[实用新型]基于应力调控电镀和衬底转移的氮化物LED芯片

说明书

技术领域

本实用新型属于半导体照明技术领域，涉及一种氮化镓基垂直结构LED芯片，特别适用于白光照明领域。

背景技术

发光二极管（LED）被认为是人类历史上继白炽灯、荧光灯和高强度放电灯之后的第四代光源。氮化镓（GaN）材料，作为第三代半导体材料的典型代表，具有禁带宽度大、热稳定性和化学稳定性好、小介电常数、高热导、抗辐照等优点，并且它属于直接带隙结构材料，有极高的辐射复合效率，因此被广泛应用于发光器件的制备中。

GaN材料外延生长所采用的衬底有GaN同质衬底，蓝宝石，SiC和Si等异质衬底。GaN衬底制备困难，SiC衬底成本极高，Si衬底与GaN的失配极大，因此GaN的外延生长主要采用的是蓝宝石异质衬底。目前，蓝宝石衬底上的LED芯片大部分还是以普通结构的形成存在。随着图形化蓝宝石衬底的产业化，GaN基LED芯片的效率得到大幅提升，其成本也逐渐降低。蓝光LED芯片上添加荧光粉可以实现白光。为实现通用照明，要求单颗蓝光LED芯片驱动在较大电流下仍具有较高的光输出功率。尽管图形化蓝宝石衬底LED芯片具有较高的光效，然而蓝宝石衬底的散热性能较差，这将影响LED芯片在大电流驱动下的发光效率。去除蓝宝石衬底制备成垂直结构LED可以有效地解决上述问题。去除蓝宝石衬底的主要方法是激光剥离，但是激光剥离过程中会产生瞬间的高温，会影响外延层的质量，造成发光效率下降，更严重地情况可能会使外延层破裂。目前产业化所采用的主要是图形化蓝宝石衬底的LED外延片，由于散射的影响，用激光剥离的方法处理图形化衬底将需要更大的激光能量，对外延层的损伤相应增加。

实用新型内容

本实用新型提供了基于应力调控电镀和衬底转移的氮化物LED芯片。利用激光切割氮化镓外延层分离各个LED芯片，释放氮化镓外延层的应力；利用应力调控电镀制备金属基板；利用湿法腐蚀氮极性面GaN使蓝宝石衬底与LED外延层分离。

本实用新型提供的技术方案如下。

基于应力调控电镀和衬底转移的氮化物LED芯片，从下到上依次包括金属基板、电镀种子层、反射电极层、侧壁保护层、具有倒梯形结构的GaN外延层，和n型电极层。

进一步地，所述金属基板为金属镍，厚度为80μm。

进一步地，所述电镀种子层结构为Ni/Au，Cr/Au，Ti/Au，Cr/Pt/Au中的一种，电镀种子层的厚度为200nm～10um。

进一步地，所述电镀种子层的面积等于金属基板的面积；反射电极的面积小于电镀种子层的面积。

进一步地，所述反射电极层为Ni/Ag或Ni/Au+Al或ITO+Ag，所述反射电极层厚度为150nm～500nm。

进一步地，所述GaN侧壁保护层为绝缘层SiO2或SiN，其厚度范围为800~1500nm,侧壁保护层覆盖住GaN外延层侧壁。

进一步地，所述GaN外延层的结构从下到上依次包括p-GaN层、有源区和n-GaN层；所述GaN外延层的厚度为2～4μm。

进一步地，倒梯形状的GaN外延层的侧壁倾斜角为40～70度；所述的倒梯形状的GaN外延层最表层的n-GaN层是N极性氮化镓。

进一步地，所述n型电极层电极厚度范围为500nm～1500nm。

上述基于应力调控电镀和衬底转移的氮化物LED芯片的制备方法，具体包括以下步骤：

[1]提供一蓝宝石衬底，然后在该衬底上生长氮化镓外延层，氮化镓外延层包括GaN缓冲层、u-GaN层，n-GaN层、有源区和p-GaN层；

[2]利用光刻及干法刻蚀刻蚀出mesa平台；

[3]制备一层激光切割保护层，利用激光切割氮化镓外延层，再用热酸清洗使各个LED芯片独立；

[4]去除激光切割保护层后，沉积金属牺牲层，侧壁保护层；

[5]沉积反射电极层和电镀种子层；

[6]在电镀种子层上电镀金属基板，并对该金属基板进行表面抛光处理；

[7]对蓝宝石衬底进行研磨抛光处理，用激光将蓝宝石衬底切穿；

[8]用酸或碱溶液进行清洗，将步骤[4]中的金属牺牲层去除，漏出侧面氮化镓；

[9]将上述结构放置于热酸或热碱溶液中，通过湿法腐蚀，使氮化镓外延层与蓝宝石衬底分离，从而使氮化镓外延层转移到了电镀金属基板上，表面的氮化镓为N极性面的u-GaN；

[10]去除N极性面的u-GaN，漏出N极性面的n-GaN，然后在N极性面的n-GaN上制作N型欧姆接触电极。