CN108389952A - 一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法 - Google Patents

一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108389952A
CN108389952A CN201810168581.8A CN201810168581A CN108389952A CN 108389952 A CN108389952 A CN 108389952A CN 201810168581 A CN201810168581 A CN 201810168581A CN 108389952 A CN108389952 A CN 108389952A
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
etching
gan
trepanning
mesa
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201810168581.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108389952B (zh
Inventor
李国强
张云鹏
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
South China University of Technology SCUT
Original Assignee
South China University of Technology SCUT
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by South China University of Technology SCUT filed Critical South China University of Technology SCUT
Priority to CN201810168581.8A priority Critical patent/CN108389952B/zh
Publication of CN108389952A publication Critical patent/CN108389952A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108389952B publication Critical patent/CN108389952B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/48—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor body packages
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片及其制备方法，包括在外延衬底上制备n型掺杂GaN层，InGaN/GaN多量子阱层，p型掺杂GaN层，再在LED外延片表面制备纳米Ag基反射镜，反射镜保护层、MESA开孔、绝缘层；再填充孔内的N金属电极及键合层金属；然后将LED外延层转移至Si衬底上；接着采用干湿法相结合的方法制备MESA切割道；再制备钝化层PA、P电极图案、P电极金属，形成LED芯片。本发明通过优化干、湿法刻蚀MESA切割道的厚度比值，获得切割道边缘整齐，无腐蚀液内渗，无白边，无金属侧壁攀爬及反溅且工艺稳定易控制的GaN MESA切割道，也解决了LED芯片漏电问题。

Description

一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片及其制备方法
技术领域
本发明涉及LED制造领域，特别涉及一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片及其制备方法。
背景技术
随着LED在照明领域的逐步应用，市场对白光LED光效的要求越来越高，目前LED市场涌现的GaN基垂直线形结构LED芯片，因其具有单面出光，良好的散热能力，能够承受大电流注入，成本为正装结构的几分之一等一系列优势，正在逐步替代蓝宝石基水平结构LED芯片，成为大功率LED市场的首选品。但垂直线形结构LED同样具有其缺点，其一，由于其N电极置于出光面，存在严重的电极挡光问题；其二，位于电极线下的电流扩展层（CBL）制造的电流扩展能力属于2D层面，未能在整个外延层形成良好均匀的电流扩展能力；其三，电流扩展能力不足不能够满足其在超电流下驱动的条件。而3D 通孔超结构芯片是采用光刻配合干法刻蚀的方法在外延片p-GaN表面进行打孔，孔一直延伸至n-GaN，在孔内沉积金属电极。因此，孔周围是一个3D层面的电流扩展，远优于垂直线形结构的2D电流扩展；分布均匀的孔能够提升n-GaN表面的2D电流扩展能力；所以，3D 通孔超结构除了完美继承垂直线形结构的优点之外，还将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，使其电流分布均匀性，光效大幅提升。其二，优异的电流扩展能力能够给通孔结构芯片带来优秀的超电流驱动能力，超电流驱动LED照明已成为发展趋势，未来将有更多领域将要应用大功率LED照明，如车用照明，商用照明，路灯照明，智能家居照明等等。因此，超驱动照明具有强大的市场发展前景和潜力。
