垂直结构LED芯片及其制造方法.pdf

本发明揭示了一种垂直结构LED芯片的制造方法。包括：提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底上的掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；在所述P型氮化镓层上形成功能层，并且将一键合衬底与所述功能层键合，以及去除蓝宝石衬底；进行掺杂氮化镓层的刻蚀，暴露出N型氮化镓层；对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；形成氧化铝层作为保护层。本发明还提供由该方法获得的垂直结构LED芯片。本发明能够提高出光率，获得更好的出光角度，提高了垂直结构LED芯片的发光效率，提高了垂直结构LED芯片可靠性。

1.  一种垂直结构LED芯片的制造方法，包括：
提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底上的掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；
在所述P型氮化镓层上形成功能层，并且将一键合衬底与所述功能层键合，以及去除蓝宝石衬底；
进行掺杂氮化镓层的刻蚀，暴露出N型氮化镓层；
对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；
形成氧化铝层作为保护层。

2.  如权利要求1所述的垂直结构LED芯片的制造方法，其特征在于，通过原子层沉积工艺形成所述氧化铝层。

3.  如权利要求1所述的垂直结构LED芯片的制造方法，其特征在于，所述氧化铝层的厚度为

4.  如权利要求1所述的垂直结构LED芯片的制造方法，其特征在于，所述掺杂氮化镓层的刻蚀包括整面刻蚀或者图形化刻蚀。

5.  如权利要求1所述的垂直结构LED芯片的制造方法，其特征在于，形成功能层包括：
在P型氮化镓层上形成电流阻挡层
在P型氮化镓层上电流阻挡层周围形成欧姆接触层；
在电流阻挡层和欧姆接触层上形成反射层；
在反射层上形成键合阻挡层和键合金属层。

6.  如权利要求6所述的垂直结构LED芯片的制造方法，其特征在于，所述电流阻挡层的材料包括氧化硅、氧化铝或氮化硅；所述欧姆接触层的材料包括氧化铟锡、氧化锌或掺铝氧化锌；所述反射层的材料包括银、铝或铑；所述键合阻挡层的材料包括钛-铂合金或钛-钨-铂合金；所述键合金属层的材料包括金、锡或金锡合金。

7.  一种由权利要求1-6中任意一项所述的垂直结构LED芯片的制造方法制得的垂直结构LED芯片，其特征在于，包括：
键合衬底；
位于所述键合衬底上的功能层；
位于所述功能层上的P型氮化镓层、量子阱层和N型氮化镓层；
位于所述N型氮化镓层上的氧化铝层，所述氧化铝层作为保护层。

