(12)发明专利申请
(10)申请公布号(10)申请公布号 CN 104882517 A (43)申请公布日(43)申请公布日 2015.09.02
(21)申请号 201510145435.X(22)申请日 2015.03.30
(71)申请人映瑞光电科技（上海）有限公司
地址201306 上海市浦东新区临港产业区鸿
音路1889号(72)发明人吕孟岩 张宇 李起鸣 徐慧文(74)专利代理机构上海思微知识产权代理事务
所(普通合伙) 31237
代理人郑玮(51)Int.Cl.
H01L 33/00(2010.01)
权利要求书1页 说明书4页 附图3页
(54)发明名称
垂直结构LED芯片的制造方法(57)摘要
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，所述前端结构包括第一衬底，形成于所述第一衬底正面上的功能层；提供第二衬底，通过所述功能层与所述前端结构相键合；采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。由于采用的光斑较小，降低了剥离过程中对前端结构的损伤，从而有利于提升制得的垂直结构LED芯片的良率。此外，还消除了剥离时对切割道对准的限制，提高激光剥离工艺的可操作性。
C N 1 0 4 8 8 2 5 1 7 A CN 104882517 A
权 利 要 求 书
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1.一种垂直结构LED芯片的制造方法，包括：
提供前端结构，所述前端结构包括第一衬底，形成于所述第一衬底正面上的功能层；提供第二衬底，通过所述功能层与所述前端结构相键合；
采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。
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，所述激光束的波长小于等于355nm。
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，所述光斑的均匀性小于等于5％。
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，所述功能层包括依次层叠形成于所述第一衬底正面上的未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、量子阱层、P型氮化镓层、电流扩展层、反射镜以及金属键合层。
5.如权利要求4所述的垂直结构LED芯片的制造方法，其特征在于，所述第二衬底通过金属键合层与所述前端结构相键合。
6.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，在第二衬底键合后，在剥离第一衬底之前，还包括：
将所述第一衬底背面抛光至平整无划痕。
7.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，在剥离第一衬底之后，还包括：
去除第一衬底剥离后产生的镓；刻蚀未掺杂氮化镓层，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N电极，并蒸镀钝化层。
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说 明 书
垂直结构LED芯片的制造方法
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技术领域
[0001]
本发明涉及半导体技术领域，特别是涉及一种垂直结构LED芯片的制造方法。
背景技术
众所周知，传统的正装结构LED芯片由于蓝宝石衬底不导电、导热率差的制约性，存在电流分布不均匀、散热性差等先天缺陷。为了克服正装结构LED芯片的这些不足，业内都在积极开发垂直结构LED(以下简称V-LED)。V-LED采用高导电率、散热良好的Si或者金属衬底，从而衬底导热良好，PN结散热问题得到解决，大尺寸功率型芯片得以实现。[0003] V-LED作为发光半导体器件的研究热点，经过多年的开发，目前比较成熟的制备技术为衬底转移技术：先使用金属共融晶技术将蓝宝石衬底的外延片与导电、导热性能优良的键合衬底键合起来，再利用蓝宝石与氮化镓的禁带宽度不同的特点，选用特定波长的激光，使在与蓝宝石接触面附近的氮化镓分解，达到将原有的蓝宝石衬底剥离的目的，外延层转移至导热性及导电性良好好的键合衬底上。
[0004] 目前常见的蓝宝石衬底剥离采用如下原理：氮化镓在激光照射下吸收能量，分解为镓和氮气，从而使得蓝宝石衬底与氮化镓层分离。在分离的瞬间，产生的氮气瞬间释放，产生气流冲击，同时由于前期晶圆键合时必须经历的高温高压及各材料之间热涨系数不同等原因，在晶圆内积累的大量应力也会在此时释放。会对氮化镓外延层结构及性能产生恶劣的微观影响，导致严重漏电，这也是限制目前V-LED总体良率难以提升的原因。[0005] 如图1所示，为了尽可能降低气流冲击及应力释放的影响，目前的一种较 佳方法为采用光斑2面积略大于晶圆中的一个单元(die)1的激光进行照射，而且使得每个光斑2在切割道3产生重叠，以尽可能的减少对氮化镓外延层的影响。但是，这种方法操作并不方便，并且随着LED结构的多样化、尺寸也多种多样，导致这种方法的局限性越来越大，难以满足生产需求。
[0002]
发明内容
本发明的目的在于，提供一种垂直结构LED芯片的制造方法，使得在去除衬底时
更为便利，同时降低对芯片性能的影响。[0007] 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：[0008] 提供前端结构，所述前端结构包括第一衬底，形成于所述第一衬底正面上的功能层；
[0009] 提供第二衬底，通过所述功能层与所述前端结构相键合；
[0010] 采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。
[0006] [0011]
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述激光束的波长小于等于可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述光斑的均匀性小于等于
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355nm。
[0012]
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5％。
可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述功能层包括依次层叠形成于所述第一衬底正面上的未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、量子阱层、P型氮化镓层、电流扩展层、反射镜以及金属键合层。[0014] 可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，所述第二衬底通过金属键合层与所述前端结构相键合。[0015] 可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，在第二衬底键合后，在剥离第一衬底之前，还包括：
