倒装LED芯片结构及其制备方法技术

本发明专利技术提出一种倒装LED芯片结构，包括由下至上依次堆叠的硅合金衬底、金属中间层、P型氮化镓半导体层、有源层、N型氮化镓半导体层。采用了与生长基板热膨胀系数相近的硅合金材质的转移基板作为LED芯片的衬底，降低了LED芯片器件层的晶格错位损伤，减少了漏电流的产生，提升了产品性能。本发明专利技术还提出一种上述倒装LED芯片结构的制备方法。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及倒装LED芯片结构及其制备方法，属于半导体制造

技术介绍
随着全球极端气候的频繁发生，照明领域也正进入一次大的变革。LED作为第三代的固态照明技术，正被大家高度关注；但是随着技术的发展，成熟的现有エ艺正面临着巨大的挑战。目前最为成熟的是将氮化镓晶体层生长在蓝宝石的绝缘衬底上，所以将正负电极做在同一侧，光从P面氮化镓层出射到环境；此结构中电流会横 向流过N型氮化镓层，导致电流拥挤，局部造成发热，降低了电光转换效率；同时蓝宝石衬底的导热性差(35W/mK)，直接导致芯片的使用寿命降低。目前为解决以上问题，采用将蓝宝石衬底这种绝缘和导热性不好的材料在外延生长完全结构后，从外延层移除；再在移除后的N面GaN表面进行电极制作。去除蓝宝石衬底之前需要将另ー导电导热好的衬底基板和外延片的外延层面粘合，利用剥离衬底和芯片绑定技术得到的垂直结构LED芯片具有长寿命，光衰少，有效提高热传导和改善电流拥挤效应。晶片键合最早开始于二十多年前MEMS功率器件的封装，开始采用胶将晶片粘合，现在已经被金属键合所代替。金属键合不但提高了键合效率，而且提高LED的流明效率。在LED键合エ艺的优化过程中，垂直结构LED的键合界面既需要有好的热传导，也需要有好的导电性，而这些衬底材料也要有与LED相匹配的热膨胀系数，因为在键合エ艺过程和衬底激光剥离时存在较大的温度变化。此外，垂直结构LED键合金属的厚度和沉积方式也很关键，通常采用钼、铝、金等粘附层确保晶片不会出现滑移。现转移衬底普遍采用铜衬底，但是铜的热膨胀系数比GaN高得多。这种热膨胀系数失配导致非常高的表面应力，高电流密度使这种情况更加恶化。GaN层是具有压电效应的六角纤维锌矿结构，由此引起的界面应カ会破坏电流分布。而且，金属衬底的膨胀会分裂抗张强度较低的GaN晶格，在晶格内部产生缺陷，引起外延层中局部发热，导致光效率降低的恶性循环，这样的芯片可靠性能差；同时较大的膨胀系数差会导致晶片上下两面呈现一定的弯曲度，使后续图形光刻エ艺无法很好的制作电极图形，容易造成图形的偏移及变形。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供一种倒装LED芯片结构及其制备方法，采用硅合金基板作为转移基板，以此匹配生长基板的热膨胀系数。为了实现上述目的，本专利技术提出ー种LED芯片的倒装结构，包括由下至上依次堆叠的硅合金衬底、金属中间层、P型氮化镓半导体层、有源层、N型氮化镓半导体层。进ー步地，所述金属中间层包括第一金属中间层和第二金属中间层。进ー步地，所述第一金属中间层包括由下至上依次堆叠的接触层、光反射层和焊料层。进ー步地，所述第二金属中间层包括焊料层。 进ー步地，所述N型氮化镓半导体层为所述LED芯片的出光面。进ー步地,所述娃合金衬底的材料包括Si,还包括Al、Cu、Fe、Ge中的ー种或其组ムロ ο进ー步地，所述硅合金衬底的Si含量为50wt%至99wt%、合金材料总含量为lwt%至49wt%、杂质含量为0wt%至lwt%。 进ー步地,所述娃合金衬底的材质为含有lwt%至50wt%招含量的ニ元招娃合金材料。本专利技术还提供ー种倒装结构LED芯片制备方法，包括提供生长基板；在所述生长基板依次生长缓冲层、N型氮化镓半导体层、有源层和P型氮化镓半导体层；在所述P型氮化镓半导体层暴露表面生长第一金属中间层；提供转移基板,所述转移基板的材质为娃合金材料；在所述转移基板上生长第二金属中间层；将所述第一金属中间层暴露表面与所述第二金属中间层的暴露表面键合；去除所述生长基板。进ー步地，所述倒装结构LED芯片制备方法还包括去除所述缓冲层，使所述N型氮化镓半导体层暴露，并在所述N型氮化镓半导体层的暴露表面制作第一电极；对所述N型氮化镓半导体层除第一电极以外其他区域生长钝化保护层；从背面减薄所述转移基板至一定厚度，在所述转移基板的背面制作第二电极。进ー步地，所述第一金属中间层包括由下至上堆叠的接触层、光反射层和焊料层。进ー步地，所述第二金属中间层包括焊料层。进ー步地，所述娃合金衬底的材料包括Si,还包括Al、Cu、Fe、Ge中的ー种或其组ムロ ο进ー步地，所述硅合金衬底的Si含量为50wt%至99wt%、合金材料总含量为lwt%至49wt%、杂质含量为0wt%至lwt%。进ー步地,所述娃合金衬底的材质为含有lwt%至50wt%招含量的ニ元招娃合金材料。