一种用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底的制作方法

本实用新型涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底。

背景技术：

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种利用载流子复合时释放能量形成发光的半导体器件，倒装LED芯片具有耗电低、色度纯、寿命长、体积小、响应时间快、节能环保等诸多优势。

LED的结构主要包括正装结构、倒装结构与垂直结构，正装结构正面出光，电极会阻挡出光，而倒装结构背面出光，出光量较大，但是这两种结构都具有电流拥挤效应以及蓝宝石衬底散热问题，从而影响了LED器件的效率及寿命，而垂直结构可以克服这些问题，具有散热快，电流扩散均匀，发光效率高，出光面积大等优点。但是，垂直结构的制作工艺复杂，P电极需要经过制作电流扩散层、反射镜层、键合与剥离过程，剥离后还需要制作N电极。制作垂直结构LED芯片的三种衬底中，碳化硅与硅衬底各自存在技术以及成本的问题，难以得到广泛应用。而蓝宝石衬底是市场的主流技术路线，已得到广泛应用。但是，用蓝宝石衬底制作垂直结构LED芯片，激光剥离蓝宝石衬底是一项极其关键的工艺，激光剥离会产生高温与气体冲击，损伤外延材料而且剥离后会导致产品良率低，造成制作成本高，产品寿命短，发光效率低。一般的蓝宝石衬底外延材料在激光剥离时，由于激光光源的能量不均匀性及在和激光冲击产生高温与气体，使得外延分离层表面产生裂缝与变得粗糙，同时对其它膜层造成冲击，导致剥离效果差，增加了制作N电极难度，最后导致芯片亮度低、漏电等影响良率的问题，因此激光剥离工艺成了垂直结构LED芯片生产中的瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底，用于制作垂直结构LED芯片，便于激光剥离衬底。

本实用新型所要解决的技术问题在于，提供一种用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底，用于制作垂直结构LED芯片，包括蓝宝石衬底、设于蓝宝石衬底上的激光剥离缓冲层和设于激光剥离缓冲层上的生长缓冲层，所述激光剥离缓冲层包括设置在蓝宝石上的脱附层、设置在脱附层上的激光吸收层以及设置在激光吸收层上的应力缓冲层，所述脱附层由低熔点物质制成，所述激光吸收层由氮化镓材料制成，所述应力缓冲层由氮化铝材料制成。

作为上述方案的改进，所述低熔点物质为Al、AlN、Mg或GaN。

作为上述方案的改进，所述激光吸收层由GaN或AlN制成。

作为上述方案的改进，所述应力缓冲层由AlGaN或AlN制成。

作为上述方案的改进，所述生长缓冲层由GaN或AlGaN或AlN或InGaN制成。

作为上述方案的改进，所述脱附层的厚度为1-100nm。

作为上述方案的改进，所述激光吸收层的厚度为1-200nm。

作为上述方案的改进，所述应力缓冲层的厚度为1-200nm。

作为上述方案的改进，所述生长缓冲层的厚度为10-100nm。

实施本实用新型，具有如下有益效果：

本实用新型提供了一种用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底，用于制作垂直结构LED芯片，包括蓝宝石衬底、设于蓝宝石衬底上的激光剥离缓冲层和设于激光剥离缓冲层上的生长缓冲层，所述激光剥离缓冲层包括设置在蓝宝石上的脱附层、设置在脱附层上的激光吸收层以及设置在激光吸收层上的应力缓冲层。本实用新型通过脱附层、激光吸收层、应力缓冲层的叠加作用，一方面使GaN和蓝宝石衬底可以更好的分离，降低激光剥离时所需要的能量，提高工艺窗口，另一方面可以缓冲掉激光剥离过程带来的表面冲击，减少了GaN材料在激光剥离过程中所受到的物理性损伤，从根本上提高激光剥离良率，从而提高垂直结构LED芯片的生产良率，实现了量产化，提高了经济效益。

附图说明

图1是本实用新型用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底的结构示意图；

图2是本实用新型垂直结构LED芯片的制作流程图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型作进一步地详细描述。

参见图1，本实用新型提供了一种用于制作垂直结构LED芯片的复合衬底，包括蓝宝石衬底10、设于蓝宝石衬底10上的激光剥离缓冲层20和设于激光剥离缓冲层20上的生长缓冲层30，所述激光剥离缓冲层20包括设置在蓝宝石10上的脱附层21、设置在脱附层21上的激光吸收层22以及设置在激光吸收层22上的应力缓冲层23。

在激光剥离蓝宝石衬底10时，脱附层21吸收激光的能量发生熔化，与激光吸收层22分离，最终粘附在蓝宝石衬底10上。本实用新型的脱附层21由低熔点物质制成。具体的，所述低熔点物质为Al、AlN、Mg或GaN，所述脱附层的主要材料为Al、Ga、N等金属或者合金。在本实用新型的其他实施例中，所述低熔点物质还可以为其他金属或合金。

