CN212874527U

CN212874527U - 垂直结构led芯片

Info

Publication number: CN212874527U
Application number: CN202022175585.4U
Authority: CN
Inventors: 范伟宏; 薛脱; 李东昇; 张晓平; 马新刚; 张学双; 赵进超
Original assignee: Xiamen Silan Advanced Compound Semiconductor Co Ltd
Current assignee: Xiamen Silan Advanced Compound Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2020-09-28
Filing date: 2020-09-28
Publication date: 2021-04-02
Anticipated expiration: 2030-09-28

Abstract

本实用新型提供了一种垂直结构LED芯片，采用超薄的金属衬底作为垂直结构LED芯片的衬底，金属衬底的导电、导热能力优异，可以显著增加芯片的导电和散热能力，提高了芯片极限工作性能；并且，在金属衬底第二表面形成金属应力调整层，金属应力调整层采用与金属衬底不同的材料制成，可以补偿外延层对金属衬底施加的应力，改善制备垂直结构LED芯片的晶圆的翘曲问题，提升了晶圆划片的工艺良率，进而提高垂直结构LED芯片的良率，具有良好的技术推广应用前景。并且采用超薄金属衬底能显著降低垂直结构LED芯片的尺寸，满足芯片小型化和薄型化的需求。

Description

垂直结构LED芯片

技术领域

本实用新型涉及半导体制造技术领域，尤其涉及一种垂直结构LED芯片。

背景技术

垂直结构LED芯片由于采用了导电导热能力良好的键合衬底，因此相比正装和倒装结构LED芯片，在具有良好的散热能力的同时，可以承受更大的工作电流，其亮度和光效显著提升，因此在大功率照明领域有着显著的技术优势。随着显示、智能穿戴和照明应用技术的进一步提升，要求芯片小型化和薄型化，对垂直结构LED芯片带来了更大的挑战。

由于硅衬底成本较低，现有的垂直结构LED芯片主要采用硅衬底，使其成为当前垂直结构LED芯片主流选择的转移衬底方案。但是，随着封装技术追求微型化和超薄化，超薄芯片工艺对硅基垂直结构LED芯片带来了严重的技术挑战，当芯片降至150um及以下厚度时，由于III-V族化合物和硅材料的晶格失配和热失配较严重，导致制备垂直结构LED芯片的晶圆的翘曲显著增加，造成芯片良率大幅度降低。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种垂直结构LED芯片，改善垂直结构LED芯片中的应力，减小芯片的翘曲程度。

为了达到上述目的，本实用新型提供了一种垂直结构LED芯片，包括：

金属衬底，所述金属衬底的厚度为80um～150um；

外延层，位于所述金属衬底的第一表面，包括两个半导体层及位于两个所述半导体层之间的发光层；

金属应力调整层，位于所述金属衬底的第二表面，并通过所述金属衬底与一个所述半导体层电性连接以作为第一电极，所述金属应力调整层的材料与所述金属衬底的材料不同；以及，

焊盘，与另一个所述半导体层电性连接以作为第二电极。

可选的，所述金属应力调整层的厚度为0.5um～10um。

可选的，所述外延层上还形成有外延应力调整层，所述外延应力调整层的厚度为0.2um～1um。

可选的，两个所述半导体层分别为N型半导体层及P型半导体层，所述P型半导体层较所述N型半导体层更靠近所述金属衬底，所述第一电极为P电极，所述第二电极为N电极。

可选的，所述焊盘位于所述N型半导体层上并与所述N型半导体层电性连接，所述金属应力调整层通过所述金属衬底与所述P型半导体层电性连接。

可选的，所述N型半导体层上还形成有N型接触层，所述焊盘位于所述N型接触层上，并通过所述N型接触层与所述N型半导体层电性连接。

可选的，所述金属衬底与所述P型半导体层之间还形成有由下至上依次堆叠的反射镜层及P型接触层，所述金属衬底通过所述反射镜层及所述P型接触层与所述P型半导体层电性连接。

