[发明专利]倒装LED芯片结构及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及倒装LED芯片结构及其制备方法，属于半导体制造技术领域。

背景技术

随着全球极端气候的频繁发生，照明领域也正进入一次大的变革。LED作为第三代的固态照明技术，正被大家高度关注；但是随着技术的发展，成熟的现有工艺正面临着巨大的挑战。目前最为成熟的是将氮化镓晶体层生长在蓝宝石的绝缘衬底上，所以将正负电极做在同一侧，光从P面氮化镓层出射到环境；此结构中电流会横向流过N型氮化镓层，导致电流拥挤，局部造成发热，降低了电光转换效率；同时蓝宝石衬底的导热性差（35W/mK）,直接导致芯片的使用寿命降低。

目前为解决以上问题，采用将蓝宝石衬底这种绝缘和导热性不好的材料在外延生长完全结构后，从外延层移除；再在移除后的N面GaN表面进行电极制作。去除蓝宝石衬底之前需要将另一导电导热好的衬底基板和外延片的外延层面粘合，利用剥离衬底和芯片绑定技术得到的垂直结构LED芯片具有长寿命，光衰少，有效提高热传导和改善电流拥挤效应。

晶片键合最早开始于二十多年前MEMS功率器件的封装，开始采用胶将晶片粘合，现在已经被金属键合所代替。金属键合不但提高了键合效率，而且提高LED的流明效率。在LED键合工艺的优化过程中，垂直结构LED的键合界面既需要有好的热传导，也需要有好的导电性，而这些衬底材料也要有与LED相匹配的热膨胀系数，因为在键合工艺过程和衬底激光剥离时存在较大的温度变化。此外，垂直结构LED键合金属的厚度和沉积方式也很关键，通常采用铂、铝、金等粘附层确保晶片不会出现滑移。

现转移衬底普遍采用铜衬底，但是铜的热膨胀系数比GaN高得多。这种热膨胀系数失配导致非常高的表面应力，高电流密度使这种情况更加恶化。GaN层是具有压电效应的六角纤维锌矿结构，由此引起的界面应力会破坏电流分布。而且，金属衬底的膨胀会分裂抗张强度较低的GaN晶格，在晶格内部产生缺陷，引起外延层中局部发热，导致光效率降低的恶性循环，这样的芯片可靠性能差；同时较大的膨胀系数差会导致晶片上下两面呈现一定的弯曲度，使后续图形光刻工艺无法很好的制作电极图形，容易造成图形的偏移及变形。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种倒装LED芯片结构及其制备方法，采用硅合金基板作为转移基板，以此匹配生长基板的热膨胀系数。

为了实现上述目的，本发明提出一种LED芯片的倒装结构，包括由下至上依次堆叠的硅合金衬底、金属中间层、P型氮化镓半导体层、有源层、N型氮化镓半导体层。

进一步地，所述金属中间层包括第一金属中间层和第二金属中间层。

进一步地，所述第一金属中间层包括由下至上依次堆叠的：接触层、光反射层和焊料层。

进一步地，所述第二金属中间层包括：焊料层。

进一步地，所述N型氮化镓半导体层为所述LED芯片的出光面。

进一步地，所述硅合金衬底的材料包括Si，还包括Al、Cu、Fe、Ge中的一种或其组合。

进一步地，所述硅合金衬底的Si含量为50wt%至99wt%、合金材料总含量为1wt%至49wt%、杂质含量为0wt%至1wt%。

进一步地，所述硅合金衬底的材质为含有1wt%至50wt%铝含量的二元铝硅合金材料。

本发明还提供一种倒装结构LED芯片制备方法，包括：

提供生长基板；

在所述生长基板依次生长缓冲层、N型氮化镓半导体层、有源层和P型氮化镓半导体层；

在所述P型氮化镓半导体层暴露表面生长第一金属中间层；

提供转移基板，所述转移基板的材质为硅合金材料；

在所述转移基板上生长第二金属中间层；

将所述第一金属中间层暴露表面与所述第二金属中间层的暴露表面键合；

去除所述生长基板。

进一步地，所述倒装结构LED芯片制备方法还包括：

去除所述缓冲层，使所述N型氮化镓半导体层暴露，并在所述N型氮化镓半导体层的暴露表面制作第一电极；

对所述N型氮化镓半导体层除第一电极以外其他区域生长钝化保护层；

从背面减薄所述转移基板至一定厚度，在所述转移基板的背面制作第二电极。

进一步地，所述第一金属中间层包括由下至上堆叠的：接触层、光反射层和焊料层。

进一步地，所述第二金属中间层包括：焊料层。

进一步地，所述硅合金衬底的材料包括Si，还包括Al、Cu、Fe、Ge中的一种或其组合。