虽然3D通孔超结构LED芯片在拥有如此多的优点，但其也存在不小的难度，MESA切割道漏电就是其中存在的重要问题, 切割道漏电会导致漏电流良率不达标, 导致LED芯片电性能不达标。目前切割道的开孔方式主要有两种，一种是用化学溶液进行湿法腐蚀，另外一种是通过电感耦合等离子体刻蚀工艺进行干法刻蚀。湿法腐蚀存在MESA切割道白边、切割道边缘外观良率不达标，切割道边缘腐蚀液渗入半导体及金属层、腐蚀工艺不稳定，难控制等缺点；而干法刻蚀虽然能够解决切割道边缘外观不良，工艺不稳定的缺点，但也存在等离子体过轰导致的金属反溅，金属攀爬至MESA侧壁等问题，这些问题都会导致不同程度的切割道漏电，因此解决上述难题是实现高性能、高良率3D通孔超结构LED芯片制备的必由之路，也是实现大功率，超驱动LED照明技术的必由之路。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片及其制备方法，能够解决湿法腐蚀或者干法刻蚀中存在的关键问题，从而实现高性能、高良率3D通孔超结构LED芯片制备，也是实现大功率，超驱动LED照明技术。
首先在外延衬底上外延生长LED外延片，包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。
接着，在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，配合标准光刻工艺及标准lift-off制程制备具有孔图形的纳米Ag基反射镜，反射镜保护层。通过标准光刻工艺及干法湿法刻蚀工艺制备MESA 开孔，利用PECVD工艺制备绝缘层；再利用标准光刻工艺及磁控溅射或电子束蒸发工艺制备填充孔内的N金属电极及键合层金属；利用键合机将LED外延层转移至高掺杂导电的Si(100)衬底上，并结合减薄机、化学腐蚀方法剥离旧的生长衬底；接着采用干湿法相结合的方法进行MESA切割道的制备；再采用PECVD制备钝化层PA；其后再次通过标准光刻工艺及干法湿法刻蚀工艺制备P电极图案，使用磁控溅射或电子束蒸发及lift-off工艺制备P电极金属，最终形成完整的硅基垂直3D打孔结构LED芯片的制备。
本发明的目的具体通过以下技术方案实现。
一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供外延衬底，在外延衬底上外延生长LED外延片，包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN层，生长在n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN多量子阱层，生长在InGaN/GaN多量子阱层上的p型掺杂GaN层；
（2）在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，蒸镀纳米Ag基反射镜，再将制备的纳米Ag基反射镜置于快速退火炉内进行高温退火，然后将退火后的纳米Ag基反射镜进行光刻及湿法腐蚀处理，获得第一开孔；
（3）在腐蚀后的纳米Ag基反射镜上制备反射镜保护层，并配合光刻及lift-off方法得到第二开孔；所述反射镜保护层覆盖所述第一开孔的底部及侧壁，所述反射镜保护层的材料为TiW、Pt、Au、Ni和Al中的一种或者几种的组合；
（4）在步骤（3）的第二开孔内形成贯穿所述p型掺杂GaN层及发光层InGaN/GaN多量子阱层的第三开孔，第四深孔的底部位于所述n型掺杂GaN层内，并未贯穿n型掺杂GaN层；刻蚀上电极功率为100W-300W，下电极功率为50W-200W，刻蚀速率为10埃/秒-25埃/秒；
（5）在所述第三开孔内形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述第三开孔的底部及侧壁，所述第一绝缘层的材料是二氧化钛、二氧化硅或氮化硅；
（6）在所述第三开孔所在区域的第一绝缘层内形成第四开孔，所述第四开孔暴露出位于所述第三开孔底部的n型掺杂GaN层；在第三开孔区域内用BOE腐蚀工艺去除对应第四开孔区域的第一绝缘层；
（7）在所述第四开孔内填充N电极金属；所述N电极金属的上表面与所述第一绝缘层的上表面在同一水平线，所述N电极金属为Al、Ti、W、Au、Cr、Mo、Pt和Ag中的一种或者几种的组合；
（8）在步骤（5）得到的结构表面形成第一金属键合层，提供键合衬底，在所述第一金属键合层的正面形成第二金属键合层，在所述键合衬底的背面形成第一背金层，所述键合衬底通过所述第一及第二金属键合层键合于所述第一绝缘层；所述第一键合层和第二键合层的金属为Sn-Ni，替代Au-Sn大幅降低键合成本；
