垂直led芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管及其制備方法，特別是涉及一種垂直LED芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]相比于傳統(tǒng)的GaN基LED正裝結(jié)構(gòu)，垂直結(jié)構(gòu)具有散熱好，能夠承載大電流，發(fā)光強(qiáng)度高，耗電量小、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于通用照明、景觀照明、特種照明、汽車照明等領(lǐng)域，成為一代大功率GaN基LED極具潛力的解決方案，正受到業(yè)界越來(lái)越多的關(guān)注和研究。垂直結(jié)構(gòu)剝離了藍(lán)寶石襯底，可直接在外延P型層上布置反射層，器件內(nèi)部有源區(qū)隨機(jī)射向非出光面的光直接通過(guò)反射層反射，通常的反射層為金屬反射層或者電介質(zhì)材料構(gòu)成的布拉格分布反射層等，避免了由于器件內(nèi)部有源區(qū)隨機(jī)射向非出光面而造成光抽取效率的降低。但是，反射層通常蒸鍍?cè)诠饣摩│?透明接觸層之上，呈現(xiàn)為鏡面反射，這對(duì)LED光提取效率的提尚有很大的限制。
[0003]GaN基LED的光抽取效率受制于GaN與空氣之間巨大的折射率差，根據(jù)斯涅耳定律，只有入射角在臨界角(約23° )以內(nèi)的光可以出射到空氣中，而臨界角以外的光只能在GaN內(nèi)部來(lái)回反射，直至被自吸收。為了提高LED的出光效率，圖形化襯底在LED的制備中被廣泛采用。而垂直結(jié)構(gòu)LED剝離襯底后暴露的N面N-GaN層表面化學(xué)性質(zhì)活潑，易于與Κ0Η或H3P04發(fā)生反應(yīng)形成微小的金字塔形貌，能顯著增大器件內(nèi)部光的出射幾率，而粗化效果的不同對(duì)垂直芯片的出光也有顯著影響。
[0004]因此與傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)LED —樣，垂直結(jié)構(gòu)LED亦面臨著如何提高光提取效率的問(wèn)題。
[0005]鑒于以上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種高亮度垂直LED芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法，以明顯改善現(xiàn)有垂直芯片N-GaN表面粗化效果不佳的狀況，大幅提升垂直芯片光提取效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]鑒于以上所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，本發(fā)明的目的在于提供一種垂直LED芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法，用于解決現(xiàn)有技術(shù)中表面粗化效果不佳的問(wèn)題。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的及其他相關(guān)目的，本發(fā)明提供一種垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括:步驟1)，提供一生長(zhǎng)襯底，于所述生長(zhǎng)襯底上依次生長(zhǎng)UID-GaN層、N-GaN層、多量子阱層以及P-GaN層；步驟2)，于所述P-GaN層表面形成反射P電極；步驟3)，提供一導(dǎo)電基底，并將該導(dǎo)電基底鍵合于所述反射P電極上；步驟4)，剝離所述生長(zhǎng)襯底；步驟5)，去除所述UID-GaN層，并去除切割道區(qū)域的GaN，形成臺(tái)面圖形；步驟6)，采用Κ0Η強(qiáng)堿溶液對(duì)所述N-GaN層進(jìn)行第一次粗化，然后采用顯影液弱堿溶液對(duì)所述N_GaN層進(jìn)行第二次粗化，以于N-GaN層表面形成密集的金字塔形貌；以及步驟7)，于所述N-GaN層表面制作N電極。
[0008]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟2)制作反射P電極包括以下步驟:步驟2-1)，于所述P-GaN層表面制備歐姆接觸的ITO層或Ni層；步驟
2-2)，于所述ITO層或Ni層表面制作Ag反射鏡；步驟2-3)，于所述Ag反射鏡表面制作Au/Sn金屬鍵合層。
[0009]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟3)所述的導(dǎo)電基底包括Si襯底、ff/Cu襯底及Mo/Cu襯底中的一種。
[0010]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟4)采用激光剝離工藝剝離所述生長(zhǎng)襯底。
[0011]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟5)中，采用ICP刻蝕法去除所述UID-GaN層，并采用ICP刻蝕法去除切割道區(qū)域的GaN，所述ICP刻蝕法采用的刻蝕氣體包括(:12及BC1 3的一種或其混合氣體。
[0012]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)包括:步驟6-1)，采用Κ0Η強(qiáng)堿溶液對(duì)所述N-GaN層進(jìn)行第一次粗化，于所述N_GaN層表面形成初始金字塔，各初始金字塔之間具有N-GaN平面；步驟6-2)，采用顯影液弱堿溶液對(duì)所述N_GaN層進(jìn)行第二次粗化，使所述初始金字塔的尺寸逐漸增大形成第一尺寸的金字塔，并于所述N-GaN平面腐蝕出第二尺寸的金字塔，所述第一尺寸的金字塔與第二尺寸的金字塔緊密排布，其中，所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
[0013]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的一種優(yōu)選方案，步驟6)所述的顯影液弱堿溶液為AZ300MIF型顯影液。
[0014]本發(fā)明還提供一種垂直LED芯片結(jié)構(gòu)，包括:導(dǎo)電基底，依次層疊于所述導(dǎo)電基底之上的反射P電極、P-GaN層、多量子阱層、及N-GaN層，以及位于所述N_GaN層表面的N電極，所述N-GaN層表面形成有密集的金字塔形貌，所述金字塔形貌包括第一尺寸的金字塔以及與所述第一尺寸的金字塔緊密排布的第二尺寸的金字塔，其中，所述第一尺寸大于所述第二尺寸。