可选的，所述金属衬底与所述反射镜层之间还具有键合层。

可选的，两个所述半导体层分别为N型半导体层及P型半导体层，所述P型半导体层较所述N型半导体层更靠近所述金属衬底，所述第一电极为N电极，所述第二电极为P电极。

可选的，所述金属衬底与所述N型半导体层之间还形成有由下至上依次堆叠的导电层及绝缘层，所述外延层中具有多个N通孔；

所述N通孔贯穿所述P型半导体层及所述发光层并暴露出所述N型半导体层，所述绝缘层还覆盖所述N通孔的侧壁及部分底壁，所述导电层还填充所述N通孔，所述金属衬底通过所述导电层与所述N型半导体层电性连接；以及，

所述外延层中具有贯穿的开口，所述焊盘位于所述开口中并与所述P型半导体层电性连接。

可选的，所述N通孔内还形成有N型接触层，所述N型接触层与所述N型半导体层电性连接，所述导电层通过所述N型接触层与所述N型半导体层电性连接；以及，

所述绝缘层上还形成有由下至上依次堆叠的反射镜层及P型接触层，所述焊盘通过所述P型接触层与所述P型半导体层电性连接。

可选的，所述金属衬底与所述导电层之间还具有键合层。

可选的，还包括钝化保护层，位于所述N型半导体层上并整面覆盖所述垂直结构LED芯片，所述钝化保护层还暴露出所述焊盘的至少部分顶面。

在本实用新型提供的垂直结构LED芯片中，采用超薄的金属衬底作为垂直结构LED芯片的衬底，金属衬底的导电、导热能力优异，可以显著增加芯片的导电和散热能力，提高了芯片极限工作性能；并且，在金属衬底第二表面形成金属应力调整层，金属应力调整层采用与金属衬底不同的材料制成，可以补偿外延层对金属衬底施加的应力，改善制备垂直结构LED芯片的晶圆的翘曲问题，提升了晶圆划片的工艺良率，进而提高垂直结构LED芯片的良率，具有良好的技术推广应用前景。

进一步地，相较于常规的半导体衬底来说，金属衬底的厚度可以做得很薄，例如为80um～150um，从而显著的降低垂直结构LED芯片的尺寸，满足芯片小型化和薄型化的需求。

附图说明

图1为本实用新型实施例一提供的垂直结构LED芯片的制备方法的流程图；

图2-图11为本实用新型实施例一提供的垂直结构LED芯片的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，其中，图11为本实用新型实施例提供的垂直结构LED芯片的结构示意图；

图12-图24为本实用新型实施例二提供的垂直结构LED芯片的制备方法的相应步骤对应的结构示意图，其中，图24为本实用新型实施例提供的垂直结构LED芯片的结构示意图；

其中，附图标记为：

100-外延衬底；101-缓冲层；200-外延层；201-N型半导体层；202-发光层；203-P型半导体层；301-P型接触层；302-反射镜层；303-N型接触层；304-绝缘层；305-导电层；400-金属衬底；401-金属应力调整层；402-键合层；500-支撑衬底；501-粘结层；600-焊盘；700-钝化保护层；

200a、200c-开口；200b-N通孔。

具体实施方式

下面将结合示意图对本实用新型的具体实施方式进行更详细的描述。根据下列描述，本实用新型的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本实用新型实施例的目的。

实施例一

图11为本实施例提供的垂直结构LED芯片的结构示意图。如图11所示，本实施例提供的垂直结构LED芯片是反极性的LED芯片，其包括金属衬底400、外延层200、金属应力调整层401及焊盘600，所述外延层200及所述金属应力调整层401分别位于所述金属衬底400的第一表面及第二表面，所述焊盘600位于所述外延层200上。可以理解的是，本实施例中，所述第一表面是指所述金属衬底400的上表面，所述第二表面是指所述金属衬底400的下表面。

请继续参阅图11，所述金属衬底400采用诸如钼(Mo)、铜(Cu)、钼铜合金(CuMo)、铜钨合金(CuW)或硅铝合金(AlSi)等金属材料制成，相较于硅衬底，金属衬底400的厚度可以做得很薄，从而降低芯片的尺寸。本实施例中，所述金属衬底400的厚度为80um～150um，例如是100um、120um或140um等。