（9）剥离外延生长衬底，所述剥离外延生长衬底的方法为机械研磨加化学蚀液腐蚀，再对剥离外延生长衬底后的芯片表面使用干法刻蚀去除芯片缓冲层，将n型掺杂GaN层的背面完全暴露出来，并采用化学溶液对n型掺杂GaN层进行粗化处理，以减少GaN-空气界面的全反射效应；所述化学蚀液是氢氟酸、硝酸和冰醋酸的一种或者几种的组合，所述干法刻蚀所用化学药剂为KOH/NaOH的热溶液、KOH/NaOH的熔融物中的一种；
（10）在粗化后的n型掺杂GaN层表面，制备SiO2掩模层，再采用标准光刻工艺做好MESA切割道图形，去除MESA切割道处图形的SiO2，再采用电感耦合等离子体刻蚀机台刻蚀MESA切割道图形处的GaN，刻蚀至一定剩余厚度时停止刻蚀，采用plasma吹扫刻蚀表面，使表面干净无杂物；所述刻蚀气体为Cl2/BCl3混合气体；所属刻蚀上电极功率为200W-500W，下电极功率为80W-300W，所述刻蚀的速率为15埃/秒-50埃/秒；
（11）用台阶仪测试步骤（10）中剩余厚度，与刻蚀预设值相比对，并以此为实际值；若未达到设定值，则加刻；
（12）将步骤（10）中所得样品转移至自动酸洗机台中，采用热的磷酸溶液进行湿法腐蚀，所述磷酸溶液的温度为80—200℃，达到预设腐蚀值时，送至台阶仪下检测厚度，再送至金相显微镜下检测外观形貌；
（13）所述干法刻蚀和湿法刻蚀的GaN厚度比为3：1~6：1；
（14）在步骤（12）得到样品表面制备第二绝缘层，并配合标准光刻、刻蚀、电子束蒸发及lift-off工艺形成P电极；所述P电极的金属为Cr、Pt、Au、Ni、Ti和TiW中的一种或者几种的组合。
优选的，步骤（1）所述外延衬底是硅衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、LSAT（钽铝酸锶镧）衬底或LiGaO2（镓酸锂）衬底。
优选的，所述Si衬底以(111) 面为外延面。
优选的，步骤（2）所述纳米Ag基反射镜的厚度为25~300 nm，所述湿法腐蚀用氨水双氧水混合液或盐酸溶液腐蚀。
优选的，步骤（3）所述反射层保护层的厚度为100nm-5000nm。
优选的，步骤（5）所述第一绝缘层的厚度为400nm-4000nm。
优选的，步骤（7）所述N电极金属的厚度为200nm-2000nm。
优选的，步骤（8）所述第一键合层的厚度为500nm-5000nm，所述第二键合层的厚度为300nm-2000nm。
优选的，步骤（10）所述混合气体的体积比例为1：1-10：1。
优选的，步骤（14）所述P电极的厚度为1-5um。
由以上所述的制备方法制得的一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
（1）本发明将电感耦合等离子体刻蚀和热磷酸湿法腐蚀相结合，不仅完美克服了干法刻蚀MESA切割道工艺中等离子体过轰导致的金属反溅，金属攀爬至MESA侧壁的缺点，而且也克服了湿法腐蚀MESA切割道工艺中存在白边、锯齿状边缘导致的腐蚀液渗入半导体及金属层、腐蚀工艺不稳定，难控制等缺点，从而解决了上述缺点导致的LED芯片漏电问题。
（2）本发明通过优化调控干法刻蚀MESA切割道和湿法腐蚀MESA切割道的厚度比值，可以获得切割道边缘整齐，无腐蚀液内渗，无白边，无金属侧壁攀爬及反溅且工艺稳定易控制的GaN MESA切割道，也解决了3D通孔超结构LED芯片的漏电问题。
（3）本发明将整片LEDwafer的漏电流（IR）良率大幅提升，可达到90%以上。
（4）本发明制备的LED芯片除了完美继承垂直线形结构的优点之外，还将线形结构的2D电流扩展能力转化为3D电流扩展能力，使其电流分布均匀性得到大幅提升，光效大幅提升。
（5）本发明制备的LED芯片具有优异的电流扩展能力，能够给打孔结构芯片带来优秀的超电流驱动能力。
附图说明
图1为本发明一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片的制备流程图。
图2为本发明一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片开孔俯视分布图。
图3为常用湿法腐蚀MESA切割道的切割道锯齿状边缘及白边的显微镜图片。
图4为采用湿法腐蚀MESA切割道的方法制成的LED芯片的IR mapping图。
图5为采用干法刻蚀MESA切割道的方法制成的LED芯片的IR mapping图。
图6为本发明采用干法刻蚀结合湿法腐蚀MESA切割道的显微镜图片。
图7为本发明实施例1采用干法刻蚀结合湿法腐蚀MESA切割道的方法制成的LED芯片的IR mapping图。
图8为本发明实施例2采用干法刻蚀结合湿法腐蚀MESA切割道的方法制成的LED芯片的IR mapping图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）提供硅衬底，在硅衬底上外延生长LED外延片，包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN/GaN多量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。所述硅衬底以(111) 面为外延面。所述n型掺杂GaN薄膜的厚度为2.5um；所述InGaN/GaN量子阱为12个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN阱层的厚度为3nm,GaN垒层的厚度为11nm; 所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为300nm；
