CN202678397U - 一种垂直结构的led芯片 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种垂直结构的LED芯片，包括：外延层；形成于所述外延层的表面上的第一基板以及形成于所述第一基板上的第二基板。通过调整第一基板和第二基板的膨胀系数可以有效的调整外延层所受的应力，使得外延层在衬底剥离步骤中应力能够得到适当的释放，减小因此产生的外延层龟裂现象，从而提高衬底剥离良率，减小芯片漏电，提高芯片可靠性。

Description

一种垂直结构的LED芯片

技术领域

本实用新型涉及光电信息技术领域，特别涉及一种垂直结构的LED芯片。

背景技术

半导体发光二极管(LED)是一种新型固态冷光源，具有效率高、寿命长、体积小、电压低等诸多优点，尤其是在节能环保方面，LED相比普通白炽灯和荧光灯具有明显的优势。目前LED已经广泛应用于人们的日常生活中，交通红绿灯、车头灯、户外显示器、手机背光源，电器的指示灯和照明路灯都已经开始采用LED。未来LED代替传统光源成为主要照明光源已经成为共识，然而要代替传统光源，LED在亮度和散热性能两方面还需要进一步的改善。

目前LED芯片外延层都是采用金属有机物化学气相沉积技术(MOCVD)在同质或异质衬底上制备，因为衬底吸光和导热差，对LED芯片亮度和散热性能造成很大的影响。基板转移技术是将外延层转移到导热性好的基板上，然后在外延层上制造反射层，最后将原来的衬底和外延层剥离。在基板转移技术中，因为采用了导热性能好的基板，可以有效提高LED芯片的散热性能，同时因为反射层的存在，提高了LED芯片的出光效率从而提高了LED芯片的亮度。

但在基板转移过程中，若应力控制不当，外延层张应力过大，会导致外延层龟裂；若外延层受到压应力过大，则引发的极化场会影响LED的光电性能，而且应力控制不当，会使衬底剥离受到影响，使剥离良率大大降低。常常因为外延层应力过大出现外延层龟裂，最终导致衬底剥离的良率大大降低，目前外延层转移一般都是转移到单层基板上，由于基板和外延也存在较大的膨胀系数，所以转移后也会导致外延层受到较大应力。

为了解决基板转移技术中的衬底剥离良率低下的问题，有必要开发一种垂直结构的LED芯片及其制造方法，以提高衬底剥离良率。

实用新型内容

本实用新型提供一种垂直结构的LED芯片，以解决基板转移技术中的衬底剥离良率低下的问题。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种垂直结构的LED芯片，包括：