[0016] 将所述第一衬底背面抛光至平整无划痕。[0017] 可选的，对于所述的垂直结构LED芯片的制造方法，在剥离第一衬底之后，还包括：
[0018] 去除第一衬底剥离后产生的镓；[0019] 刻蚀未掺杂氮化镓层，暴露出N型氮化镓层；[0020] 对暴露出的N型氮化镓层进行表面粗化处理；[0021] 形成N电极，并蒸镀钝化层。
[0022] 本发明提供的垂直结构LED芯片的制造方法中，提供包括第一衬底的前端结构，在前端结构与第二衬底键合后，采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。相比现有技术，由于采用的光斑较小，降低了剥离过程中对前端结构的损伤，从而有利于提升制得的垂直结构LED芯片的良率。此外，还消除了剥离时对切割道对准的限制，提高激光剥离工艺的可操作性。
[0013]
附图说明
图1为现有技术中的垂直结构LED芯片在衬底剥离时的示意图；[0024] 图2为本发明实施例中垂直结构LED芯片的制造方法的流程图；
[0025] 图3-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。
[0023]
具体实施方式
[0026] 下面将结合示意图对本发明的垂直结构LED芯片的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。[0027] 为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在 任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。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
[0028]
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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。[0029] 本发明的核心思想在于，提供一种垂直结构LED芯片的制造方法，包括：[0030] 步骤S101，提供前端结构，所述前端结构包括第一衬底，形成于所述第一衬底正面上的功能层；
[0031] 步骤S102，提供第二衬底，通过所述功能层与所述前端结构相键合；[0032] 步骤S103，采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。
[0033] 以下列举所述垂直结构LED芯片的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。[0034] 请参考图2，并结合图3-图8，其中图2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3～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。[0035] 如图2所示，所述垂直结构LED芯片的制造方法包括：[0036] 首先，请参考图3，执行步骤S101，提供前端结构，所述前端结构包括第一衬底10，形成于所述第一衬底10正面上的功能层11；较佳的，第一衬底10的可以选择为蓝宝石衬底，硅衬底、硅碳衬底或者图形化的衬底，本实施例中采用蓝宝石衬底。功能层11包括依次形成于第一衬底10正面上的未掺杂氮化镓层(U-GaN)110、N型氮化镓层(N-GaN)111、量子阱层(MQW)112、P 型氮化镓层(P-GaN)113、电流扩展层114、反射镜115以及金属键合层116。具体的，所述未掺杂氮化镓层110、N型氮化镓层111、量子阱层112和P型氮化镓层113可以采用MOCVD/MBE分子束外延等生长方法依次形成，所述电流扩展层114的材料例如可以是ITO(掺锡氧化铟)、氧化锌(ZnO)或AZO(掺铝氧化锌)等低电阻、高透光率的薄膜氧化物，可以通过溅射(Sputter)方式或者等离子辅助沉积(RPD)方式形成。所述反射镜115的材料例如可以是铝(Al)、银(Ag)，可以通过蒸镀形成。或者反射镜115选择为分布式布拉格反射镜(DBR)。所述金属键合层116的材料例如可以是金(Au)、锡(Sn)或者金锡合金。
[0037] 接着，请参考图4，执行步骤S102，提供第二衬底12，通过所述功能层11与所述前端结构相键合；具体的，所述第二衬底12的材质可以包括硅(Si)、铜(Cu)、钨(W)或者钼(Mo)等，从而具备较好的导热和导电性。第二衬底12具体通过金属键合层116与所述前端结构键合在一起。[0038] 然后，请参考图5，执行步骤S103，采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。较佳的，在剥离所述第一衬底之前，先将所述第一衬底背面抛光至平整无划痕，防止由于表面粗糙而影响激光束的光斑。其中图5示出了垂直结构LED芯片的俯视图，包括多个单元(Die)13，在本发明中，采用的激光束光斑15小于等于150μm见方，因此，光斑15的面积很小，则在第一衬底与氮化镓之间照射后，使得氮化镓分解，释放出的气体(氮气)的量就很少，从而能够确保冲击力很小，并且使得应力释放更为缓和，也就降低了对氮化镓材质的损伤，达到了降低漏电风险的目的。由于本发明的小光斑对氮化镓的影响很小，因此，不比像现有技术中那样需要将光斑重叠在切割道14上，而是可以直接采用激光束对一个单元13依次照射，故大大降低了操作复杂性，提高了
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可操作性。优选的，在本发明中，采用的激光束的波长小于等于355nm，例如选择为248nm、355nm等，且使得所述光斑15的均匀性小于等于5％，从而获得更佳的剥离效果。如图6所示，所述第一衬 底被剥离，所述第二衬底12作为垂直结构LED芯片的衬底。[0039] 在剥离第一衬底之后，还包括：去除第一衬底剥离后产生的镓(Ga)。可以采用湿法过程去除，涉及溶液包括HCL等镓与反应的酸或者碱也是可以的。[0040] 之后，如图7所示，刻蚀所述未掺杂氮化镓层，暴露出N型氮化镓层111。这一刻蚀过程可以是整面刻蚀，或者图形化刻蚀，本发明实施例中采用的是整面刻蚀。待N型氮化镓层111暴露出之后，对暴露出的N型氮化镓层111进行表面粗化处理。例如采用氢氧化钾(KOH)溶液、硫酸(H2SO4)溶液等，获得粗糙表面16，以提高出光率。[0041] 最后，如图8所示，在表面粗化后的N型氮化镓层111上形成N电极17，其材质例如可以是镍(Ni)/金(Au)，铝(Al)/钛(Ti)/铂(Pt)/金(Au)，铬(Cr)/铂(Pt)/金(Au)等。并蒸镀钝化层18，覆盖表面粗化后的N型氮化镓层111，所述钝化层18的材质例如可以是氧化硅。[0042] 由此，本发明的垂直结构LED芯片制造完成，通过采用光斑小于等于150μm见方的激光束对所述前端结构进行照射，以剥离所述第一衬底。相比现有技术，由于采用的光斑较小，降低了剥离过程中对前端结构的损伤，从而有利于提升制得的垂直结构LED芯片的良率。此外，还消除了剥离时对切割道对准的限制，提高激光剥离工艺的可操作性。[0043] 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。
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