（2）在LED外延片表面使用电子束蒸发工艺蒸镀纳米Ag基反射镜，蒸发速率均为3Å/s，蒸发温度为88℃，将制备的纳米Ag基反射镜置于快速退火炉内进行高温退火，退火温度为430℃，退火时间为180秒，并将所述退火后的纳米Ag反射镜通过标准光刻制程（匀胶90秒，曝光15秒，显影40秒）及湿法腐蚀进行处理，获得第一开孔100。所述纳米Ag基反射镜厚度为225nm。所述湿法腐蚀用氨水双氧水混合液腐蚀，氨水双氧水混合液中氨水、双氧水的体积比为1：3，腐蚀360秒。
（3）在步骤（2）所得反射镜之上采用电子束蒸发工艺蒸镀制备反射镜保护层，蒸发速率均为8Å/s，蒸发温度为100℃，并配合标准光刻（匀胶90秒，曝光30秒，显影40秒）及蓝膜lift-off方法得到第二开孔101。所述反射镜保护层覆盖所述第一开孔的底部及侧壁；所述反射镜保护层的材料为TiW/Pt（1400/600nm），所述反射层保护层的厚度为2000nm。
（4）在步骤（3）第二开孔内采用ICP干法刻蚀贯穿p型GaN层及发光层多量子阱的第三开孔102，第三开孔的底部位于所述n-GaN层内，并未贯穿n-GaN；所述刻蚀上电极功率为300W，所述下电极功率为100W，所述刻蚀速率为22埃/秒。
（5）在所述第三开孔采用PECVD制备形成第一绝缘层，生长温度为450℃，所述第一绝缘层覆盖所述第三开孔的底部及侧壁。所述第一绝缘层的材料是二氧化钛、二氧化硅或氮化硅，所述第一绝缘层的厚度为20000nm。
（6）利用标准光刻工艺（匀胶90秒，曝光15秒，显影40秒），在所述第三开孔N孔对应的绝缘层内部显影出n-pad第四开孔103图形，并采用BOE腐蚀工艺去除对应所述第四开孔区域的第一绝缘层，所述BOE溶液是成分为氢氟酸：氟化铵质量比=1：7的一种混合溶液，腐蚀180秒。则所述第四开孔暴露出位于所述第三开孔底部所述n型GaN层。
（7）在所述第四开孔内采用电子束蒸发填充N电极金属，蒸发速率均为1Å/s，蒸发温度为60℃，，所述N电极金属的上表面与所述第一绝缘层的上表面在同一水平线。所述N电极金属为Ti/Al/W/Ag，所述N电极金属的厚度为1000nm。
（8）采用电子束蒸发在步骤（5）得到的结构表面形成第一金属键合层。提供键合衬底，在所述键合层的正面形成第二金属键合层。在所述键合衬底的背面形成第一背金层，蒸发速率均为8Å/s，蒸发温度为室温。所述键合衬底通过所述第一及第二金属键合层键合于所述第一绝缘层。
所述第一键合层和所述第二键合层的金属为Sn-Ni，替代Au-Sn大幅降低键合成本。所述第一键合层的厚度为2000nm，所述第二键合层的厚度为2000nm。
（9）剥离外延生长衬底，所述剥离外延生长衬底的方法为机械研磨加化学蚀液腐蚀，机械研磨采用研磨机进行粗磨，化学腐蚀液采用体积比为1：2：4的HF/HNO3/醋酸混合溶液。将n-GaN的背面完全暴露出来，并采用化学溶液对n-GaN进行粗化处理，以减少GaN-空气界面的全反射效应。所述化学溶液为KOH/NaOH的热溶液（ KOH与NaOH的质量比为1：2），粗化时间为7分钟，粗化方式为100℃水浴加热加垂直震荡的方式。
（10）在所述粗化后的n-GaN表面，采用PECVD制备氮化硅掩模层，生长温度为270℃，再采用标准光刻工艺（匀胶90秒，曝光15秒，显影40秒）做好MESA切割道图形，采用BOE溶液去除MESA切割道处图形的氮化硅，再采用电感耦合等离子体刻蚀机台刻蚀MESA切割道图形处的GaN，刻蚀至剩余0.6um时停止刻蚀，采用plasma吹扫刻蚀表面，使表面干净无杂物。刻蚀气体为Cl2/BCl3混合气体。所述混合气体的体积比为1：1；刻蚀上电极功率为350W，所述下电极功率为200W，所述刻蚀速率为30埃/秒。
（11）用台阶仪测试步骤（10）中剩余厚度，与刻蚀预设值相比对，并以此为实际值。若未达到设定值，则加刻。
（12）将步骤（10）中所得样品转移至自动酸洗机台中，采用热的磷酸溶液进行湿法腐蚀，所述磷酸溶液的温度为180℃，所述磷酸溶液的浓度为14.63mol/L，达到预设腐蚀值时，送至台阶仪下检测厚度，再送至金相显微镜下检测外观形貌。
（13）干法刻蚀和湿法刻蚀的GaN厚度比为6：1。
（14）在所述步骤（12）得到样品表面采用PECVD制备第二绝缘层，并配合标准光刻（匀胶90秒，曝光30秒，显影40秒）、刻蚀（同步骤（4））、电子束蒸发（同步骤（8））及蓝膜lift-off工艺形成P电极，得3D通孔超结构LED芯片。所述P电极金属为Cr/Pt/Au。所述P电极厚度为5um。