所述外延层200位于所述金属衬底400的第一表面，包括两个半导体层及位于两个半导体层之间的发光层202。具体而言，两个半导体层分别为P型半导体层203及N型半导体层201，所述P型半导体层203、发光层202及N型半导体层201由下至上依次堆叠。本实施例中，所述P型半导体层203为P-GaN层；所述发光层202为多周期量子阱层(MQWS)，量子阱层的材料为AlN、GaN、AlGaN、InGaN、AlInGaN中的任意一种或几种的结合，对应波长范围为365nm～600nm；所述N型半导体层201例如是u-GaN、n-GaN的超晶格结构，具体为：在u-GaN和n-GaN之间，从u-GaN向n-GaN方向对Al组分渐变(逐渐降低)AlxGa1-xN/AlyGa1-yN超晶格结构，其中0＜y＜x＜1。

应理解，所述外延层200中还可以形成有其他膜层，例如所述发光层202与所述P型半导体层203之间还可以形成有EBL电子阻挡层等。

请继续参阅图11，所述金属应力调整层401位于所述金属衬底400的第二表面，并通过所述金属衬底400与所述外延层200中的P型半导体层203电性连接以作为所述垂直结构LED芯片的第一电极，此时，所述第一电极为P电极。

进一步地，所述金属应力调整层401的材料与所述金属衬底400的材料不同，从而可以补偿所述外延层200施加在所述金属衬底400上的应力，避免所述金属衬底400发生翘曲。可选的，所述金属应力调整层401的材料包括钛(Ti)、镍(Ni)、铬(Cr)、钼(Mo)、钨(W)或铜(Cu)中的一种或多种；且所述金属应力调整层401的厚度为0.5um～10um，例如是1um、5um或8um等，由于所述金属应力调整层401的厚度较薄，不会过多增加芯片的尺寸。

本实施例中，所述N型半导体层201上还形成有外延应力调整层(未示出)，所述外延应力调整层为多个晶格常数渐变的膜层，从而进一步调整所述外延层200中的应力，防止所述垂直结构LED芯片产生翘曲或开裂。所述外延应力调整层的材料可以为AlGaN及InGaN，通过调整所述外延应力调整层的各膜层中的Al和In的比例即可实现晶格常数的渐变，从而对所述外延中的膜层的应力进行补偿。可选的，所述外延应力调整层的厚度为0.2um～1um。

请继续参阅图11，所述金属衬底400与所述P型半导体层203之间还具有由下至上依次堆叠的反射镜层302及P型接触层301，所述金属衬底400实际上是通过所述反射镜层302及所述P型接触层301与所述P型半导体层203电性连接的。本实施例中，所述P型接触层301由镍金、镍银、ITO等材料制成，从而实现所述金属衬底400与所述P型半导体层203的欧姆接触；而所述反射镜层302则是由银(Ag)、铂(Pt)、钨(W)或钛(Ti)等金属构成的反射镜，用于将所述外延层200发出的射向所述金属衬底400的光线反射回去。

请继续参阅图11，所述焊盘600位于所述外延层200上，且具体是位于所述外延层200的N型半导体层201上，所述焊盘600与所述N型半导体层201电性连接以作为所述垂直结构LED芯片的第二电极，此时，所述第二电极为N电极。可选的，所述焊盘600的材料可以是铬(Cr)、铂(Pt)或Au(金)等金属材料。

作为可选实施例，所述焊盘600与所述N型半导体层201之间还可以形成一N型接触层，用于实现所述焊盘600与所述N型半导体层201之间的欧姆接触。所述N型接触层的材料可以是铬(Cr)、铝(Al)、钛(Ti)或金(Au)中的一种或多种。但应理解，所述N型接触层实际上也可以省略。

进一步地，所述金属衬底400与所述反射镜层302之间还具有一键合层402，所述键合层402用于实现所述金属衬底400与所述反射镜层302之间的键合。可选的，所述键合层402的材料可以是金属合金，例如金(Au)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)等高熔点金属和锡(Sn)、铟(In)等低熔点金属组成的二元共晶金属体系中的一种。

请继续参阅图11，所述外延层200中具有开口200a，所述开口200a位于所述外延层200的边缘并暴露出所述P型接触层301，也即所述开口200a仅具有一个侧壁。所述N型半导体层201上还具有一层钝化保护层700，所述钝化保护层700覆盖所述N型半导体层201的表面并延伸覆盖所述开口200a的侧壁和底壁，也即是说，所述钝化保护层700整面覆盖芯片，从而保护所述垂直结构LED芯片内部的N型半导体层201等结构，所述钝化保护层700的材料例如是氧化硅，厚度可以为200nm～500nm。应理解，所述焊盘600的至少部分顶面需露出所述钝化保护层700。