垂直结构LED芯片及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种垂直结构LED芯片及其制造方法。
背景技术
传统的正装结构LED芯片，P型GaN掺杂困难导致空穴载流子浓度低下和不易长厚而导致电流不易扩散，当前普遍采用在P型GaN表面制备超薄金属薄膜或ITO薄膜的方法达到电流得均匀扩散。但是金属薄膜电极层要吸收部分光降低出光效率，如果厚度减薄反过来又限制电流扩散层在P型GaN层表面实现均匀和可靠的电流扩散。ITO透光率虽然高达90％，但电导率却不及金属，电流的扩散效果亦有限。而且这种结构的电极和引线做到出光面，工作时会挡住部分光线。因此，这种P型接触结构制约了LED芯片的工作电流大小。另一方面，这种结构的PN结热量通过蓝宝石衬底导出，鉴于蓝宝石的导热系数很低，对大尺寸的功率型芯片来说导热路径较长，这种LED芯片的热阻较大，工作电流也受到限制。
为了克服正装led芯片的这些不足，业界提出一种垂直结构LED芯片。垂直结构LED芯片通过使用导热导电性很好的衬底以及表面粗化技术可以很好地解决这些难题。以N型氮化镓层作为出光面，该N型氮化镓层具有一定的厚度，便于制作表面微结构，以提高光提取效率。
但由于垂直结构LED芯片的表面粗化使其表面钝化成为难题。业内目前用PECVD技术在芯片上长一层SiO₂作为LED芯片保护层。但PECVD沉积SiO2钝化层侧壁覆盖性较差，从而垂直结构粗化表面的保护层亟需优化。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种垂直结构LED芯片及其制造方法，提高垂直结构LED芯片的出光效率，提高可靠性。
为解决上述技术问题，本发明提供一种垂直结构LED芯片的制造方法，包括：
提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底上的掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；
在所述P型氮化镓层上形成功能层，并且将一键合衬底与所述功能层键合，以及去除蓝宝石衬底；
进行掺杂氮化镓层的刻蚀，暴露出N型氮化镓层；
对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；
形成氧化铝层作为保护层。
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，通过原子层沉积工艺形成所述氧化铝层。
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述氧化铝层的厚度为
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述掺杂氮化镓层的刻蚀包括整面刻蚀或者图形化刻蚀。
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，形成功能层包括：
在P型氮化镓层上形成电流阻挡层
在P型氮化镓层上电流阻挡层周围形成欧姆接触层；
在电流阻挡层和欧姆接触层上形成反射层；
在反射层上形成键合阻挡层和键合金属层。
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述电流阻挡层的材料包括氧化硅、氧化铝或氮化硅；所述欧姆接触层的材料包括氧化铟锡、氧化锌或掺铝氧化锌；所述反射层的材料包括银、铝或铑；所述键合阻挡层的材料 包括钛-铂合金或钛-钨-铂合金；所述键合金属层的材料包括金、锡或金锡合金。
本发明还提供一种垂直结构LED芯片，包括：
键合衬底；
位于所述键合衬底上的功能层；
位于所述功能层上的P型氮化镓层、量子阱层和N型氮化镓层；
位于所述N型氮化镓层上的氧化铝层，所述氧化铝层作为保护层。
本发明提供的垂直结构LED芯片及其制造方法中，在暴露出的N型氮化镓层上形成氧化铝层作为保护层。相比现有技术，氧化铝层作为保护层能够提高出光率，获得更好的出光角度，提高垂直结构LED芯片的发光效率；进一步的，通过原子层沉积工艺形成所述氧化铝层，提高了获得的保护层的质量，提高了垂直结构LED芯片的可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例中垂直结构LED芯片的制造方法的流程图；
图2-图8为本发明实施例中垂直结构LED芯片的制造方法的过程中器件结构的示意图。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的垂直结构LED芯片及其制造方法进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的核心思想在于，提供一种垂直结构LED的制造方法，包括：