（15）本实施例最终制成的LED芯片的片内IR良率mapping图如图7所示，小于0.1uA（小于0.1uA则为IR合格）的比率为92%；相较常规干法腐蚀MESA切割道的IR mapping图，如图5所示的64.4%；相较常规湿法腐蚀MESA切割道的IR mapping图，如图4所示的47.7%，有非常大的提升，说明漏电率大幅下降。本发明很好的将湿法和干法刻蚀结合起来，使IR良率得到质的提升。实施例2
一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片的制备方法，包括以下制备步骤：
（1）提供GaN衬底，在外延衬底上外延生长LED外延片，包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN多量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜。所述n型掺杂GaN薄膜的厚度为3.5um；所述InGaN/GaN量子阱为6个周期的InGaN阱层/GaN垒层，其中InGaN的厚度为6nm, GaN垒层的厚度为11nm; 所述p型掺杂GaN薄膜的厚度为400nm;
（2）在LED外延片表面使用磁控溅射溅射纳米Ag基反射镜，溅射功率为4.5kW, 溅射速率为20Å每秒,溅射最大温度为88℃,溅射压力为0.04mbar。将制备的纳米Ag基反射镜置于快速退火炉内进行高温退火，退火温度为430℃，退火时间为180秒。并将所述退火后的纳米Ag反射镜通过标准光刻（匀胶90秒，曝光15秒，显影40秒）及湿法腐蚀进行处理，获得第一开孔100。所述纳米Ag反射镜厚度为75 nm。所述湿法腐蚀用盐酸水溶液腐蚀，盐酸水溶液质量比为盐酸：水=1：1，腐蚀60秒。
（3）在所述纳米Ag反射镜上采用磁控溅射方法制备反射镜保护层，溅射功率为6Kw，并配合标准光刻(匀胶90秒，曝光30秒，显影40秒）及蓝膜lift-off方法得到第二开孔101。所述反射镜保护层覆盖所述第一开孔的底部及侧壁；所述反射层保护层的材料为Ni/Pt/Au(200/3000/800nm)，所述反射层保护层的厚度为4000nm。
（4）在步骤（3）的第二开孔内采用ICP干法刻蚀贯穿p型GaN层及发光层多量子阱的第三开孔102，所述第三开孔的底部均位于所述n-GaN层内，并未贯穿n-GaN；刻蚀上电极功率为280W，下电极功率为90W，刻蚀速率为17埃/秒。
（5）在所述第三开孔采用PECVD制备第一绝缘层SiO2，生长温度为330℃，所述第一绝缘层覆盖所述第三开孔的底部及侧壁。所述第一绝缘层的厚度为12000nm。
（6）利用标准光刻工艺（匀胶90秒，曝光15秒，显影40秒）在第三开孔N孔对应的绝缘层内部显影出n-pad第四开孔103图形，并采用BOE腐蚀工艺去除对应所述第四开孔区域的第一绝缘层，所述BOE溶液是成分为氢氟酸：氟化铵质量比=1：7的一种混合溶液，腐蚀180秒。所述第四开孔暴露出位于所述第三开孔底部所述n型GaN层。
（7）在所述第四开孔内采用磁控溅射填充N电极金属，溅射功率为5kW，溅射速率为25Å每秒,溅射最大温度为100℃,溅射压力为0.15mbar。所述N电极金属的上表面与所述第一绝缘层的上表面在同一水平线。所述N电极金属为Cr/Pt/Mo/Au，所述N电极金属的厚度为1800nm。
（8）采用电子束蒸发在步骤（5）得到的结构表面形成第一金属键合层。提供键合衬底，在所述键合层的正面形成第二金属键合层。在所述键合衬底的背面形成第一背金层，蒸发速率均为5Å/s，蒸发温度为室温。所述键合衬底通过所述第一及第二金属键合层键合于所述第一绝缘层。
所述第一键合层和所述第二键合层的金属为Sn-Ni，替代Au-Sn大幅降低键合成本。所述第一键合层的厚度为3000nm，所述第二键合层的厚度为1000nm。
（9）剥离外延生长衬底，所述剥离外延生长衬底的方法为机械研磨加化学蚀液腐蚀，所述剥离外延生长衬底的方法为机械研磨加化学蚀液腐蚀，机械研磨采用研磨机进行粗磨，化学腐蚀液采用体积比为1：2的HF/HNO3混合溶液。将n-GaN的背面完全暴露出来，并采用化学溶液对n-GaN进行粗化处理，粗化溶液为KOH/NaOH熔融物（ KOH与NaOH的质量比为1：2；熔融温度为240℃），粗化时间为15分钟，粗化方式为震荡，以减少GaN-空气界面的全反射效应。
（10）在所述粗化后的n-GaN表面，采用PECVD制备SiO2掩模层，生长温度为370℃，再采用标准光刻工艺（匀胶90秒，曝光15秒，显影40秒）做好MESA切割道图形，去除MESA切割道处图形的SiO2，再采用电感耦合等离子体刻蚀机台刻蚀MESA切割道图形处的GaN，刻蚀至剩余厚度为1.05um时停止刻蚀，采用plasma吹扫刻蚀表面，使表面干净无杂物。所述刻蚀气体为Cl2/BCl3混合气体。所述混合气体的体积比例为5：1；所属刻蚀上电极功率为450W，所述下电极功率为250W，所述刻蚀速率为35埃/秒。
（11）用台阶仪测试步骤（10）中剩余厚度，与刻蚀预设值相比对，并以此为实际值。若未达到设定值，则加刻。
（12）将步骤（10）中所得样品转移至自动酸洗机台中，采用热的磷酸溶液进行湿法腐蚀，所述磷酸溶液的温度为190℃，所述磷酸溶液的浓度为14.63mol/L，达到预设腐蚀值时，送至台阶仪下检测厚度，再送至金相显微镜下检测外观形貌。