外延层；

形成于所述外延层的表面上的第一基板，用于缓冲所述外延层和第一基板之间的应力；以及

形成于所述第一基板上的第二基板，用于支撑所述垂直结构的LED芯片。

可选的，所述第一基板的厚度与所述外延层的厚度差小于等于5μm。

可选的，所述第一基板的厚度范围为4μm～20μm。

可选的，所述外延层的厚度范围为4μm～20μm。

可选的，所述第一基板的膨胀系数与所述外延层的膨胀系数差小于等于3%。

可选的，所述第一基板的材料为铬、镍、钨、钼、钛、铜、金、铂、银、钽、铌、钒、铝、硅中的一种或两种以上组合形成的合金。

可选的，所述第一基板的材料为铝硅合金，铝占所述铝硅合金的质量百分比为15%-25%。

可选的，所述第一基板的材料为钨铜合金，铜占所述钨铜合金的质量百分比为7%-12%。

可选的，所述第二基板的厚度与所述衬底的厚度差小于等于5μm。

可选的，所述第二基板的厚度范围为80μm～500μm。

可选的，所述第二基板的膨胀系数与所述衬底的膨胀系数差小于等于3%。

可选的，所述第二基板的材料为铬、镍、钨、钼、钛、铜、金、铂、银、钽、铌、钒、铝、硅中的一种或两种以上组合形成的合金。

可选的，所述第二基板的材料为铝硅合金，铝占所述铝硅合金的质量百分比为35%-45%。

可选的，所述第二基板的材料为钨铜合金，铜占所述钨铜合金的质量百分比为15%-25%。

可选的，所述外延层包括：

N型氮化镓层；

形成于所述N型氮化镓层之上的放光层；以及

形成于所述发光层之上的P型氮化镓层。

可选的，所述垂直结构的LED芯片还包括：

形成于所述P型氮化镓层之上的接触层；

形成于所述接触层之上的反射层；

形成于所述反射层之上的防扩散层；

形成于所述第二基板之上的P型第二电极；以及

形成于所述外延层背面的N型第二电极。

在本实用新型中采用了第一基板和第二基板的复合基板，选择膨胀系数和外延层接近的第一基板的作为过渡基板，同时选择膨胀系数和衬底接近的第二基板的作为支撑基板，通过调整第一基板和第二基板的膨胀系数可以有效的调整外延层所受的应力，使得外延层在衬底剥离步骤中应力能够得到适当的释放，减小因此产生的外延层龟裂现象，从而提高衬底剥离良率，减小芯片漏电，提高芯片可靠性。

附图说明

图1为本实用新型实施例一的垂直结构的LED芯片的制造方法的流程图；

图2~7为本实用新型实施例一的垂直结构的LED芯片的制造方法的各步骤中结构剖面图；

图8~9为本实用新型实施例二的垂直结构的LED芯片的制造方法的各步骤中结构剖面图。

具体实施方式

本实用新型的核心思想在于采用了第一基板和第二基板的复合基板，这样可以选择膨胀系数和外延层接近的第一基板的作为过渡基板，也可以选择膨胀系数和衬底接近的第二基板的作为支撑基板，通过调整第一基板和第二基板的膨胀系数可以有效的调整外延层所受的应力，使得外延层在衬底剥离步骤中应力能够得到适当的释放，减小因此产生的外延层龟裂现象，从而提高衬底剥离良率。

为了使本实用新型的目的，技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例来进一步做详细说明。

实施例一

图1为本实用新型实施例一的垂直结构的LED芯片的制造方法的流程图，图2~7为本实用新型实施例一的垂直结构的LED芯片的制造方法的各步骤中结构剖面图。

如图1至7所示，所述垂直结构的LED芯片的制造方法包括：

S101：提供一衬底；

如图2所示，所述衬底101的材料可以为蓝宝石、碳化硅（SiC）、硅、氧化锌（ZnO）、砷化镓（GaAs）、尖晶石（MgAL₂O₄），以及晶格常数接近氮化物半导体的单晶氮化物。优选的，所述衬底101为蓝宝石衬底。

S102：在所述衬底上形成外延层；

如图2所示，在所述衬底101的表面上依次形成N型氮化物102、发光层103和P型氮化物104。所述N型氮化物102、发光层103和P型氮化物104共同组成外延层105。所述N型氮化物102例如为N型氮化镓（N-GaN），所述P型氮化物104例如为P型氮化镓（P-GaN），所述发光层103例如为铟氮化镓（InGaN）。所述外延层105的厚度范围为4μm～20μm。

如图3所示，优选的，在所述衬底101上形成外延层105之后，在所述外延层105的表面上依次采用电子束蒸发沉积形成接触层106和反射层107。所述接触层106的材料为镍（Ni），为了保证较好的透光性，接触层106的其厚度为小于1nm，优选的范围为

所述反射层107的材料为银（Ag），其厚度为100nm~300nm。为了防止反射层107中Ag的扩散和电子迁移，优选在所述反射层107上沉积形成防扩散层108，本实施例中，防扩散层108的材料为镍（Ni）。

S103：在所述外延层表面上形成第一基板；

如图4所示，在所述防扩散层108上采用蒸发、溅射、电镀或者喷涂方式形成第一基板109作为过渡基板，本实施例中，采用喷涂方式形成第一基板109。为了使所述外延层105的应力得到更好的释放，所述第一基板109的厚度与外延层105的厚度相等是最佳的选择，当然，所述第一基板109的厚度与外延层105的厚度相近，例如第一基板109的厚度与外延层105的厚度相差小于等于5μm，也可以使所述外延层105的应力得到释放。本实施例中，所述第一基板109的厚度范围为4μm～20μm。

另外，为了使外延层105的应力得到更好的释放，所述第一基板109为膨胀系数要尽可能的接近外延层105的膨胀系数，例如，第一基板109的膨胀系数与外延层105的膨胀系数差值小于等于3%。。

