CN105206716B - 一种垂直结构发光二极管的制作方法 - Google Patents

一种垂直结构发光二极管的制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种垂直结构发光二极管的制作方法，属于半导体技术领域。所述制作方法包括：在蓝宝石衬底上依次生长的Al1‑xGaxN缓冲层、N型层、发光层、P型层、金属反光层，0≤x≤1且x沿Al1‑xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大；将金属反光层与永久基板键合，永久基板采用导电材料；采用激光技术在外延层上开设从永久基板延伸到Al1‑xGaxN缓冲层的划道；采用KOH溶液从划道腐蚀外延层，将蓝宝石衬底从外延层上剥离；在Al1‑xGaxN缓冲层上设置N电极；采用劈裂技术将外延层和永久基板分割成多个发光二极管芯片，永久基板为发光二极管芯片的P电极。本发明提高了LED的良率。

Description

一种垂直结构发光二极管的制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种垂直结构发光二极管的制作方法。
背景技术
目前GaN基发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)通常异质外延在与之晶系结构相容的蓝宝石衬底上，但蓝宝石衬底的电导率和热导率都较低，影响器件的电学特性和寿命。
为了解决蓝宝石衬底对GaN基LED性能的限制，通常在蓝宝石衬底上形成GaN基外延层之后，先在GaN基外延层上形成金属反射层，并将金属反射层与Si衬底键合，再采用激光剥离技术，在蓝宝石衬底与GaN基外延层的接触面进行激光剥离，得到Si衬底的GaN基LED。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
激光剥离对GaN基外延层有损伤，造成LED漏电，降低LED的良率。
发明内容
为了解决现有技术对GaN基外延层有损伤的问题，本发明实施例提供了一种垂直结构发光二极管的制作方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种垂直结构发光二极管的制作方法，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上生长外延层，所述外延层包括在所述蓝宝石衬底上依次生长的Al1-xGaxN缓冲层、N型层、发光层、P型层、金属反光层，其中，0≤x≤1且x沿所述Al1-xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大；
将所述金属反光层与永久基板键合，所述永久基板采用导电材料；
采用激光技术在所述外延层上开设从所述蓝宝石衬底延伸到所述Al1-xGaxN缓冲层的划道；
采用KOH溶液从所述划道腐蚀所述外延层，将所述蓝宝石衬底从外延层上剥离，所述KOH溶液的温度为30-100℃，所述KOH溶液的摩尔浓度为1-30mol/L；
在所述Al1-xGaxN缓冲层上设置N电极；
采用劈裂技术将所述外延层和所述永久基板分割成多个发光二极管芯片，其中，所述永久基板为所述发光二极管芯片的P电极。
可选地，所述划道的深度为10-200μm，各所述划道之间的距离为0.01-1mm。
可选地，所述金属反光层为NiAg、Ag、Al、NiAl、CrAl、Au或者Pt。
在本发明一种可能的实现方式中，所述将所述金属反光层与永久基板键合，包括：
采用粘合胶将所述金属反光层与所述永久基板键合。
可选地，所述粘合胶为硅胶或者环氧树脂。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述将所述金属反光层与永久基板键合，包括：
在所述金属反光层上形成第一金属层；
在所述永久基板上形成第二金属层；
采用高温压合所述第一金属层和所述第二金属层。
可选地，所述采用高温压合所述第一金属层和所述第二金属层，可以包括：
在200-400℃的温度下，压合所述第一金属层和所述第二金属层。
可选地，所述第一金属层为Au，所述第二金属层为AuSn；或者，所述第一金属层为AuSn，所述第二金属层为Au；或者，所述第一金属层和所述第二金属层均为AuSn；或者，所述第一金属层和所述第二金属层均为Au。