（13）所述干法刻蚀和湿法刻蚀的GaN厚度比为3：1。
（14）在所述步骤（12）得到样品表面采用PECVD制备第二绝缘层，并配合标准光刻(匀胶90秒，曝光30秒，显影40秒）、刻蚀（同步骤（4））、电子束蒸发（同步骤（8））及蓝膜lift-off工艺形成P电极，得3D 通孔超结构LED芯片。所述P电极金属的为TiW/Pt中的一种或者几种的组合。所述P电极厚度为5um。
（15）本实施例最终制成的LED芯片的片内IR良率mapping图如图8所示，小于0.1uA（小于0.1uA则为IR合格）的比率为90.9%；相较常规干法腐蚀MESA切割道的IR mapping图，如图5所示的64.4.5%，相较常规湿法腐蚀MESA切割道的IR mapping图，如图4所示的47.7%，有非常大的提升，说明漏电率大幅下降。本发明很好的将湿法和干法刻蚀结合起来，使IR良率得到质的提升。
本发明的制备流程图如图1所示，所得无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片开孔俯视分布图如图2所示。本发明将电感耦合等离子体刻蚀和热磷酸湿法腐蚀相结合，不仅完美克服了干法刻蚀MESA切割道工艺中等离子体过轰导致的金属反溅，金属攀爬至MESA侧壁的缺点（见图3、图6），而且也克服了湿法腐蚀MESA切割道工艺中存在白边、锯齿状边缘导致的腐蚀液渗入半导体及金属层、腐蚀工艺不稳定，难控制等缺点，从而解决了上述缺点导致的LED芯片漏电问题。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）提供外延衬底，在外延衬底上外延生长LED外延片，包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN层，生长在n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN多量子阱层，生长在InGaN/GaN多量子阱层上的p型掺杂GaN层；
（2）在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，蒸镀纳米Ag基反射镜，再将制备的纳米Ag基反射镜置于快速退火炉内进行高温退火，然后将退火后的纳米Ag基反射镜进行光刻及湿法腐蚀处理，获得第一开孔；
（3）在腐蚀后的纳米Ag基反射镜上制备反射镜保护层，并配合光刻及lift-off方法得到第二开孔；所述反射镜保护层覆盖所述第一开孔的底部及侧壁，所述反射镜保护层的材料为TiW、Pt、Au、Ni和Al中的一种或者几种的组合；
（4）在步骤（3）的第二开孔内形成贯穿所述p型掺杂GaN层及发光层InGaN/GaN多量子阱层的第三开孔，第四深孔的底部位于所述n型掺杂GaN层内，并未贯穿n型掺杂GaN层；刻蚀上电极功率为100W-300W，下电极功率为50W-200W，刻蚀速率为10埃/秒-25埃/秒；
（5）在所述第三开孔内形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述第三开孔的底部及侧壁，所述第一绝缘层的材料是二氧化钛、二氧化硅或氮化硅；
（6）在所述第三开孔所在区域的第一绝缘层内形成第四开孔，所述第四开孔暴露出位于所述第三开孔底部的n型掺杂GaN层；在第三开孔区域内用BOE腐蚀工艺去除对应第四开孔区域的第一绝缘层；
（7）在所述第四开孔内填充N电极金属；所述N电极金属的上表面与所述第一绝缘层的上表面在同一水平线，所述N电极金属为Al、Ti、W、Au、Cr、Mo、Pt和Ag中的一种或者几种的组合；
（8）在步骤（5）得到的结构表面形成第一金属键合层，提供键合衬底，在所述第一金属键合层的正面形成第二金属键合层，在所述键合衬底的背面形成第一背金层，所述键合衬底通过所述第一及第二金属键合层键合于所述第一绝缘层；所述第一键合层和第二键合层的金属为Sn-Ni；
（9）剥离外延生长衬底，所述剥离外延生长衬底的方法为机械研磨加化学蚀液腐蚀，再对剥离外延生长衬底后的芯片表面使用干法刻蚀去除芯片缓冲层，将n型掺杂GaN层的背面完全暴露出来，并采用化学溶液对n型掺杂GaN层进行粗化处理，以减少GaN-空气界面的全反射效应；所述化学蚀液是氢氟酸、硝酸和冰醋酸的一种或者几种的组合，所述干法刻蚀所用化学药剂为KOH/NaOH的热溶液、KOH/NaOH的熔融物中的一种；
（10）在粗化后的n型掺杂GaN层表面，制备SiO2掩模层，再采用标准光刻工艺做好MESA切割道图形，去除MESA切割道处图形的SiO2，再采用电感耦合等离子体刻蚀机台刻蚀MESA切割道图形处的GaN，刻蚀至一定剩余厚度时停止刻蚀，采用plasma吹扫刻蚀表面，使表面干净无杂物；所述刻蚀气体为Cl2/BCl3混合气体；所属刻蚀上电极功率为200W-500W，下电极功率为80W-300W，所述刻蚀的速率为15埃/秒-50埃/秒；
（11）用台阶仪测试步骤（10）中剩余厚度，与刻蚀预设值相比对，并以此为实际值；若未达到设定值，则加刻；