与现有技术相比，本专利技术所述的倒装LED芯片结构的有益效果主要表现在采用硅合金基板作为转移基板，以此匹配生长基板的热膨胀技术，減少了芯片制备过程中由于生长基板与转移基板热膨胀系数的差异，缓解了 LED芯片的翘曲度，为器件层起到良好的支撑，有效提闻了 LED芯片的饱和电流，提闻出光売度，提闻了广品的性能，并增加了广品的可靠性。附图说明图I为本专利技术所述的在生长基板上生长LED外延结构示意图2为本专利技术所述的在生长基板上生长第一金属中间层后的结构示意图；图3为本专利技术所述的在转移基板上生长第二金属中间层后的结构示意图；图4为本专利技术所述的将生长基板倒装至转移基板后的结构示意图；图5为本专利技术所述的生长基板倒装至转移基板后的结构示意图；图6a和图6b为现有技术中的生长基板倒装至转移基板后芯片的翘曲示意图；图6c为本专利技术所述的生长基板倒装至转移基板后芯片的翘曲示意图；图7为本专利技术所述的去除生长基板后的结构示意图；图8为本专利技术所述的去除生长基板后的翘曲示意图；图9为本专利技术所述的在N型半导体层表面制作第一电极后的结构示意图；图10为本专利技术所述的对N型半导体层生长钝化保护层后的结构示意图；图11为本专利技术所述的在转移基板制作第二电极后的结构示意图。生长基板10转移基板11缓冲层21N型氮化镓半导体层22有源层23P型氮化镓半导体层24第一金属中间层31第二金属中间层32第一电极 41第二电极42钝化保护层5器件层20金属中间层30具体实施例方式下面结合附图，对本专利技术的倒装LED芯片结构制备方法进行详细描述。图I是本专利技术所述的倒装LED芯片结构制备方法步骤图。步骤SlOl :提供生长基板，在所述生长基板依次生长缓冲层、N型氮化镓半导体层、有源层和P型氮化镓半导体层； 请參考图2，图2是本专利技术所述的在生长基板上生长LED外延结构示意图。在生长基板10上依次生长缓冲层21、N型氮化镓半导体层22、有源层23和P型氮化镓半导体层24。生长基板10可以是氧化铝蓝宝石基板、硅基板或碳化硅基板。缓冲层21的材质为GaN、AlN或GaN/AIN的交叠。N型半导体层的材质优选为氮化镓GaN。有源层23的材质为氮化铟镓InGaN。P型半导体层的材质优选为氮化镓GaN。步骤S102 :在所述P型氮化镓半导体层暴露表面生长第一金属中间层；请參考图3，图3是本专利技术所述的在生长基板上生长第一金属中间层后的结构示意图。P型氮化镓半导体层24表面沉积生长第一金属中间层31，沉积方式为电子束蒸发、热阻蒸发、磁控溅射、脉冲激光沉积或喷涂法。第一金属层31的材质包括Ni、Pt、W、Pd、Ge、In、Be、Ti、Sn、Au中的ー种或其组合。第一金属层包括包括由下至上堆叠的接触层311、光反射层312和焊料层313。第一金属中间层31具有为P型半导体层24电流扩展、光反射和焊接的多重作用。步骤S103 :提供转移基板，所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种倒装LED芯片结构，其特征在于，包括由下至上依次堆叠的硅合金衬底、金属中间层、P型氮化镓半导体层、有源层、N型氮化镓半导体层。2.如权利要求I所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述金属中间层包括第一金属中间层和第二金属中间层。3.如权利要求2所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述第一金属中间层包括由下至上依次堆叠的接触层、光反射层和焊料层。4.如权利要求2所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述第二金属中间层包括焊料层。5.如权利要求I所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述N型氮化镓半导体层为所述LED芯片的出光面。6.如权利要求I所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述硅合金衬底的材料包括Si，还包括Al、Cu、Fe、Ge中的一种或其组合。7.如权利要求I所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述硅合金衬底的Si含量为50wt%至99wt%、合金材料总含量为lwt%至49wt%、杂质含量为Owt%至lwt%。8.如权利要求I所述的倒装LED芯片结构，其特征在于所述硅合金衬底的材质为含有lwt%至50wt%铝含量的二元铝硅合金材料。9.一种权利要求I所述的倒装结构LED芯片制备方法，其特征在于，包括 提供生长基板； 在所述生长基板依次生长缓冲层、N型氮化镓半导体层、有源层和P型氮化镓半导体层； 在所述P型氮化镓半导体层暴露表面生长第一金属中间层...

【专利技术属性】
技术研发人员：张昊翔，金豫浙，封飞飞，万远涛，高耀辉，李东昇，江忠永，
申请(专利权)人：杭州士兰明芯科技有限公司，
类型：发明
国别省市：