其中，所述第一基板109的一种选择是采用铬、镍、钨、钼、钛、铜、金、铂、银、钽、铌、钒、铝、硅中的一种或两种以上组合形成的合金。具体的，第一基板109的材料可以为钨铜合金，为了调整第一基板109的膨胀系数可以调整铜占整个钨铜合金的质量百分比，铜占所述钨铜合金的质量百分比优选为7%-12％，更优选的，铜占钨铜合金的质量百分比为10%；具体的，所述第一基板109的还可以是铝硅合金，为了调整第一基板109的膨胀系数可以调整铝占整个铝硅合金的质量百分比，铝占所述铝硅合金的质量百分比优选为15%-25%，更优选的，铝占所述铝硅合金的质量百分比为20%。

S104：在所述第一基板上形成第二基板；

如图5所示，在所述第一基板109的表面上采用蒸发、溅射、电镀或者喷涂方式形成第二基板110，作为支撑基板，优选的，采用喷涂方式形成第二基板110。形成第二基板110后，优选对所述第二基板110进行退火工艺，经过退火工艺的第二基板110的致密性会有所改善，同时退火工艺也可以使外延层105的应力得到一定程度的释放。接着，可对上所述第二基板110进行抛光工艺，将所述第二基板110抛光到要求的厚度。

由于所述接触层106、反射层107和防扩散层108的厚度都比较薄，所述外延层105的应力是可以近似的看作衬底101、第一基板109和第二基板110共同作用的结果。对于衬底101来说，第一基板109的厚度比较薄，因此在第二基板110形成以前，外延层105的应力来源主要为衬底101，为了抵消外延层105因为衬底101所产生的应力，在第一基板109表面形成了第二基板110。为了更好的抵消因为衬底101所产生的应力，第二基板110的膨胀系数要尽可能的接近所述衬底101的膨胀系数，例如，第二基板110的膨胀系数与衬底101的膨胀系数差值小于等于3%。。

本实施例中，所述第二基板110可以采用铬、镍、钨、钼、钛、铜、金、铂、银、钽、铌、钒、铝、硅中的一种或至少两种以上组合形成的合金。具体的，第二基板110的材料可以为钨铜合金，为了调整第二基板110的膨胀系数可以调整铜占整个钨铜合金的质量百分比，铜占所述钨铜合金的质量百分比优选为15%-25%，更优选的，铜占所述钨铜合金的质量百分比为20%；第二基板110的材料也可以为铝硅合金，为了调整第二基板110的膨胀系数可以调整铝占整个铝硅合金的质量百分比，铝占所述铝硅合金的质量百分比优选为35%-45%，更优选的，铝占所述铝硅合金的质量百分比为40%。

为了降低生产成本，较佳的选择是第一基板109和第二基板110使用相同的材料，例如均采用铝硅合金。

当然，为了平衡生产成本和第一基板以及第二基板的膨胀系数，第一基板109和第二基板110也可以采用不同的材质的材料。例如，第一基板109的材料选为钨铜合金，第二基板110的材料选为铝硅合金，反之亦可。

由上可知，所述第二基板110形成于第一基板109之上，可以适当抵消所述第一基板109的应力，间接的也可以调整依附于第一基板109上的外延层105的应力。为了更好的抵消所述第一基板109的应力，第二基板110相对第一基板109来说要更厚些，第二基板110的厚度范围为80μm~500μm。

S105：在所述第二基板上形成垂直结构LED芯片；

如图6所示，在所述第二基板110的上制作第一电极111，所述第一电极111为P型电极。接着，如图7所示，剥离所述衬底101，然后在所述N氮化物101上形成第二电极112，所述第二电极112为N型电极。

至此，形成了垂直结构的LED芯片100。可知，在本实用新型其它实施例中，上述氮化物和电极的导电类型也可相反。

本实施例还提供一种垂直结构的LED芯片结构，如图7所示，所述垂直结构的LED芯片100包括：

外延层105；

形成于所述外延层105正面上的第一基板109，用于缓冲所述外延层105和第二基板110之间的应力；

形成于所述第一基板109上的第二基板110，用于支撑所述垂直结构的LED芯片100；

形成于所述第二基板110上的第一电极111；和

形成于所述外延层105背面上的第二电极112。

其中，所述外延层105包括N型氮化物102、发光层103和P型氮化物104，所述外延层105的正面是指P型氮化物104的一面，所述外延层105的背面是指N型氮化物102的一面。

本实施例中，在所述P型氮化物104和所述第一基板109之间还包括形成于所述P型氮化物104之上的接触层106、形成于接触层106之上的反射层107和形成于反射层107之上的防扩散层108。