步骤S101，提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底，依次形成于所述蓝宝石衬底上的掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、量子阱层和P型氮化镓层；
步骤S102，在所述P型氮化镓层上形成功能层，并且将一键合衬底与所述功能层键合，以及去除蓝宝石衬底；
步骤S103，进行掺杂氮化镓层的刻蚀，暴露出N型氮化镓层；
步骤S104，对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；
步骤S105，形成氧化铝层作为保护层。
以下列举所述垂直结构LED芯片及其制造方法的较优实施例，以清楚说明本发明的内容，应当明确的是，本发明的内容并不限制于以下实施例，其他通过本领域普通技术人员的常规技术手段的改进亦在本发明的思想范围之内。
请参考图1，并结合图2-图8，其中图1为本发明实施例中垂直结构LED芯片的制造方法的流程图；图2～图8为本发明实施例中垂直结构LED芯片的制造方法的过程中器件结构的示意图。
如图1所示，所述垂直结构LED芯片及其制造方法包括：
首先，请参考图2，执行步骤S101，提供前端结构，所述前端结构包括蓝宝石衬底10，依次形成于所述蓝宝石衬底10上的掺杂氮化镓层(U-GaN)11、N型氮化镓层(N-GaN)12、量子阱层(MQW)13和P型氮化镓层(P-GaN)14。具体的，所述掺杂氮化镓层11、N型氮化镓层12、量子阱层13和P型氮化镓层14可以采用MOCVD/MBE分子束外延等生长方法依次形成。
接着，执行步骤S102，在所述P型氮化镓层上形成功能层，并且将一键合衬底与所述功能层键合，以及去除蓝宝石衬底。本步骤具体包括，请参考图3，首先，在P型氮化镓层14上形成电流阻挡层15，所述电流阻挡层15的材料包括氧化硅(SiO₂)、氧化铝(Al₂O₃)或氮化硅(SiN)，可以通过CVD工艺进行沉积，然后经过光刻刻蚀工艺之后得到具有所需图形的电流阻挡层15。
请参考图4，其次，在P型氮化镓层14上电流阻挡层15周围形成欧姆接触 层16，所述欧姆接触层的材料包括氧化铟锡(ITO)、氧化锌(ZnO)或掺铝氧化锌(AZO)等低电阻，高透光率的氧化物，可以通过溅射(Sputter)方式或者等离子辅助沉积(RPD)方式形成。之后，继续在所述电流阻挡层15和欧姆接触层16上形成反射层17，所述反射层17的材料包括银(Ag)、铝(Al)或铑(Rh)等高反射率金属。所述反射层17的尺寸根据所做芯片尺寸而定，但小于每颗芯片单元(Die)的尺寸。最后，在反射层17上形成键合阻挡层和键合金属层(图4中将这两层结合在一起示出)18。所述键合阻挡层的材料包括钛-铂(Ti-Pt)合金或钛-钨-铂(TiW-Pt)合金；所述键合金属层的材料包括金(Au)、锡(Sn)或金锡(AuSn)合金。
请参考图5，提供键合衬底19，通过键合金属层结合在一起，并且将蓝宝石衬底10剥离。
然后，执行步骤S103，进行掺杂氮化镓层的刻蚀，暴露出N型氮化镓层。请参考图6，对掺杂氮化镓层进行刻蚀，所述掺杂氮化镓层的刻蚀包括整面刻蚀或者图形化刻蚀，在图6中展示了整面刻蚀的情况，从而暴露出N型氮化镓层12。
之后，执行步骤S104，对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；这一粗化过程可以利用湿法刻蚀来完成，例如使用的刻蚀液可以是氢氧化钾(KOH)溶液、硫酸(H₂SO₄)溶液等。
之后，执行步骤S105，形成氧化铝层作为保护层。请参考图7，在本发明中，通过原子层沉积工艺形成所述氧化铝层20。所述氧化铝层20的厚度为由于在步骤S104中对N型氮化镓层12进行了表面粗化，故在氧化铝层20形成后，同样形成了粗糙表面。采用原子层沉积工艺能够使得沉积的氧化铝层20致密均匀，确保了对N型氮化镓层12的表面粗化能够较佳的展现出来，达到了提高出光率的效果。
如图8所示，在形成氧化铝层20作为保护层后，还包括：在保护层上开孔，暴露出N型氮化镓层12，并在开孔处形成电极21，该电极21的材质可以是镍 (Ni)/金(Au)，铝(Al)/钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)，铬(Cr)/铂(Pt)/金(Au)等。
请继续参考图8，依据上述方法，本发明制得的垂直结构LED芯片包括：
键合衬底19；位于所述键合衬底19上的功能层；位于所述功能层上的P型氮化镓层14、量子阱层13和N型氮化镓层12；以及位于所述N型氮化镓层12上的氧化铝层20，所述氧化铝层20作为保护层；还包括穿过所述保护层以连接至N型氮化镓层12的电极21。
本发明提供的垂直结构LED芯片及其制造方法中，氧化铝层作为保护层能够提高出光率，获得更好的出光角度，提高垂直结构LED芯片的发光效率；进一步的，通过原子层沉积工艺形成所述氧化铝层，提高了获得的保护层的质量，提高了垂直结构LED芯片的可靠性。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。