图1为本实施例提供的垂直结构LED芯片的制备方法的流程图。如图1所示，所述垂直结构LED芯片的制备方法包括：

步骤S100：提供外延衬底，并在所述外延衬底上形成外延层，所述外延层包括两个半导体层及位于两个所述半导体层之间的发光层；

步骤S200：在所述外延层上键合金属衬底、金属应力调整层及支撑衬底，所述金属应力调整层通过所述金属衬底与一个所述半导体层电性连接以作为第一电极，所述金属应力调整层的材料与所述金属衬底的材料不同；

步骤S300：将所述外延衬底分离；

步骤S400：形成焊盘，所述焊盘与另一个所述半导体层电性连接以作为第二电极；以及，

步骤S500：将所述支撑衬底分离。

图2～图11为本实施例提供的垂直结构LED芯片的制备方法的相应步骤对应的结构示意图。接下来，将结合图2～图11对本实施例提供的垂直结构LED芯片的制备方法进行详细说明。

参阅图2，执行步骤S100，提供外延衬底100，所述外延衬底100为异质衬底中的一种，其可以是氧化镓(Ga₂O₃)衬底、碳化硅(SiC)衬底、硅(Si)衬底、蓝宝石(Al₂O₃)衬底、氧化锌(ZnO)单晶衬底以及带有预沉积AlN膜的耐高温金属衬底400等，本实施例中，所述外延衬底100为镜面蓝宝石衬底或微米级/纳米级图形化蓝宝石衬底。所述外延衬底100可以是1英寸～8英寸的晶圆，厚度为300um到2mm。

接着，在所述外延衬底100上形成缓冲层101，所述缓冲层101的材料可以是低温生长的GaN/AlN，或者也可以是溅射制备的AlN，所述缓冲层101作为所述外延衬底100与后续形成的外延层200之间的缓冲结构，有利于在后续工艺中通过所述缓冲层101将所述外延衬底100与后续形成的外延层200分离。

接着，在所述缓冲层101上形成外延应力调整层(未示出)，所述外延应力调整层的形成方法可以是：采用金属化学气相沉积、激光辅助分子束外延、激光溅射或氢化物气相外延等技术在所述缓冲层101上沉积外延应力薄膜，从而形成所述外延应力调整层。本实施例中，所述外延应力调整层依据所述外延衬底100的晶格常数和后续形成的所述外延层中的三种材料(AlN、GaN、InN)的晶格常数差异，采用组分渐变AlGaN或InGaN材料，使所述缓冲层101到所述外延层的晶格常数从差距较大到基本接近，从而降低所述缓冲层101与所述外延层之间的应力差异。

接着，在所述外延应力调整层上形成外延层200，所述外延层200包括由下至上依次堆叠的N型半导体层201、发光层202及P型半导体层203，所述外延层200的形成方法可以是：采用金属化学气相沉积、激光辅助分子束外延、激光溅射或氢化物气相外延等技术在所述外延应力调整层上沉积多晶或单晶结构的外延薄膜。本实施例中，所述外延层200的厚度为5μm～8μm。

请参阅图3，在所述外延层200上依次形成P型接触层301及反射镜层302。形成所述P型接触层301及所述反射镜层302的方法可以是：采用电子束蒸发工艺在所述外延层200上形成接触层材料及反射镜层材料，从而形成所述P型接触层301及反射镜层302。

请参阅图4，执行步骤S200，提供一金属衬底400，并将所述金属衬底400的第一表面与所述反射镜层302的上表面键合在一起。具体的，键合所述金属衬底400的方法可以是：在所述反射镜层302的上表面及所述金属衬底400的第一表面分别形成第一键合材料层和第二键合材料层，然后将所述第一键合材料层和所述第二键合材料层贴合在一起，然后在一定的温度下，利用液相瞬态键合工艺，所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合在一起，实现所述金属衬底400与所述反射镜层302的永久键合。所述第一键合材料层与所述第二键合材料层融合之后，在所述反射镜层302与所述金属衬底400之间形成键合层402。

可选的，所述第一键合材料层和所述第二键合材料层的材料可以相同，例如均是由高熔点金属及低熔点金属的合金构成的二元键合层；当然，所述第一键合材料层和所述第二键合材料层的材料也可以不相同，例如所述反射镜层302的上表面及所述金属衬底400的第一表面中的一者形成高熔点金属层，另一者形成低熔点金属层。