综上所述，本实施例中采用了第一基板和第二基板，选择膨胀系数和外延层接近的第一基板作为过渡基板，同时选择膨胀系数和衬底接近的第二基板作为支撑基板，通过调整第一基板和第二基板的膨胀系数可以有效的调整外延层所受的应力，使得外延层在衬底剥离步骤中应力能够得到适当的释放，减小因此产生的外延层龟裂现象，从而提高衬底剥离良率。

实施例二

本实施例与实施例一不同之处在于形成第二基板之后的步骤，因此对于形成第二基板之前的步骤不再详细描述。

下面结合图8至图9对本实用新型实施例二的垂直结构的LED芯片的制造方法的各步骤进行说明。

如图8所示，首先，提供一衬底201，在所述衬底201上依次形成N型氮化物202、发光层203和P型氮化物204，所述N型氮化物202、发光层203和P型氮化物204共同组成外延层205；接着，在所述外延层205上依次形成接触层206、反射层207和防扩散层208；接着，在所述防扩散层208上形成第一基板209；接下来，在第一基板209上形成第二基板210。上述步骤与实施例一相同可相应参考实施例一。

如图9所示，接着，剥离所述衬底201，在所述衬底201表面形成第二电极212，然后减薄抛光第二基板210到工艺厚度，最后在第二基板210表面形成第一电极211。

本实施例与实施例一相比调整了第一电极211和第二电极212的形成顺序，同样可形成垂直结构的LED芯片200。

综上，在本实用新型中采用了第一基板和第二基板的复合基板，选择膨胀系数和外延层接近的第一基板的作为过渡基板，同时选择膨胀系数和衬底接近的第二基板的作为支撑基板，通过调整第一基板和第二基板的膨胀系数可以有效的调整外延层所受的应力，使得外延层在衬底剥离步骤中应力能够得到适当的释放，减小因此产生的外延层龟裂现象，从而提高衬底剥离良率，减小芯片漏电，提高芯片可靠性。

需要说明的是，本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

显然，本领域的技术人员可以对实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (16)

1.一种垂直结构的LED芯片，包括：

外延层；

形成于所述外延层正面上的第一基板，用于缓冲所述外延层和第二基板之间的应力；

以及形成于所述第一基板上的第二基板，用于支撑所述垂直结构的LED芯片。

2.如权利要求1所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第一基板的厚度与所述外延层的厚度差小于等于5μm。

3.如权利要求2所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第一基板的厚度范围为4μm～20μm。

4.如权利要求2所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述外延层的厚度范围为4μm～20μm。

5.如权利要求1或2所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第一基板的膨胀系数与所述外延层的膨胀系数差小于等于3%。

6.如权利要求5所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第一基板的材料为铬、镍、钨、钼、钛、铜、金、铂、银、钽、铌、钒、铝、硅中的一种或两种以上组合形成的合金。

7.如权利要求6所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第一基板的材料为铝硅合金，铝占所述铝硅合金的质量百分比为15%-25%。

8.如权利要求6所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第一基板的材料为钨铜合金，铜占所述钨铜合金的质量百分比为7%-12％。

9.如权利要求1所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，还包括一衬底，所述外延层形成于所述衬底上。

10.如权利要求9所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第二基板的厚度范围为80μm～500μm。

11.如权利要求9所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第二基板的膨胀系数与所述衬底的膨胀系数差小于等于3%。

12.如权利要求11所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第二 基板的材料为铬、镍、钨、钼、钛、铜、金、铂、银、钽、铌、钒、铝、硅中的一种或两种以上组合形成的合金。

13.如权利要求12所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第二基板的材料为铝硅合金，铝占所述铝硅合金的质量百分比为35%-45%。

14.如权利要求12所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述第二基板的材料为钨铜合金，铜占所述钨铜合金的质量百分比为15%-25%。

15.如权利要求1所述的垂直结构的LED芯片，其特征在于，所述外延层包括：

N型氮化镓层；

形成于所述N型氮化镓层之上的发光层；以及

形成于所述发光层之上的P型氮化镓层。

16.如权利要求15所述的LED芯片的结构，其特征在于，所述垂直结构的LED芯片还包括：

形成于所述P型氮化镓层之上的接触层；

形成于所述接触层之上的反射层；

形成于所述反射层之上的防扩散层；

形成于所述第二基板之上的P型第二电极；以及

形成于所述外延层背面的N型第二电极。 

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