[0015]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述導(dǎo)電基底包括Si襯底、W/Cu襯底及Mo/Cu襯底中的一種。
[0016]作為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的一種優(yōu)選方案，所述反射P電極包括與P-GaN形成歐姆接觸的ΙΤ0層或Ni層，位于所述ΙΤ0層或Ni層之上的Ag反射鏡，以及位于所述Ag反射鏡之上的Au/Sn鍵合層金屬層。
[0017]如上所述，本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法，具有以下有益效果:本發(fā)明首先采用Κ0Η對(duì)N-GaN層進(jìn)行一次粗化，然后采用顯影液(低堿性溶液)進(jìn)行二次粗化，使得一次粗化形成的疏松的小金字塔逐漸變大，且不利于出光的平面區(qū)域出現(xiàn)密集的小金字塔形貌，這種大包小包共存的粗化形貌可使垂直芯片亮度大幅提升。本發(fā)明通過(guò)一種二次粗化工藝，可以明顯改善現(xiàn)有垂直芯片N-GaN表面粗化效果不佳的狀況，大幅提升垂直芯片的光提取效率。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及方法簡(jiǎn)單，在半導(dǎo)體照明領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1?圖9顯示為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法各步驟所呈現(xiàn)的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，圖9顯示為本發(fā)明的垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖10?圖11顯示為傳統(tǒng)的通過(guò)Κ0Η溶液一次粗化后的N-GaN層的掃描電鏡圖。
[0020]圖12?圖13顯示為本發(fā)明的通過(guò)Κ0Η溶液一次粗化后，再采用顯影液進(jìn)行二次粗化的N-GaN層的掃描電鏡圖。
[0021]元件標(biāo)號(hào)說(shuō)明
[0022]101生長(zhǎng)襯底
[0023]102UID-GaN 層
[0024]103N-GaN 層
[0025]104多量子阱層
[0026]105P-GaN 層
[0027]106反射P電極
[0028]107導(dǎo)電基底
[0029]108初始金字塔
[0030]109第一尺寸的金字塔
[0031]110第二尺寸的金字塔
[0032]111N 電極
【具體實(shí)施方式】
[0033]以下通過(guò)特定的具體實(shí)例說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可由本說(shuō)明書(shū)所揭露的內(nèi)容輕易地了解本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)與功效。本發(fā)明還可以通過(guò)另外不同的【具體實(shí)施方式】加以實(shí)施或應(yīng)用，本說(shuō)明書(shū)中的各項(xiàng)細(xì)節(jié)也可以基于不同觀點(diǎn)與應(yīng)用，在沒(méi)有背離本發(fā)明的精神下進(jìn)行各種修飾或改變。
[0034]請(qǐng)參閱圖1?圖13。需要說(shuō)明的是，本實(shí)施例中所提供的圖示僅以示意方式說(shuō)明本發(fā)明的基本構(gòu)想，遂圖示中僅顯示與本發(fā)明中有關(guān)的組件而非按照實(shí)際實(shí)施時(shí)的組件數(shù)目、形狀及尺寸繪制，其實(shí)際實(shí)施時(shí)各組件的型態(tài)、數(shù)量及比例可為一種隨意的改變，且其組件布局型態(tài)也可能更為復(fù)雜。
[0035]如圖1?圖13所示，本實(shí)施例提供一種垂直LED芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，所述制備方法包括以下步驟:
[0036]如圖1?圖2所示，首先進(jìn)行步驟1)，提供一生長(zhǎng)襯底101，于所述生長(zhǎng)襯底101上依次生長(zhǎng)UID-GaN層102、N-GaN層103、多量子阱層104以及P_GaN層105。
[0037]作為示例，所述生長(zhǎng)襯底101為藍(lán)寶石襯底。
[0038]具體地，采用化學(xué)氣相沉積工藝依次于所述藍(lán)寶石襯底表面制備所述UID-GaN層102、N-GaN層103、多量子阱層104以及P_GaN層105，所述UID-GaN層102作為所述N_GaN層103的緩沖層，可以大大提高GaN發(fā)光外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)質(zhì)量，從而提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。
[0039]另外，在本實(shí)施例中，在制備前，還包括對(duì)所述藍(lán)寶石襯底進(jìn)行清洗的步驟，以去除其表面的雜質(zhì)，如聚合物、灰塵等。
[0040]如圖3所示，然后進(jìn)行步驟2)，于所述P-GaN層105表面形成反射P電極106。
[0041]具體地，包括以下步驟:
[0042]步驟2-1)，于所述P-GaN層105表面制備歐姆接觸的ΙΤ0層或Ni層。
[0043]在本實(shí)施例中，采用蒸鍍工藝所述于所述P-GaN層105表面制備歐姆接觸的ΙΤ0層，作為歐姆接觸層。
[0044]步驟2-2)，于所述ΙΤ0層或Ni層表面制作Ag反射鏡。
[0045]在本實(shí)施例中，采用蒸鍍工藝于所述ΙΤ0層或Ni層表面制作Ag反射鏡。當(dāng)然，其他的反射金屬也可能適用于本發(fā)明，并不限定于此處所列舉的示例。
[0046]步驟2-3)，于所述Ag反射鏡表面制作Au/Sn金屬鍵合層。
[0047]在本實(shí)施例中，采用蒸鍍工藝于所述Ag反射鏡表面制作Au/Sn金屬鍵合層。
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