可选的，在所述反射镜层302的上表面及所述金属衬底400的第一表面上分别形成第一键合材料层及第二键合材料层之前，还可以先在所述反射镜层302的上表面及所述金属衬底400的第一表面形成一层粘附层(图中未示出)，以增强所述第一键合材料层与所述反射镜层302的上表面以及第二键合材料层与所述金属衬底400的第一表面之间的粘附力，避免分层。所述粘附层材料可以是钛。

接着，在所述金属衬底400的第二表面形成金属应力调整层401。形成所述金属应力调整层401的方法可以是：利用溅射、物理气象沉积、化学镀或电镀等工艺在所述金属衬底400的第二表面上形成金属应力调整层材料，从而形成所述金属应力调整层401。可以理解的是，此时，所述金属应力调整层401是通过所述金属衬底400、所述反射镜层302及所述P型接触层301与所述P型半导体层203电性连接的，后续可以作为所述垂直结构LED芯片的P电极，而无需形成额外的焊盘。

请参阅图5，提供支撑衬底500，并将所述支撑衬底500与所述金属应力调整层401键合，所述支撑衬底500可以在所述外延衬底100分离之后提供支撑，同时也可以限制所述金属衬底400的形变，防止所述金属衬底400产生翘曲。具体的，键合所述支撑衬底500的方法可以是：在所述支撑衬底500上形成一层粘结层501，将所述支撑衬底500的表面与所述金属应力调整层401的表面粘结在一起，实现所述金属应力调整层401与所述支撑衬底500的临时键合。

进一步地，所述支撑衬底500可以是高纯石英玻璃支撑衬底、硅衬底或蓝宝石衬底等；所述支撑衬底500的厚度为300um～10mm。所述粘结层501的材料可以是铟、锡等低熔点的金属材料，也可以是PDMS、PMMA或PET等有机粘结材料，只要能够实现临时键合并且便于分离即可，本实用新型不作限制；所述粘结层501的厚度为0.5um～10um。

本实施例中，是先键合所述金属衬底400，接着在所述金属衬底400形成金属应力调整层401，再在所述金属应力调整层401上键合形成所述支撑衬底500，如此一来，制备难度较低，先键合所述金属衬底400也可以防止先制备应力调整层401导致所述金属衬底400的翘曲；但本实用新型不限于此。作为可选实施例，还可以先在所述金属衬底400上形成所述金属应力调整层401，接着在所述金属应力调整层401上键合所述支撑衬底500，然后将所述金属衬底400、所述金属应力调整层401以及所述支撑衬底500作为一个整体键合至所述反射镜层302上。

请参阅图6，执行步骤S300，以所述支撑衬底500为支撑将所述外延衬底100分离。本实施例中，利用一定波长(例如为248nm)的紫外激光，采用一定尺寸(例如200um)的小光斑照射所述外延衬底100上的缓冲层101，在紫外激光的照射下，所述缓冲层101被分解，从而实现所述外延衬底100与所述外延层200的分离。

进一步地，由于经所述紫外激光的照射后，所述N型半导体层201中的u-GaN的一部分也会被分解为金属Ga，所以本实施例还采用稀盐酸溶液去除分解形成的金属Ga，从而避免金属Ga对所述垂直结构LED芯片造成不良影响。接下来，可以利用诸如ICP干法刻蚀工艺将所述外延层200刻蚀至所述N型半导体层201中的重掺杂n-GaN，以显露出所述N型半导体层201中的重掺杂n-GaN。

应理解，由于本实施例中的缓冲层101为GaN或AlN材料，所以将所述外延衬底100分离时采用了紫外激光照射的方法，当所述外延衬底100的材料改变时，还可以采用例如刻蚀等其他方式将所述外延衬底100分离，例如，将所述外延衬底100替换为硅衬底，在键合所述支撑衬底500之后，可以采用研磨工艺减薄所述外延衬底100，然后利用硅刻蚀剂去除所述支撑衬底500，从而实现所述外延衬底100的分离。

请参阅图7，利用一定浓度(例如是2mol/L～6mol/L)的热KOH溶液(例如是50℃～70℃)腐蚀所述N型半导体层201的上表面(具体是n-GaN的上表面)以粗化所述N型半导体层201，从而提高发光效率。

