[发明专利]低成本的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体发光器件及其制备方法，尤其涉及一种低成本的垂直结构发光二极管芯片及其制备方法。 

背景技术：

从发光二极管的结构上讲，GaN基的发光二极管芯片可分为正装结构、倒装结构和垂直结构。传统正装结构发光二极管芯片的结构简单、工艺相对成熟，然而其具有电流拥挤和散热困难两大缺点；倒装结构发光二极管芯片有效地改善了传统正装结构发光二极管芯片的散热问题，其通过将发光二极管芯片与导热性能良好的基板焊接在一起，使发光二极管芯片倒置在基板上，从而可通过基板散热，适用于大尺寸的发光二极管芯片。但是，与正装结构发光二极管芯片一样，倒装结构发光二极管芯片的p、n电极仍在发光二极管芯片同侧，电流将横向流过n型材料，电流拥挤的现象仍然存在，限制了驱动电流的进一步增大。垂直结构的发光二极管则可以有效地解决散热困难和电流拥挤的问题，与此同时，垂直结构发光二极管芯片还解决了P电极挡光的问题，提高了出光面积。除此之外，垂直结构发光二极管芯片的另一大优势还在于：经过薄膜转移后n型材料裸露，从而使用表面粗化等方法具有可行性，这可以大大提高LED的出光效率。因此，垂直结构发光二极管芯片已成为大功率LED的发展趋势，也逐渐成为照明用发光二极管芯片的主流产品。

垂直结构发光二极管芯片的工艺与正装结构、倒装结构发光二极管芯片工艺的主要区别在于引入了薄膜转移技术，即首先通过晶圆热压黏合或电镀的方法将外延片与具有高导电性、高导热性的基板粘合在一起，然后通过激光剥离或湿法腐蚀的方法去除原生长衬底。目前产业化生产垂直结构LED均通过晶圆热压黏合的方法进行薄膜转移，但是目前薄膜转移技术特别是晶圆热压黏合阶段需要使用大量的金、铂、金锡等贵金属材料，而贵金属在整个垂直结构发光二极管芯片制造成本中占很大的比例，限制了垂直结构LED成本的进一步下降,而成本仍是目前LED光源大规模进入通用照明领域的瓶颈之一。 

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种低成本的垂直结构发光二极管芯片。 

本发明的第二个目的在于提供一种低成本的垂直结构发光二极管芯片的制备方法，通过设计具有多种金属叠层结构的P面保护层、基板保护层，使得晶圆热压黏合工艺所需要的大量晶圆热压黏合材料可采用低熔点、低成本的普通金属，而避免采用Au、Pt、AuSn等贵金属，大大降低了制备垂直结构发光二极管芯片的成本。 

本发明的第一个目的是这样实现的： 

一种低成本的垂直结构发光二极管芯片，包括：基板层，基板层由依次从下至上的基板反面接触层、基板应力调制层、基板反面保护层、支撑基板、基板正面阻挡保护层和基板正面稀释保护层构成，特征是：在基板的上面依次设有黏结层、p面保护层、p面欧姆接触金属层和外延层，p面保护层由依次从下至上的p面稀释保护层和p面阻挡保护层构成，外延层由依次从下至上的p型半导体层、发光活性层、n型半导体层和缓冲层构成，n电极位于n型半导体层之上。

优选地，所述的黏结层的厚度为0.5um～5um。 

优选地，所述的p面保护层的厚度为 0.1 um～15um。 

优选地，所述的p面欧姆接触金属层的厚度为0.05um～0.5 um。 

优选地，所述的基板正面稀释保护层的厚度为0.5 um～10 um。 

优选地，所述的基板正面阻挡保护层的厚度为0.2um～5um。 

优选地，所述的支撑基板的厚度为60um～600um。 

优选地，所述的基板应力调制层的厚度为1 um～20 um。 

优选地，所述的基板反面接触层的厚度为0.1 um～ 5 um。 

优选地，所述的垂直结构发光二极管芯片的结构包括钝化层、增加出光的图形织构层、与电极的互补结构、光增透层。 

本发明的第二个目的是这样实现的： 

一种低成本的垂直结构发光二极管芯片的制备方法，特征是：

A、先在生长衬底上依次沉积有缓冲层、n型半导体层、发光活性层和p型半导体层，构成外延层；

B、再在外延层上依次沉积有p面欧姆接触金属层、并进行图形化处理，使其和n电极焊盘具有互补结构；

C、再沉积由p面阻挡保护层和p面稀释保护层构成的p面保护层； 

D、然后在支撑基板的正面依次沉积有基板正面阻挡保护层和基板正面稀释保护层；

E、沉积黏结层；

F、在支撑基板的反面依次沉积有基板反面保护层、基板应力调制层和基板反面接触层；