（12）将步骤（10）中所得样品转移至自动酸洗机台中，采用热的磷酸溶液进行湿法腐蚀，所述磷酸溶液的温度为80—200℃，达到预设腐蚀值时，送至台阶仪下检测厚度，再送至金相显微镜下检测外观形貌；
（13）所述干法刻蚀和湿法腐蚀的GaN厚度比为3：1~6：1；
（14）在步骤（12）得到样品表面制备第二绝缘层，并配合标准光刻、刻蚀、电子束蒸发及lift-off工艺形成P电极，得无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片；所述P电极的金属为Cr、Pt、Au、Ni、Ti和TiW中的一种或者几种的组合。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（1）所述外延衬底是硅衬底、GaN衬底、蓝宝石衬底、LSAT衬底或LiGaO2衬底。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（2）所述纳米Ag基反射镜的厚度为25~300 nm，所述湿法腐蚀用氨水双氧水混合液或盐酸溶液腐蚀。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（3）所述反射层保护层的厚度为100nm-5000nm。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（5）所述第一绝缘层的厚度为400nm-4000nm。
6.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（7）所述N电极金属的厚度为200nm-2000nm。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（8）所述第一键合层的厚度为500nm-5000nm，所述第二键合层的厚度为300nm-2000nm。
8.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（10）所述混合气体的体积比例为1：1-10：1。
9.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤（14）所述P电极的厚度为1-5um。
10.由权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片。
CN201810168581.8A 2018-02-28 2018-02-28 一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法 Active CN108389952B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810168581.8A CN108389952B (zh) 2018-02-28 2018-02-28 一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201810168581.8A CN108389952B (zh) 2018-02-28 2018-02-28 一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108389952A true CN108389952A (zh) 2018-08-10
CN108389952B CN108389952B (zh) 2019-11-15

Family

ID=63069550

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201810168581.8A Active CN108389952B (zh) 2018-02-28 2018-02-28 一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108389952B (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111244244A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 华引芯（武汉）科技有限公司 一种大功率led芯片及其制作方法
CN112408316A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 双面超表面结构的制备方法
CN112885938A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种银基键合的反极性GaAs基AlGaInP红光LED芯片的制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106449899A (zh) * 2016-08-31 2017-02-22 中联西北工程设计研究院有限公司 一种垂直结构蓝光led芯片的制备方法
CN106848027A (zh) * 2015-12-03 2017-06-13 映瑞光电科技(上海)有限公司 高可靠性垂直倒装led芯片的制备方法
