[发明专利]GaN基垂直LED芯片及其制备方法

说明书

本发明提供了一种GaN基垂直LED芯片及其制备方法，从下至上依次包括：支撑衬底、金属反射层、孔洞反射层、P型电流扩展层、有源区发光层、N型电流扩展层及N电极，其中，P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层；孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。其在P型电流扩展层表面进一步生长具有V型孔洞的空洞反射层，该孔洞反射层和金属反射层的组合形式保证了垂直LED芯片发光效率的同时无需对外延片的上表面进行粗化，以此进一步保证了垂直LED芯片制备过程中的良率和可靠性。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种GaN基垂直LED芯片及其制备方法。

背景技术

GaN基LED芯片结构包括水平芯片、倒装芯片和垂直芯片，其中，垂直芯片由于具备大电流扩展均匀、出光角度窄、封装可靠性高等优点，在汽车头灯、手机闪光灯、高强度方向光照明、投影光源等高端市场上广泛应用。

垂直芯片的主体结构从下至上依次包括导电支撑衬底、键合金属层(图中未示出)、下电极(反射金属层)、外延层(包括P型电流扩展层、有源区发光层和N型电流扩展层)及上电极/通孔电极(N电极)，如图1所示。一般来说，为了增大光线的逃逸角度、提高芯片的出光效率，需要对垂直芯片外延层的上表面进行粗化操作。具体，在外延衬底剥离后，垂直LED芯片的上表面实际上是外延的缓冲层，此处外延材料缺陷密度较高，也是不稳定的氮极性面。在LED表面粗化过程中，可能发生外延层中局部的缺陷集中导致的局部粗化过深(过蚀)，甚至外延层局部穿通。这种现象将引起垂直LED芯片漏电和老化失效等良率和可靠性问题。

在大芯片尺寸的垂直LED应用中，由于单个模组的LED使用颗数较少，可以通过点测筛选、老化后修复等方法剔除垂直LED芯片的可靠性风险。但是，在新世代的mini-LED和micro-LED显示技术中，单颗LED芯片尺寸在100μm甚至10μm以下，单个显示模块使用的LED芯片数量达上万颗甚至上千万颗。此时，常规的点测、分选、修复等技术将面临巨大的困难。是以，在这种巨量应用场景中，由表面粗化导致垂直LED芯片可能出现外延过蚀、外延穿通、芯片漏电、亮度退化、芯片失效等风险必须得到彻底解决。

发明内容

为了克服以上不足，本发明提供了一种GaN基垂直LED芯片及其制备方法，有效解决现有垂直LED芯片可能由于外延片表面粗化导致出现的外延过蚀、外延穿通、芯片漏电、亮度退化、芯片失效等风险。

本发明提供的技术方案为：

一种GaN基垂直LED芯片，从下至上依次包括：支撑衬底、金属反射层、孔洞反射层、P型电流扩展层、有源区发光层、N型电流扩展层及N电极，其中，所述P型电流扩展层为950～1000℃下生长的P型GaN层；所述孔洞反射层为500～700℃下生长的P型GaN层，具有V型孔洞。

一种GaN基垂直LED芯片制备方法，包括：

在生长衬底上依次生长缓冲层、N型电流扩展层及有源区发光层；

在950～1000℃的条件下于所述有源区发光层表面生长P型GaN层，作为P型电流扩展层；

在500～700℃的条件下于所述P型电流扩展层表面生长P型GaN层，作为孔洞反射层；

在所述孔洞反射层表面蒸镀金属反射层；

通过共晶的方式将蒸镀有金属反射层的外延片键合至支撑衬底表面；

去除生长衬底，并蚀刻缓冲层；

于所述N型电流扩展层表面蒸镀欧姆接触层并形成N电极。