[发明专利]一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片及其制备方法

摘要

本发明公开了一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片及其制备方法，包括在外延衬底上制备n型掺杂GaN层，InGaN/GaN多量子阱层，p型掺杂GaN层，再在LED外延片表面制备纳米Ag基反射镜，反射镜保护层、MESA开孔、绝缘层；再填充孔内的N金属电极及键合层金属；然后将LED外延层转移至Si衬底上；接着采用干湿法相结合的方法制备MESA切割道；再制备钝化层PA、P电极图案、P电极金属，形成LED芯片。本发明通过优化干、湿法刻蚀MESA切割道的厚度比值，获得切割道边缘整齐，无腐蚀液内渗，无白边，无金属侧壁攀爬及反溅且工艺稳定易控制的GaN MESA切割道，也解决了LED芯片漏电问题。

主权项

1.一种无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n（1）提供外延衬底，在外延衬底上外延生长LED外延片，包括生长在外延衬底上的n型掺杂GaN层，生长在n型掺杂GaN层上的InGaN/GaN多量子阱层，生长在InGaN/GaN多量子阱层上的p型掺杂GaN层；/n（2）在LED外延片表面使用磁控溅射或电子束蒸发工艺，蒸镀纳米Ag基反射镜，再将制备的纳米Ag基反射镜置于快速退火炉内进行高温退火，然后将退火后的纳米Ag基反射镜进行光刻及湿法腐蚀处理，获得第一开孔；/n（3）在腐蚀后的纳米Ag基反射镜上制备反射镜保护层，并配合光刻及lift-off方法得到第二开孔；所述反射镜保护层覆盖所述第一开孔的底部及侧壁，所述反射镜保护层的材料为TiW、Pt、Au、Ni和Al中的一种或者几种的组合；/n（4）在步骤（3）的第二开孔内形成贯穿所述p型掺杂GaN层及发光层InGaN/GaN多量子阱层的第三开孔，第四深孔的底部位于所述n型掺杂GaN层内，并未贯穿n型掺杂GaN层；刻蚀上电极功率为100W-300W，下电极功率为50W-200W，刻蚀速率为10埃/秒-25埃/秒；/n（5）在所述第三开孔内形成第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述第三开孔的底部及侧壁，所述第一绝缘层的材料是二氧化钛、二氧化硅或氮化硅；/n（6）在所述第三开孔所在区域的第一绝缘层内形成第四开孔，所述第四开孔暴露出位于所述第三开孔底部的n型掺杂GaN层；在第三开孔区域内用BOE腐蚀工艺去除对应第四开孔区域的第一绝缘层；/n（7）在所述第四开孔内填充N电极金属；所述N电极金属的上表面与所述第一绝缘层的上表面在同一水平线，所述N电极金属为Al、Ti、W、Au、Cr、Mo、Pt和Ag中的一种或者几种的组合；/n（8）在步骤（5）得到的结构表面形成第一金属键合层，提供键合衬底，在所述第一金属键合层的正面形成第二金属键合层，在所述键合衬底的背面形成第一背金层，所述键合衬底通过所述第一及第二金属键合层键合于所述第一绝缘层；所述第一金属键合层和第二金属键合层的金属为Sn-Ni；/n（9）剥离外延生长衬底，所述剥离外延生长衬底的方法为机械研磨加化学蚀液腐蚀，再对剥离外延生长衬底后的芯片表面使用干法刻蚀去除芯片缓冲层，将n型掺杂GaN层的背面完全暴露出来，并采用化学溶液对n型掺杂GaN层进行粗化处理，以减少GaN-空气界面的全反射效应；所述化学蚀液是氢氟酸、硝酸和冰醋酸的一种或者几种的组合，所述干法刻蚀所用化学药剂为KOH/NaOH的热溶液、KOH/NaOH的熔融物中的一种；/n（10）在粗化后的n型掺杂GaN层表面，制备SiO₂掩模层，再采用标准光刻工艺做好MESA切割道图形，去除MESA切割道处图形的SiO₂，再采用电感耦合等离子体刻蚀机台刻蚀MESA切割道图形处的GaN，刻蚀至一定剩余厚度时停止刻蚀，采用plasma吹扫刻蚀表面，使表面干净无杂物；所述刻蚀采用的气体为Cl₂/BCl₃混合气体；所属刻蚀上电极功率为200W-500W，下电极功率为80W-300W，所述刻蚀的速率为15埃/秒-50埃/秒；/n（11）用台阶仪测试步骤（10）中剩余厚度，与刻蚀预设值相比对，并以此为实际值；若未达到设定值，则加刻；/n（12）将步骤（10）中所得样品转移至自动酸洗机台中，采用热的磷酸溶液进行湿法腐蚀，所述磷酸溶液的温度为80—200℃，达到预设腐蚀值时，送至台阶仪下检测厚度，再送至金相显微镜下检测外观形貌；/n（13）所述干法刻蚀和湿法腐蚀的GaN厚度比为3：1~6：1；/n（14）在步骤（12）得到样品表面制备第二绝缘层，并配合标准光刻、刻蚀、电子束蒸发及lift-off工艺形成P电极，得无漏电MESA切割道3D通孔超结构LED芯片；所述P电极的金属为Cr、Pt、Au、Ni、Ti和TiW中的一种或者几种的组合。/n