请参阅图8，在所述外延层200中形成开口200a，所述开口200a位于所述外延层200的边缘，贯穿所述外延层200并露出所述P型接触层301，也即所述开口200a仅具有一个侧壁。所述开口200a作为划片道，用于在后续步骤中辅助划片。可选的，所述开口200a的侧壁与底壁之间可以具有30°～60°的倾角，倾角优选为40°，可以增加LED芯片水平方向光提取效率从而增加LED芯片发光。

请参阅图9，执行步骤S400，在所述N型半导体层201上形成焊盘600，所述焊盘600与所述N型半导体层201电性连接以作为N电极。形成所述焊盘600的步骤可以是：利用光刻和电子束蒸发工艺在N型半导体层201上制备金属材料，从而形成所述焊盘600。

作为可选实施例，在形成所述焊盘600之前，可以先在所述N型半导体层201上形成N型接触层，所述N型接触层覆盖所述N型半导体层201的部分表面，然后在所述N型接触层上形成所述焊盘600，所述N型接触层位于所述焊盘600与所述N型半导体层201之间，如此一来，所述焊盘600可以与所述N型半导体层201之间形成欧姆接触。

接着，可以整面沉积钝化保护材料，从而形成钝化保护层700，所述钝化保护层700可以整面覆盖所述N型半导体层201并覆盖所述开口200a的侧壁和底壁，从而将所述外延层200与外界隔离，以对所述外延层200进行保护。应理解，所述焊盘600的至少部分顶面需要露出所述钝化保护层700，从而作为引出端进行后续的封装工艺，所以，在形成所述钝化保护层700之后，可以进行刻蚀工艺去除部分所述钝化保护层700，以使所述焊盘600的至少部分顶面露出。

作为可选实施例，所述钝化保护层700也可以在形成所述焊盘600之前形成，如此一来，在形成所述焊盘600之前，需要先刻蚀所述钝化保护层700形成容纳所述焊盘600的开口。

请参阅图10，执行步骤S500，将所述支撑衬底500分离。具体的，可以利用有机溶液溶解粘结层501，实现所述支撑衬底500与所述金属应力调整层401的分离。作为可选实施例，所述粘结层501还可以利用加热、激光等物理方式去除，本领域技术人员可以根据所述粘结层501的材料选择将所述支撑衬底500分离的具体方式，此处不再一一解释说明。

请参阅图11，执行划片工艺，利用砂轮或激光(水导激光、激光表切)沿着所述开口200a向下切割，以将晶圆分割为单个的垂直结构LED芯片，切割方案可以为单面切割或双面切割。由于具有所述金属应力调整层401补偿所述外延层200施加的应力，晶圆不容易产生翘曲。

实施例二

图24为本实施例提供的垂直结构LED芯片的结构示意图。如图24所示，与实施例一的区别在于，本实施例中，所述垂直结构LED芯片是正极性的LED芯片，所述第一电极为N电极，所述第二电极为P电极。

请继续参阅图24，所述金属衬底400与所述N型半导体层201之间还具有由下至上依次堆叠的导电层305、绝缘层304、反射镜层302及P型接触层301。所述外延层200中具有多个N通孔200b及开口200c。

具体而言，所述N通孔200b贯穿所述反射镜层302、P型接触层301、P型半导体层203及所述发光层202并露出所述N型半导体层201。所述N通孔200b中形成有N型接触层303，所述N型接触层303与所述N通孔200b的侧壁之间具有间隙。所述绝缘层304还覆盖所述N通孔200b的侧壁、部分底壁(所述N型接触层303以外的部分)并至少填充所述间隙的部分，防止所述N通孔200b中露出的N型半导体层201与P型半导体层203之间短路，所述导电层305还填充所述N通孔200b，所述金属衬底400通过所述导电层305及所述N型接触层303与所述N型半导体层201电性连接。如此一来，所述金属应力调整层401可以作为所述垂直结构LED芯片的第一电极，此时所述第一电极为N电极。

本实施例中，所述导电层305的厚度为500nm～5000nm。

进一步地，所述开口200c贯穿所述外延层200并露出所述P型接触层301，所述开口200c位于所述外延层200的边缘，也即所述开口200c仅具有一个侧壁。所述焊盘600位于所述开口200c中，并通过所述P型接触层301与所述P型半导体层203电性连接。如此一来，所述焊盘600可以作为所述垂直结构LED芯片第二电极，此时所述第二电极为P电极。

可选的，所述绝缘层304的材料可以是氮化硅等绝缘材料。

进一步地，所述金属衬底400与所述导电层305之间还具有一键合层402，所述键合层402用于实现所述金属衬底400与所述导电层305之间的键合。可选的，所述键合层402的材料可以是金(Au)、镍(Ni)、铜(Cu)、银(Ag)等高熔点金属和锡(Sn)、铟(In)等低熔点金属组成的二元共晶金属体系中的一种。

请继续参阅图24，所述N型半导体层201上还具有一层钝化保护层700，所述钝化保护层700覆盖所述N型半导体层201的表面并延伸覆盖所述开口200c的侧壁和除所述焊盘600外的底壁，也即是说，所述钝化保护层700整面覆盖芯片，从而保护所述垂直结构LED芯片内部的N型半导体层201等结构。应理解，所述焊盘600的至少部分顶面需要从所述钝化保护层700中露出。

图12-图24为本实施例提供的垂直结构LED芯片的制备方法的相应步骤对应的结构示意图。接下来，将结合图12～图24对本实施例提供的垂直结构LED芯片的制备方法进行详细说明。

请参阅图12，与实施例一提供的垂直结构LED芯片的制备方法不同的是，本实施例在形成所述外延层200之后，还在所述外延层200内形成多个N通孔200b，所述N通孔200b贯穿所述P型半导体层203及所述发光层202并露出所述N型半导体层201。

请参阅图13，在所述N通孔200b内形成N型接触层303。所述N型接触层303与所述N通孔200b的侧壁之间具有间隙，以便于后续容纳绝缘层。

请参阅图14，在所述外延层200上依次形成P型接触层301及反射镜层302，形成所述P型接触层301及所述反射镜层302的方法可以与实施例一相同。应理解，在形成所述P型接触层301及所述反射镜层302时，可以在所述N通孔200b上盖上光刻胶，从而防止所述P型接触层301及所述反射镜层302的材料进入所述N通孔200b内。形成所述P型接触层301及所述反射镜层302之后，所述N通孔200b向上延伸至所述反射镜层302的上表面，此时，在所述N通孔200b内，所述N型半导体层201与所述P型半导体(P型接触层301和P型半导体层203)均露出一部分。

接着，在所述反射镜层302上形成绝缘层304，所述绝缘层304覆盖所述反射镜层302并覆盖所述N通孔200b的侧壁、部分底壁(所述N型接触层303以外的部分)并至少填充所述间隙的部分，利用所述绝缘层304实现所述N通孔200b内露出的N型半导体层201与所述P型半导体的绝缘。

请参阅图15，在所述绝缘层304上形成导电层305，所述导电层305覆盖所述绝缘层304并填充所述N通孔200b，此时所述导电层305通过所述N型接触层303与所述N型半导体层201电性连接。

请参阅图16，将所述金属衬底400的第一表面与所述导电层305的上表面键合在一起，并在所述金属衬底400的第二表面形成应力调整层。与实施例一相同，本实施例也可以通过在所述金属衬底400的第一表面及所述导电层305上分别形成第一键合材料层和第二键合材料层的方式实现键合。所述第一键合材料层和第二键合材料层融合后在所述金属衬底400与所述导电层305之间形成键合层402。

作为可选实施例，所述导电层305的材料可以是键合材料，如此一来，所述导电层305不仅可以实现所述金属衬底400与所述N型半导体层201之间的电性连接，同时还可以充当键合材料层实现所述金属衬底400与所述反射镜层302之间的键合。举例而言，所述导电层305的材料例如是金，在形成所述导电层305之后，在所述金属衬底400上形成第二键合材料层，所述第二键合材料层的材料例如是采用溅射方法制备的纳米级厚度的硅材料，然后将所述导电层305与所述金属衬底400键合，所述导电层305的一部分会与硅发生反应生成化合物，从而在所述导电层305与所述金属衬底400之间形成键合层402，如此一来，即可省略在所述导电层305上形成第一键合材料层的步骤，简化了工艺。

