[发明专利]基于应力调控的提高垂直结构LED芯片反射镜反射率的方法

说明书

本发明公开了基于应力调控的提高垂直结构LED芯片反射镜反射率的方法，包括LED外延片生长的步骤、生长不同厚度的纳米Ag反射镜的步骤、对生长得到的纳米Ag反射镜进行系列表征测试的步骤、键合及衬底转移的步骤、制备钝化层及n电极的步骤、总结应力与LED光输出功率关系的步骤。通过调控反射镜Ag层厚度改变反射镜残余应力，进而控制反射镜表面形貌，很大程度上改善了Ag基反射镜的团簇现象，进而提高了反射镜的反射率以及垂直结构LED芯片的光输出效率。

技术领域

本发明涉及一种LED制造技术，尤其涉及一种基于应力调控的提高垂直结构LED芯片反射镜反射率的方法。

背景技术

随着LED在照明领域的逐步应用，市场对白光LED光效的要求越来越高， GaN基垂直结构LED具有单面出光，良好的散热能力，能够承受大电流注入，这样一个垂直结构LED芯片可以相当于几个正装结构芯片，折合成本只有正装结构的几分之一。因此，GaN基垂直结构LED是市场所向，是半导体照明发展的必然趋势。与传统的平面结构LED相比，垂直结构LED具有许多优点：垂直结构LED两个电极分别在LED的两侧，电流几乎全部垂直流过外延层，没有横向流动的电流，电流分布均匀，产生的热量减少；采用键合与剥离的方法将导热不好的蓝宝石衬底去除，换成导电性好并且具有高热导率的衬底，可有效地散热；n-GaN层为出光面，该层具有一定的厚度，便于制作表面微结构，以提高光提取效率。总之，与传统平面结构相比，垂直结构在出光、散热等方面具有明显的优势。

而反射镜是垂直结构LED芯片最重要的结构之一，形成低接触电阻高反射率的p型欧姆接触是获取低电压高光输出功率的LED芯片的必要条件。目前主要采用Ag作为反射镜的核心材料，因为Ag是可见光波段反射率最高的金属。但是Ag在GaN表面的黏附性较差，在芯片制程中很容易发生脱落；同时由于其物理化学性质十分活泼，会导致其在300度以上的合金化过程中发生扩散，团簇，氧化等现象，造成Ag反射率的大幅退化，并对GaN造成破坏。目前已有制备叠层结构的Ag基反射镜为解决Ag的黏附性差和易氧化的问题。但Ag 团簇的现象仍然存在，并且是影响Ag基反射镜的一大因素。因此解决Ag团簇现象，提高反射率实现高光效LED的重要组成部分。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种基于应力调控的提高垂直结构LED芯片反射镜反射率的方法。通过调控反射镜Ag层厚度改变反射镜残余应力，进而控制反射镜表面形貌，很大程度上改善了Ag基反射镜的团簇现象，进而提高了反射镜的反射率以及垂直结构LED芯片的光输出效率。

本发明的目的采用如下技术方案实现：基于应力调控的提高垂直结构LED 芯片反射镜反射率的方法，包括，

LED外延片生长的步骤：首先在Si衬底上外延生长LED外延片，包括生长在Si衬底上的n型掺杂GaN薄膜，生长在n型掺杂GaN薄膜上的InGaN/GaN 量子阱，生长在InGaN/GaN量子阱上的p型掺杂GaN薄膜；生长不同厚度的纳米Ag反射镜的步骤：在LED外延片表面使用电子束蒸发设备，依次蒸镀Ni、 Ag、Ni三层反射镜金属；接着对反射镜在快速退火炉内进行高温退火；

对生长得到的纳米Ag反射镜进行系列表征测试的步骤：对测试片首先采用 SEM、AFM测试得到纳米Ag反射镜表面的原子排布形貌、粗糙度的参数；其次采用分光光度计测量纳米Ag反射镜的反射率；然后采用HRXRD测试其标准 2TO图谱，采用相应应力计算公式计算纳米Ag反射镜的内应力及热应力；再进行应力补偿计算，补偿应力大小为内应力与热应力之差的绝对值；最终综合以上测量方法得到纳米Ag反射镜的厚度－应力－反射率的关系；

键合及衬底转移的步骤：对退火后的纳米Ag反射镜再次进行蒸镀Cr、Pt、Au 金属得到Cr/Pt/Au金属保护层，再蒸镀Au、Sn键合金属，得到的Au/Sn键合层，使用金属高温高压键合的方式将LED外延片转移至导电的Si(100)衬底上；使用化学腐蚀方法剥离原有外延Si衬底；