所述脱附层21的厚度为1-100nm。当脱附层21的厚度大于100nm时，剥离的激光无法穿透，并且瞬间无法吸收足够的能量致使自身熔化。

优选的，脱附层21的厚度为10-80nm。

更优的，脱附层21的厚度为20-50nm。

本实用新型的激光吸收层22由GaN和/或AlN制成。激光吸收层22用于吸收激光能量，从而在局部产生瞬间的高温，使其接触激光的表面分解，同时使脱附层熔化，从而实现蓝宝石与GaN的激光剥离，使蓝宝石衬底与外延层彻底脱离。需要说明的是，部分激光吸收层22分解成氮气与镓或镓的化合物材料，部分激光吸收层22残留在生长缓冲层23上。

优选的，激光吸收层22的厚度为1-200nm。优选的，激光吸收层22的厚度为10-150nm。更优的，激光吸收层22的厚度为50-100nm。

本实用新型的应力缓冲层23由AlGaN和/或AlN制成，用于缓解激光剥离反应带来的应力冲击，同时为后面的缓冲层匹配晶格位错作铺垫。其中，在激光剥离的过程中，瞬间产生的气体相当于一个微米级别的炸弹，应力缓冲层可以缓解气体的冲击力，从而保持激光剥离芯片的完整性。优选的，应力缓冲层的厚度为1-200nm。优选的，应力缓冲层的厚度为20-150nm。更优的，应力缓冲层的厚度为50-80nm。

本实用新型的生长缓冲层30由GaN、AlGaN、AlN和InGaN中的一种或几种制成，其为单层或多层结构。本实用新型的生长缓冲层用于解决蓝宝石衬底与GaN晶格失配和热失配的问题，为后续外延层生长提供形核点，改善晶体生长质量，同时承接激光剥离缓冲层。

优选的，生长缓冲层的厚度为1-100nm。优选的，生长缓冲层的厚度为10-80nm。更优的，应力缓冲层的厚度为30-60nm。

参见图2，图2是本实用新型的一种垂直结构LED芯片的制作流程图，本实用新型还提供了一种垂直结构LED芯片的制作方法，包括以下步骤：

S101、在蓝宝石衬底上形成激光剥离缓冲层，所述激光剥离缓冲层包括脱附层、激光吸收层和应力缓冲层。

本发明的激光剥离缓冲层包括设于蓝宝石上的脱附层、设置在脱附层上的激光吸收层以及设置在激光吸收层上的应力缓冲层。

在激光剥离蓝宝石衬底时，脱附层吸收激光的能量发生熔化，与激光吸收层分离，最终粘附在蓝宝石衬底上。本发明的脱附层由低熔点物质制成。具体的，所述低熔点物质为由Al、AlN、Mg和GaN中的一种或几种制成。在本发明的其他实施例中，所述低熔点物质还可以为其他金属或合金。

所述脱附层的厚度为1-100nm。当脱附层的厚度大于100nm时，剥离的激光无法穿透，并且瞬间无法吸收足够的能量致使自身熔化。

优选的，脱附层的厚度为10-80nm。

更优的，脱附层的厚度为20-50nm。

本发明的激光吸收层由GaN和/或AlN制成。激光吸收层用于吸收激光能量，从而在局部产生瞬间的高温，使其接触激光的表面分解，同时使脱附层熔化，从而实现蓝宝石与GaN的激光剥离，使蓝宝石衬底与外延层彻底脱离。需要说明的是，部分激光吸收层分解成氮气与镓或镓的化合物材料，部分激光吸收层残留在生长缓冲层上。

优选的，激光吸收层的厚度为1-200nm。优选的，激光吸收层的厚度为10-150nm。更优的，激光吸收层的厚度为50-100nm。

本发明的应力缓冲层由AlGaN和/或AlN制成，用于缓解激光剥离反应带来的应力冲击，同时为后面的缓冲层匹配晶格位错作铺垫。其中，在激光剥离的过程中，瞬间产生的气体相当于一个微米级别的炸弹，应力缓冲层可以缓解气体的冲击力，从而保持激光剥离芯片的完整性。优选的，应力缓冲层的厚度为1-200nm。优选的，应力缓冲层的厚度为20-150nm。更优的，应力缓冲层的厚度为50-80nm。

S102、在激光剥离缓冲层上形成生长缓冲层和外延层。

采用金属有机化学气相沉积法，在应力缓冲层上形成生长缓冲层和外延层。

本发明的生长缓冲层由GaN、AlGaN、AlN和InGaN中的一种或几种制成，其为单层或多层结构。本发明的生长缓冲层用于解决蓝宝石衬底与GaN晶格失配和热失配的问题，为后续外延层生长提供形核点，改善晶体生长质量，同时承接激光剥离缓冲层。