CN107369746A (zh) * 2017-08-30 2017-11-21 华南理工大学 一种化学腐蚀剥离衬底的微尺寸谐振腔led芯片及其制备方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106848027A (zh) * 2015-12-03 2017-06-13 映瑞光电科技(上海)有限公司 高可靠性垂直倒装led芯片的制备方法
CN106449899A (zh) * 2016-08-31 2017-02-22 中联西北工程设计研究院有限公司 一种垂直结构蓝光led芯片的制备方法
CN107369746A (zh) * 2017-08-30 2017-11-21 华南理工大学 一种化学腐蚀剥离衬底的微尺寸谐振腔led芯片及其制备方法

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112885938A (zh) * 2019-11-29 2021-06-01 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种银基键合的反极性GaAs基AlGaInP红光LED芯片的制备方法
CN112885938B (zh) * 2019-11-29 2022-06-14 山东浪潮华光光电子股份有限公司 一种银基键合的反极性GaAs基AlGaInP红光LED芯片的制备方法
CN111244244A (zh) * 2020-03-23 2020-06-05 华引芯（武汉）科技有限公司 一种大功率led芯片及其制作方法
CN111244244B (zh) * 2020-03-23 2021-03-30 华引芯（武汉）科技有限公司 一种大功率led芯片及其制作方法
CN112408316A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 双面超表面结构的制备方法
CN112408316B (zh) * 2020-11-20 2024-04-12 中国科学院上海微系统与信息技术研究所 双面超表面结构的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108389952B (zh) 2019-11-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108389955B (zh) 一种孔内无氧干法刻蚀降低3d通孔超结构led芯片电压的方法
US7125734B2 (en) Increased light extraction from a nitride LED
CN105161589B (zh) 基于应力调控电镀和衬底转移的氮化物led及制备方法
CN108198926A (zh) 一种薄膜型AlGaInP发光二极管芯片及其制备方法
CN108389952B (zh) 一种无漏电mesa切割道3d通孔超结构led芯片及其制备方法
CN108133993A (zh) 一种紫外led垂直芯片结构
CN105140354A (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法
CN105679895A (zh) 一种垂直紫外led芯片的制备方法
CN105322060B (zh) 芯片的制造方法
WO2023123756A1 (zh) 一种半导体发光元件及其制备方法、led芯片
CN108365078B (zh) 一种3d通孔超结构led芯片及其制备方法
CN100464437C (zh) 一种提高芯片轴向出光亮度的方法
CN204991747U (zh) 侧壁粗化的AlGaInP基LED
CN104300048B (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的制备方法
CN108336197A (zh) 一种两步法制备Ag反射镜的垂直结构LED芯片及其制备方法
CN108400133A (zh) 一种同侧结构的深紫外led外延结构及制备方法
CN107910406A (zh) 薄膜结构的led芯片及其制造方法
CN100461476C (zh) GaN基功率型LED的N型欧姆接触电极的制备方法
CN107026226A (zh) 具有反射效果切割道的垂直led芯片结构及其制备方法
CN104600168B (zh) GaAs基发光二极管芯片上GaP粗糙表面的制备方法
CN106328776B (zh) 一种垂直结构紫光led芯片的制备方法
CN102655195B (zh) 发光二极管及其制造方法
CN105702824B (zh) 一种采用晶圆级Si图形衬底制作LED垂直芯片的方法
CN108461593A (zh) 具有纳米级二氧化硅光栅钝化层的GaN基发光二极管及其加工方法
CN107026220A (zh) 垂直led芯片结构及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant