[发明专利]一种LED芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种LED芯片及其制备方法，该LED芯片尤其适用于照明。

背景技术

发光二极管(LED)是一种具有较高电光转换效率的半导体发光器件。目前以氮化镓(GaN)材料为代表的III-V族化合物是蓝绿光LED的重要材料体系，在众多领域中的广泛应用促进了研发和商用器件方面的快速发展。现在比较常用的LED芯片结构如图1、图2所示。图1是常用的正装LED芯片结构示意图，其基本结构包括：衬底310，GaN缓冲层320，N型GaN330，P型GaN 340，电极焊点110，120。图2是基于激光剥离的倒装LED芯片结构示意图，其基本结构为连接层210，P型GaN 340，N型GaN330，电极焊点220。这两个结构一般芯片比较小，并且出光功率有待提高。由于自然界缺乏天然GaN单晶，目前GaN基LED普遍采用价格低的蓝宝石作为异质衬底，蓝宝石的导电以及导热性能比金属差，这影响了GaN基LED器件的电学和光学性能。如何克服蓝宝石衬底带来的不利影响，提高GaN基LED器件的光电性能及散热效果，成为目前GaN基LED器件的研究热点。激光剥离技术是解决这一问题的重要方法之一。已经有报道采用硅(Si)或铜(Cu)作为激光剥离的转移衬底实现激光剥离，并在此基础上设计出不同的芯片结构，但是还存在一些问题。在激光剥离前，将GaN与Si或Cu键合在一起，剥离后再将GaN与Si或Cu分离，键合和分离工艺上都比较复杂，并且最后得到的芯片的结构没有很好地解决出光效率和性能的问题，尤其是LED芯片发光功率及发光面积，需要进一步提高。

发明内容

本发明的目的在于提供一种LED芯片，该LED照片芯片既能提高出光效率和芯片性能，又能减化工艺过程，尤其可以增加单片芯片面积，同时增加发光面积和提高单片芯片的出光功率；本发明还提供了该芯片的制备方法。

本发明提供的LED芯片，其特征在于：它自下而上依次包括散热层、键合金属层、绝缘层、P型电极、反射层、P型GaN层、N型GaN层和N型电极；其中N型电极由ITO透明电极和N电极焊点构成，在芯片四角设置有四条P电极沟槽，P电极沟槽由芯片顶层的N型电极区贯穿到芯片的P型区；N型GaN层的上表面为三维凸起阵列。

本发明提供的LED芯片的制备方法，其步骤包括：

(1)在外延片的P型GaN层上依次逐层沉积反射层、P电极、绝缘层，再在绝缘层和散热层上分别沉积键合金属材料，再将二者结构对准后键合，键合温度为100到800℃，压强为1.5到3.5个大气压，键合时间为10到40分钟；其中，反射层厚度为50到500纳米，P电极厚度为50到1000纳米，绝缘层厚度在100到1000纳米左右；散热层厚度在20到300微米，键合金属层的厚度为100到2000纳米；

(2)将步骤(1)所得到的结构倒装；

(3)将外延片的衬底减薄到50到200微米，再用激光聚焦在外延片的衬底与GaN缓冲层交界面，清洗剥离后的结构；

(4)刻蚀GaN缓冲层直到N型GaN裸露；

(5)将裸露的N型GaN图形化，使其上表面为三维凸起阵列；

(6)在图形化的N型GaN上沉积一层ITO作为透明电极，ITO透明电极的厚度为100到1000纳米；

(7)在步骤(6)所得到的结构四角刻蚀出4个沟槽结构，刻蚀沟槽从顶端N型GaN刻蚀到P型电极层裸露；在ITO上刻蚀出4个电极孔，P电极焊点的孔直径为20到80微米；

(8)在ITO的上述电极孔内的沉积金属作为N电极焊点。

本发明要求实现衬底激光剥离后，表面图形化N型GaN技术并制作ITO(铟锡金属氧化物)透明电极，既可以通过电极微结构提高出光效率，又可以提高大功率芯片载流子注入效率。衬底激光剥离后GaN缓冲层暴露，但是GaN缓冲层没有掺杂所以导电率不高，在它上面直接做电极会影响LED出光效率和性能，所以选择先刻蚀掉GaN缓冲层后图形化N型GaN，然后在其上沉积透明电极ITO，并在ITO上内嵌Ni/Au电极焊点。为了在P电极上引出焊点，需在剥离衬底后在芯片四角刻蚀出沟槽结构，从顶端直接刻蚀到P电极上层。

本发明方法在将外延片进行激光剥离衬底的基础上制作新型倒装LED芯片，可获得高性能的LED芯片，尤其是可以提高单个LED芯片的发光面积和单个LED芯片的出光功率及效率。具体而言，本发明具有以下技术效果：

(1)引入散热层，既可作为激光剥离时的散热材料，又可提高大功率LED芯片的散热效果。