离所述n电极层的一侧；
13.导电层，设置在所述保护层远离所述绝缘层的一侧，所述导电层采用氧化铟锡制备而得；
14.第二阻挡层，设置在所述导电层远离所述保护层的一侧；
15.外延层，设置在所述第二阻挡层远离所述导电层的一侧，所述外延层包括金属反射层、p-gan层、多量子阱层和n-gan层，其中，所述金属反射层设置在所述第二阻挡层远离所述导电层的一侧，所述p-gan层设置在所述金属反射层远离所述第二阻挡层的一侧，所述多量子阱层设置在所述p-gan层远离所述金属反射层的一侧，所述n-gan层设置在所述多量子阱层远离所述p-gan层的一侧；
16.p电极层，分别设置在所述外延层的两侧。
17.作为一种可选的实施方式，所述外延层远离所述第二阻挡层的一侧还设置有钝化层。
18.作为一种可选的实施方式，所述金属反射层采用ag和ni。
19.作为一种可选的实施方式，所述第一阻挡层和所述第二阻挡层由sin
x
和sio2组成。
20.作为一种可选的实施方式，所述p电极层采用cr、ti、al、pt和au中的任意一种制备而得。
21.作为一种可选的实施方式，所述粘结层采用cr、ni、sn、pt和au中的任意一种制备而得。
22.作为一种可选的实施方式，所述键合层采用ni、sn和au中的任意一种制备而得。
23.本发明实施例另一方面所采取的技术方案是：
24.一种垂直结构led芯片的制备方法，包括以下步骤：
25.在硅衬底上依次生长n-gan层、多量子阱层、p-gan层和金属反射层，形成外延层；
26.采用光刻工艺在所述外延层远离所述硅衬底的一侧制作mark点和n电极孔图形，并基于所述mark点和所述n电极孔图形在所述外延层远离所述硅衬底的一侧进行电感耦合等离子刻蚀，刻蚀深度达到所述n-gan层；
27.在所述外延层远离所述硅衬底的一侧制备第二阻挡层；
28.在所述第二阻挡层远离所述外延层的一侧制备导电层，所述导电层采用氧化铟锡制备而得；
29.在所述导电层远离所述第二阻挡层的一侧制备保护层；
30.在所述保护层远离所述导电层的一侧依次制备绝缘层、n电极层、第一阻挡层和键合层；
31.在衬底层上制备粘结层；
32.将所述粘结层和所述键合层对准键合；
33.去除所述硅衬底，并对所述外延层去除了所述硅衬底的表面进行粗糙化处理；
34.在所述外延层的两侧制备p电极层，完成垂直结构led芯片的制备。
35.作为一种可选的实施方式，所述制备方法还包括：
36.在所述垂直结构led芯片上制作光刻图形；
37.基于所述光刻图形对所述外延层进行腐蚀，得到所述垂直结构led芯片的发光面。
38.作为一种可选的实施方式，所述制备方法还包括：
39.在所述外延层远离所述第二阻挡层的一侧沉积钝化层。
40.本发明实施例的垂直结构led芯片及其制备方法，通过在led芯片中设置采用氧化铟锡制备而得的导电层，增强了led芯片的导电性和透明度，改善了led芯片的整体电流结构，从而使基于本发明实施例垂直结构led芯片的led灯具有更高发光通量和更好的光分布均匀性。
附图说明
41.图1为本发明实施例垂直结构led芯片的结构示意图；
42.图2为本发明实施例垂直结构led芯片的制备方法流程图；
43.图3为对比例的垂直结构led芯片的结构示意图。
44.附图标记：1、衬底层；2、粘结层；3、键合层；4、第一阻挡层；5、n电极层；6、绝缘层；7、保护层；8、导电层；9、第二阻挡层；10、金属反射层；11、p-gan层；12、多量子阱层；13、n-gan层；14、钝化层；15、p电极层。
具体实施方式
45.为了使本技术领域的人员更好地理解本技术方案，下面将结合本技术实施例中的
附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本技术保护的范围。
46.本技术的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”和“第四”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
47.在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本技术的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