可选的，在所述金属衬底400的第一表面形成第二键合材料层之前或在所述绝缘层304上形成导电层305之前，可以先在所述金属衬底400的第一表面以及所述绝缘层304上形成粘附层(图中未示出)，从而增加粘附力。所述粘附层的厚度为500nm～5000nm。

请参阅图17，将所述支撑衬底500通过粘结层501与所述金属应力调整层401键合。

请参阅图18～图19，将所述外延衬底100与所述外延层200分离。

请参阅图20，对所述N型半导体层201的表面进行粗化，从而增加出光效率。

请参阅图21，在所述外延层200中形成开口200c，所述开口200c贯穿所述外延层200并露出所述P型接触层301。所述开口200c的宽度可以适当大一些，可以容纳后续将形成的焊盘600，同时也作为划片道。

请参阅图22，在所述开口200c中形成焊盘600，所述焊盘600通过所述P型接触层301与所述P型半导体层203电性连接，从而作为第二电极，此时所述第二电极为P电极。然后整面沉积钝化保护材料，以形成钝化保护层700，所述钝化保护层700覆盖所述N型半导体层201并延伸覆盖所述开口200c的侧壁和除所述焊盘600外的底壁。

请参阅图23～图24，将所述第二衬底支撑衬底500与所述金属应力调整层401分离，并执行划片工艺，即可得到所述垂直结构LED芯片。

综上，在本实用新型提供的垂直结构LED芯片中，采用超薄的金属衬底作为垂直结构LED芯片的衬底，金属衬底的导电、导热能力优异，可以显著增加芯片的导电和散热能力，提高了芯片极限工作性能；并且，在金属衬底第二表面形成金属应力调整层，金属应力调整层采用与金属衬底不同的材料制成，可以补偿外延层对金属衬底施加的应力，改善制备垂直结构LED芯片的晶圆的翘曲问题，提升了晶圆划片的工艺良率，进而提高垂直结构LED芯片的良率，具有良好的技术推广应用前景。

上述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不对本实用新型起到任何限制作用。任何所属技术领域的技术人员，在不脱离本实用新型的技术方案的范围内，对本实用新型揭露的技术方案和技术内容做任何形式的等同替换或修改等变动，均属未脱离本实用新型的技术方案的内容，仍属于本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种垂直结构LED芯片，其特征在于，包括：

金属衬底，所述金属衬底的厚度为80um～150um；

焊盘，与另一个所述半导体层电性连接以作为第二电极。

2.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属应力调整层的厚度为0.5um～10um。

3.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述外延层上还形成有外延应力调整层，所述外延应力调整层的厚度为0.2um～1um。

4.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，两个所述半导体层分别为N型半导体层及P型半导体层，所述P型半导体层较所述N型半导体层更靠近所述金属衬底，所述第一电极为P电极，所述第二电极为N电极。

5.如权利要求4所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述焊盘位于所述N型半导体层上并与所述N型半导体层电性连接，所述金属应力调整层通过所述金属衬底与所述P型半导体层电性连接。

6.如权利要求5所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述N型半导体层上还形成有N型接触层，所述焊盘位于所述N型接触层上，并通过所述N型接触层与所述N型半导体层电性连接。

7.如权利要求4所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属衬底与所述P型半导体层之间还形成有由下至上依次堆叠的反射镜层及P型接触层，所述金属衬底通过所述反射镜层及所述P型接触层与所述P型半导体层电性连接。

8.如权利要求7所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属衬底与所述反射镜层之间还具有键合层。

9.如权利要求1所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，两个所述半导体层分别为N型半导体层及P型半导体层，所述P型半导体层较所述N型半导体层更靠近所述金属衬底，所述第一电极为N电极，所述第二电极为P电极。

10.如权利要求9所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属衬底与所述N型半导体层之间还形成有由下至上依次堆叠的导电层及绝缘层，所述外延层中具有多个N通孔；

11.如权利要求10所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述N通孔内还形成有N型接触层，所述N型接触层与所述N型半导体层电性连接，所述导电层通过所述N型接触层与所述N型半导体层电性连接；以及，

12.如权利要求10所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，所述金属衬底与所述导电层之间还具有键合层。

13.如权利要求4-12中任一项所述的垂直结构LED芯片，其特征在于，还包括钝化保护层，位于所述N型半导体层上并整面覆盖所述垂直结构LED芯片，所述钝化保护层还暴露出所述焊盘的至少部分顶面。