优选的，生长缓冲层的厚度为1-100nm。优选的，生长缓冲层的厚度为10-80nm。更优的，应力缓冲层的厚度为30-60nm。

本发明的外延层包括设于生长缓冲层上的N型GaN层、设于N型GaN层上的量子阱层、以及设于量子阱层上的P型GaN层。

S103、在外延层上依次形成电流扩展层、反射层和第一键合层。

采用化学气相沉积、磁控溅射、真空金属沉积技术在外延层上依次制作电流扩展层、反射层和第一键合层。

具体的，通过磁控溅射生长氧化铟锡并通过退火形成良好的透明电流扩展层。优选的，电流扩展层的厚度为1-150nm。

此外，采用真空金属沉积技术在电流扩展层上沉积金属，形成反射层。反射层由银、金、铂、镍、铝和钛中的一种或几种金属制成，结构为单层或多层堆叠。

进一步地，采用真空金属沉积技术在反射层上沉积金属，形成第一键合层。第一键合层由金、锡、镍、铟和镓中的一种或几种金属制成。优选的，第一键合层的厚度为1-20000nm。更优的，所述第一键合层的厚度为100-15000nm。

S104、在第二衬底上形成第二键合层。

本发明的第二衬底为导电硅衬底，其中，第二衬底层尺寸与外延层的尺寸相同。

具体的，采用真空金属沉积技术在第二衬底上沉积金属，形成第二键合层。第二键合层由金、锡、镍、铟和镓中的一种或几种金属制成。优选的，第二键合层的厚度为1-20000nm。更优的，所述第二键合层的厚度为100-15000nm。

S105、将第一键合层和第二键合层进行键合、共晶，形成共晶层。

采用真空热压键合技术，将第一键合层与第二键合层对齐贴合，采用真空热压键合技术对第一键合层和第二键合层金属高温高压键合、共晶，其中，温度为200-300摄氏度，压力为300-2000kg/m²。

具体的，通过调节共晶升温与降温速率，将第一键合层和第二键合层键合形成共晶层。

优选的，本发明的共晶层为AuSn多相合金层，其厚度为200-1000nm。本发明共晶层的厚度可使键合后的外延层形成适合激光剥离的翘曲度。当共晶层的厚度小于200nm时，激光剥离衬底时，键合不牢靠，第一键合层和第二键合层容易产生脱离；当共晶层的厚度大于1000nm，共晶层的厚度太厚，影响芯片的出光效率。

S106、激光剥离蓝宝石衬底。

将紫外激光照射在蓝宝石衬底的表面，使得蓝宝石衬底表面从外延层剥离脱落。优选的，紫外激光的波长为193nm或248nm。或者，同时采用波长为193nm和248nm的紫外激光对蓝宝石衬底进行照射。

具体的，波长为193nm的紫光会被AlN吸收，波长为248nm的紫光会被GaN吸收，为了保证激光的照射时间，使与蓝宝石衬底表面接触的激光剥离缓冲层均匀吸收能量并分解，将蓝宝石脱落，本发明采用上述保持的紫外光对蓝宝石衬底进行照射。

优选的，紫外激光的照射时间为1-10⁹μs，紫外激光的光能量密度为1-800mJ/cm²。当紫外激光的照射时间小于10⁹μs时，蓝宝石衬底还留在外延层上；当照射时间大于10⁹μs时，外延层容易发生翘曲，且破坏外延层的结构，影响芯片的光电性能。

本发明的制作方法在外延层制作利于激光剥离的激光剥离缓冲层，通过脱附层、激光吸收层、应力缓冲层的叠加作用，一方面使GaN和蓝宝石衬底可以更好的分离，降低激光剥离时所需要的能量，提高工艺窗口，另一方面可以缓冲掉激光剥离过程带来的表面冲击，减少了GaN材料在激光剥离过程中所受到的物理性损伤，从根本上提高激光剥离良率。

S107、制作电极。

将剥离蓝宝石衬底的外延层通过后期的清洗、刻蚀与沉积工艺制作表面电极。

其次，本发只需调整外延层的结构，无需增加额外的设备，减少生产成本。

再次，本发明调整垂直结构LED芯片后期制作的电流扩展层、反射层与键合层，调节键合工艺以适配激光剥离技术，提高了激光剥离的表面良率，使得激光打到蓝宝石衬底表面时，减缓了冲击，保持内部结构的完整性，从而提高芯片的生产良率。

再次，本发明改善了蓝宝石衬底激光剥离效果，提高垂直结构LED芯片的生产良率。

最终，本发明解决了垂直结构LED芯片激光剥离蓝宝石衬底的生产工艺瓶颈，实现了量产化，提高了经济效益。

相应地，本发明还提供了一种垂直结构LED芯片，由上述所述的垂直结构LED芯片的制作方法制作所得。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。