48.目前的垂直结构led芯片技术仍不够成熟，存在导电率低和发光率低的问题。为此，本发明实施例提出了一种垂直结构led芯片及其制备方法，通过在led芯片中设置采用氧化铟锡制备而得的导电层，增强了led芯片的导电性和透明度，改善了led芯片的整体电流结构，从而使基于本发明实施例垂直结构led芯片的led灯具有更高发光通量和更好的光分布均匀性。
49.如图1所示，本发明实施例提出了一种垂直结构led芯片，所述垂直结构led芯片包括：
50.衬底层1；
51.粘结层2，设置在衬底层1的一侧；
52.键合层3，设置在粘结层2远离衬底层1的一侧；
53.第一阻挡层4，设置在键合层3远离粘结层2的一侧；
54.n电极层5，设置在第一阻挡层4远离键合层3的一侧；
55.绝缘层6，设置在n电极层5远离第一阻挡层4的一侧；
56.保护层7，设置在绝缘层6远离n电极层5的一侧；
57.导电层8，设置在保护层7远离绝缘层6的一侧，导电层8采用氧化铟锡制备而得；
58.第二阻挡层9，设置在导电层8远离保护层7的一侧；
59.外延层，设置在第二阻挡层9远离导电层8的一侧，其中，外延层包括金属反射层10、p-gan层11、多量子阱层12和n-gan层13，其中，金属反射层10设置在第二阻挡层9远离导电层8的一侧，p-gan层11设置在金属反射层10远离第二阻挡层9的一侧，多量子阱层12设置在p-gan层11远离金属反射层10的一侧，n-gan层13设置在多量子阱层12远离p-gan层11的一侧；
60.p电极层15，分别设置在外延层的两侧。
61.其中，在本发明的实施例中，导电层8与保护层7、第二阻挡层9以及金属反射层10相连接。
62.第一阻挡层4和第二阻挡层9为电流阻挡层，第二阻挡层9用于隔绝n电极层5和p电极层15。
63.保护层7为bar保护层，在本发明的一个实施例中，保护层7可采用ti、cr、au和pt组合结构，厚度为1000～1500nm。
64.多量子阱层12为ingan/gan多量子阱层。
65.作为一种可选的实施方式，外延层远离第二阻挡层9的一侧还设置有钝化层14。
66.作为一种可选的实施方式，金属反射层10采用ag和ni。
67.作为一种可选的实施方式，第一阻挡层4和第二阻挡层9由sin
x
和sio2组成。
68.可选地，在本发明的一个实施例中，第一阻挡层4和第二阻挡层9的厚度为0.2μm。
69.作为一种可选的实施方式，p电极层15采用cr、ti、al、pt和au中的任意一种制备而得。
70.可选地，在本发明的一个实施例中，p电极层15的厚度为3200nm。
71.作为一种可选的实施方式，粘结层2采用cr、ni、sn、pt和au中的任意一种制备而得。
72.可选地，在本发明的一个实施例中，粘结层2的厚度为1500nm。
73.作为一种可选的实施方式，键合层3采用ni、sn和au中的任意一种制备而得。
74.可选地，在本发明的一个实施例中，键合层3的厚度为1400nm。
75.基于图1的垂直结构led芯片，本发明实施例提供了一种垂直结构led芯片的制备方法，如图2所示，该制备方法包括以下步骤s201-s210：
76.s201、在硅衬底上依次生长n-gan层、多量子阱层、p-gan层和金属反射层，形成外延层；
77.可选地，在本发明的一个实施例中，硅衬底和外延层的总厚度为2～20μm。
78.s202、采用光刻工艺在外延层远离硅衬底的一侧制作mark点和n电极孔图形，并基于mark点和n电极孔图形在外延层远离硅衬底的一侧进行电感耦合等离子刻蚀，刻蚀深度达到n-gan层；
79.其中，mark点用于工艺对准。
80.s203、在外延层远离硅衬底的一侧制备第二阻挡层；
81.其中，第二阻挡层用于隔绝p电极层和n电极层。
82.在本发明的实施例中，采用等离子体增强化学的气相沉积法沉积第二阻挡层，其中沉积温度为200～300℃，沉积厚度为100nm～300nm。
83.s204、在第二阻挡层远离外延层的一侧制备导电层；
84.其中，导电层采用氧化铟锡制备而得。
85.在本发明的实施例中，导电层在制作第二阻挡层的图形后沉积并光刻腐蚀制得。