可选地，所述导电材料为Si、Cu、Au或者Pt。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用KOH溶液从延伸到Al1-xGaxN缓冲层的划道腐蚀外延层，Al1-xGaxN缓冲层中x沿Al1-xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大，由于KOH溶液对Al1-xGaxN的腐蚀速率随x的增大而降低，因此腐蚀后的Al1-xGaxN缓冲层的体积与蓝宝石衬底接触的部分最小，从而实现将蓝宝石衬底从外延层上剥离。由于采用的是湿法腐蚀的方式，因此不会对GaN基外延层有损伤，提高了LED的良率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种垂直结构发光二极管的制作方法的流程图；
图2a-图2f是本发明实施例提供的制作发光二极管的过程中发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例
本发明实施例提供了一种垂直结构发光二极管的制作方法，参见图1，该制作方法包括：
步骤101：在蓝宝石衬底上生长外延层。
在本实施例中，外延层包括在蓝宝石衬底上依次生长的Al1-xGaxN缓冲层、N型层、发光层、P型层、金属反光层。其中，0≤x≤1且x沿Al1-xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大。
图2a为执行步骤101后得到的LED的结构示意图。其中，1表示蓝宝石衬底，2表示Al1-xGaxN缓冲层，3表示N型层，4表示发光层，5表示P型层，6表示金属反光层。
具体地，N型层可以为N型GaN层，发光层可以为交替生长的GaN层和InGaN层，P型层可以为P型GaN层。
可以理解地，Al1-xGaxN缓冲层降低GaN直接在蓝宝石衬底上沉积导致的晶格失配问题，有利于提高外延生长质量，提高了LED芯片的发光效率。
优选地，P型层与金属反光层之间采用欧姆接触，降低了LED芯片的电压。
可选地，金属反光层可以为NiAg、Ag、Al、NiAl、CrAl、Au或者Pt。
优选地，金属反光层可以为NiAg。由于Ni可以与P型GaN之间形成欧姆接触，因此可以降低LED的电压。
在实际应用中，金属反光层可以采用溅射技术形成在P型层上。
步骤102：将金属反光层与永久基板键合。
图2b为执行步骤102后得到的LED的结构示意图。其中，1表示蓝宝石衬底，2表示Al1-xGaxN缓冲层，3表示N型层，4表示发光层，5表示P型层，6表示金属反光层，7表示永久基板。
在本实施例中，永久基板采用导电材料。
可选地，导电材料可以为Si、Cu、Au或者Pt。
优选地，导电材料可以为Si，实现成本低、应用广泛、稳定性好。
需要说明的是，Si对蓝绿光的吸收系数较高，此时可以通过金属反光层将射向永久基板(Si)的光反射，以减小永久基板对蓝绿光的吸收，提高出光效率。
在本实施例中的一种实现方式中，该步骤102可以包括：
采用粘合胶将金属反光层与永久基板键合。
可选地，粘合胶可以为硅胶或者环氧树脂。
在本实施例中的另一种实现方式中，该步骤102可以包括：
在金属反光层上形成第一金属层；
在永久基板上形成第二金属层；
采用高温压合第一金属层和第二金属层。
具体地，采用高温压合第一金属层和第二金属层，可以包括：
在200-400℃的温度下，压合第一金属层和第二金属层。
可选地，第一金属层可以为Au，第二金属层可以为AuSn。
可选地，第一金属层可以为AuSn，第二金属层可以为Au。
可选地，第一金属层和第二金属层可以均为AuSn。
优选地，第一金属层和第二金属层可以均为Au，稳定、耐高温。
步骤103：采用激光技术在外延层上开设从蓝宝石衬底延伸到Al1-xGaxN缓冲层的划道。
图2c为执行步骤103后得到的LED的结构示意图。其中，1表示蓝宝石衬底，2表示Al1-xGaxN缓冲层，3表示N型层，4表示发光层，5表示P型层，6表示金属反光层，7表示永久基板，20表示划道。
可选地，划道的深度可以为10-200μm。
优选地，划道的深度可以为10-30μm。实验证明，划道越深，LED的发光亮度越低，在10-30μm范围内划道深度的LED发光亮度好。
可选地，各划道之间的距离可以为0.01-1mm，以符合各种LED产品大小的要求。
优选地，各划道之间的距离可以为0.01-0.1mm。可以理解地，LED芯片越小，剥离越容易，因此划道间距离为0.01-0.1mm的LED芯片剥离效果好。
步骤104：采用KOH溶液从划道腐蚀外延层，将蓝宝石衬底从外延层上剥离。
图2d为执行步骤104后得到的LED的结构示意图。其中，2表示Al1-xGaxN缓冲层，3表示N型层，4表示发光层，5表示P型层，6表示金属反光层，7表示永久基板，20表示划道。
可选地，KOH溶液的温度可以为30-100℃。
可选地，KOH溶液的摩尔浓度可以为1-30mol/L，可达到理想的腐蚀速度。
步骤105：在Al1-xGaxN缓冲层上设置N电极。
图2e为执行步骤105后得到的LED的结构示意图。其中，2表示Al1-xGaxN缓冲层，3表示N型层，4表示发光层，5表示P型层，6表示金属反光层，7表示永久基板，8表示N电极，20表示划道。
步骤106：采用劈裂技术将外延层和永久基板分割成多个发光二极管芯片。
其中，永久基板为发光二极管芯片的P电极。
图2f为执行步骤106后得到的LED的结构示意图。其中，2表示Al1-xGaxN缓冲层，3表示N型层，4表示发光层，5表示P型层，6表示金属反光层，7表示永久基板，8表示N电极。
本发明实施例通过采用KOH溶液从延伸到Al1-xGaxN缓冲层的划道腐蚀外延层，Al1-xGaxN缓冲层中x沿Al1-xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大，由于KOH溶液对Al1-xGaxN的腐蚀速率随x的增大而降低，因此腐蚀后的Al1-xGaxN缓冲层的体积与蓝宝石衬底接触的部分最小，从而实现将蓝宝石衬底从外延层上剥离。由于采用的是湿法腐蚀的方式，因此不会对GaN基外延层有损伤，提高了LED的良率。而且，KON溶液腐蚀后的Al1-xGaxN缓冲层的体积沿Al1-xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大，有利于出光路径的改变，增加了出光效率。另外，本发明制作的LED为垂直结构，电流垂直流过外延层，横向流动的电流极少，可以避免正装结构的电流拥挤问题，提高了发光效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种垂直结构发光二极管的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上生长外延层，所述外延层包括在所述蓝宝石衬底上依次生长的Al1- xGaxN缓冲层、N型层、发光层、P型层、金属反光层，其中，0≤x≤1且x沿所述Al1-xGaxN缓冲层的生长方向逐渐增大；
将所述金属反光层与永久基板键合，所述永久基板采用导电材料；
采用激光技术在所述外延层上开设从所述蓝宝石衬底延伸到所述Al1-xGaxN缓冲层的划道；
采用KOH溶液从所述划道腐蚀所述外延层，将所述蓝宝石衬底从外延层上剥离，所述KOH溶液的温度为30-100℃，所述KOH溶液的摩尔浓度为1-30mol/L；
在所述Al1-xGaxN缓冲层上设置N电极；
采用劈裂技术将所述外延层和所述永久基板分割成多个发光二极管芯片，其中，所述永久基板为所述发光二极管芯片的P电极。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述划道的深度为10-200μm，各所述划道之间的距离为0.01-1mm。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述金属反光层为NiAg、Ag、Al、NiAl、CrAl、Au或者Pt。
4.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述将所述金属反光层与永久基板键合，包括：
采用粘合胶将所述金属反光层与所述永久基板键合。
5.根据权利要求4所述的制作方法，其特征在于，所述粘合胶为硅胶或者环氧树脂。
6.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述将所述金属反光层与永久基板键合，包括：
在所述金属反光层上形成第一金属层；
在所述永久基板上形成第二金属层；
采用高温压合所述第一金属层和所述第二金属层。
7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述采用高温压合所述第一金属层和所述第二金属层，包括：
在200-400℃的温度下，压合所述第一金属层和所述第二金属层。
8.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，所述第一金属层为Au，所述第二金属层为AuSn；或者，所述第一金属层为AuSn，所述第二金属层为Au；或者，所述第一金属层和所述第二金属层均为AuSn；或者，所述第一金属层和所述第二金属层均为Au。
9.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述导电材料为Si、Cu、Au或者Pt。
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