86.具体地，采用光刻工艺制作导电层图形，并对导电层图形的表层进行电感耦合等离子腐蚀，其中腐蚀药液采用ito刻蚀液。
87.可选地，在本发明的一个实施例中，导电层的厚度为200～400nm。
88.s205、在导电层远离第二阻挡层的一侧制备保护层；
89.其中，保护层为bar保护层。可选地，保护层可采用ti、cr、au和pt组合结构，厚度为1000～1500nm。
90.具体地，在导电层远离第二阻挡层的一侧使用光刻工艺制作bar保护层的图案，基于bar保护层的图案使用电子束镀膜或者溅射制备bar保护层，并通过剥离去除bar保护层
的图案处的金属。
91.s206、在保护层远离导电层的一侧依次制备绝缘层、n电极层、第一阻挡层和键合层；
92.具体地，在本发明的实施例中，在保护层远离导电层的一侧沉积绝缘层后，采用电子束蒸镀依次蒸镀n电极层、第一阻挡层和键合层。
93.s207、在衬底层上制备粘结层；
94.具体地，在本发明的实施例中，在衬底层上使用电子束蒸镀或者溅射制备粘结层。
95.s208、将粘结层和键合层对准键合；
96.在本发明的实施例中，将步骤s206制备得到的键合层和步骤s207制备得到的粘结层进行对准键合，实现了led芯片p面和n面的翻转，同时大面积的金属键合提升了led芯片的导热效果。
97.s209、去除硅衬底，并对外延层去除了硅衬底的表面进行粗糙化处理；
98.具体地，在本发明的实施例中，对步骤s208得到的led芯片进行研磨、减薄后，采用化学药水进行腐蚀，去除硅衬底。可选地，化学药水选用氢氟酸。
99.采用热的碱性溶液或者碱的熔融物对外延层去除了硅衬底的表面进行粗糙化处理。可选地，在本发明的一个实施例中，采用koh的水溶液对外延层去除了硅衬底的表面进行粗糙化处理，其中koh溶液百分比浓度为0.05％～10％，温度为20℃～90℃。
100.s210、在外延层的两侧制备p电极层，完成垂直结构led芯片的制备。
101.具体地，在本发明的实施例中，采用电子束蒸镀或者溅射在外延层的两侧制备p电极层。
102.在本发明的实施例中，垂直结构led芯片的制备方法还包括以下步骤：
103.1)在垂直结构led芯片上制作光刻图形；
104.2)基于光刻图形对外延层进行腐蚀，得到垂直结构led芯片的发光面。
105.具体地，采用100-1300℃的磷酸溶液腐蚀外延层，得到垂直结构led芯片的发光面。
106.在本发明的实施例中，垂直结构led芯片的制备方法还包括在外延层远离第二阻挡层的一侧沉积钝化层，以对本发明实施例的垂直结构led芯片进行保护。
107.具体地，在沉积了钝化层后，在钝化层上制作光刻图形，使用湿法腐蚀对p电极层处进行腐蚀，使p电极层暴露。
108.对比例：
109.参照图3，将本发明实施例的垂直结构led芯片的导电层8去除，得到对比例的垂直结构led芯片。对本发明实施例的垂直结构led芯片以及对比例的垂直结构led芯片进行发光功率以及发光面积的测量，并计算出发光效率，具体数据如表1所示：
110.表1
111.条件发光功率mw测试电流ma正向电压v发光效率本发明实施例6803502.8767.69％对比例6253502.8662.22％
112.根据表1可知，本发明实施例的垂直结构led芯片的发光功率大于对比例的垂直结构led芯片的发光功率，发光面积大于对比例的垂直结构led芯片的发光面积，发光效率大
于对比例的垂直结构led芯片的发光效率。由此可知，在相同的发光面积下，本发明实施例的垂直结构led芯片具有更高的发光通量，导电性和透明度更高，改善了传统led芯片电极远端暗区的现象，更有利于产业链下游的光路设计，在对发光光斑有特别要求的应用领域有更大的竞争力。
113.根据步骤s201-s210可知，本发明的实施例的垂直结构led芯片通过在led芯片中设置采用氧化铟锡制备而得的导电层，增强了led芯片的导电性和透明度，改善了led芯片的整体电流结构，从而使基于本发明实施例垂直结构led芯片的led灯具有更高发光通量和更好的光分布均匀性。
114.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。