一种反极性LED芯片及其制作方法与流程

本发明涉及一种led芯片，尤其涉及一种反极性led芯片及其制作方法。

背景技术：

led具有高光效、低能耗、长寿命、高环保等优势，早已成为日常生活中不可或缺的光电元器件，目前已广泛应用于高效固态照明领域中，如数码管、显示屏、背光源、汽车用灯、交通信号灯、景观照明等。为了进一步提高algainpled芯片的亮度，一种反极性结构的algainpled芯片被提出。反极性芯片即将外延层生长过程中的原吸光较大的gaas衬底腐蚀掉，将外延层与si衬底或者蓝宝石键合，完成衬底置换。现阶段反极性led进行衬底置换时，常常先在外延层表面沉积一层不导电的sio2介质膜，然后在sio2介质膜上通过光刻和湿法蚀刻制作若干孔洞，接着在sio2介质膜表面蒸镀厚的金属au层，将表面同样蒸镀厚的金属au层的si衬底或者蓝宝石与外延层通过au-au层进行键合。sio2介质膜上的孔洞不仅是电流的传输通道，直接决定led芯片的电压大小；同时还影响着sio2介质膜上的au层对有源区发出的光的反射效果，进而对led芯片的亮度产生影响。在sio2介质膜上制作孔洞是非常关键的一步，每个led芯片上的所有孔洞大小和分布位置必须一致，这样才能保证led芯片光电性能的稳定性。sio2介质膜上的孔洞直径仅有几个微米，且要求均匀分布在芯片四周，现阶段在sio2介质膜上制作孔洞的水平难以达到如此高的精度要求。此外，在通过au-au层进行键合时，会使用大量的贵金属-金，增大了led芯片的制作成本。

技术实现要素：

为了克服现有技术存在的缺点，本发明提供一种反极性led芯片结构，该反极性led芯片具有第一键合区和第二键合区，通过双键合区共键合技术实现衬底转移，不需要在sio2介质膜上制作精度要求如此之高的孔洞，极大的简化了制作流程，降低了制作难度，保证了产品的稳定性。双键合区共键合技术在进行衬底转移时不需要用到贵金属-金，降低了led芯片的制作成本。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明提供了一种反极性led芯片，该芯片自下而上依次包括p面电极、硅衬底、p-高反射膜层、p-gap层、p-alinp层、mqw有源层、n-alinp层、n-algainp层、n-gaas层和n面电极，所述硅衬底与所述p-高反射膜层之间还包括有键合层。

作为上述技术方案的进一步改进，所述键合层由第一键合区和第二键合区组成，所述第一键合区由圆形sio2组成，所述第一键合区的直径大于所述n面电极，所述第二键合区由ito组成，所述键合层的总厚度为0.5-2μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述p面电极材质为cr、ti、pt、au、al金属中的一种或几种，所述n面电极材质为cr、ti、pt、au、al金属中的一种或几种。

作为上述技术方案的进一步改进，所述硅衬底厚度为110-190μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述p-高反射膜层由alas/al0.3gaas周期性组成，每个周期层的厚度为85nm，周期数为15-50对。

作为上述技术方案的进一步改进，所述n-algainp层经过了粗化处理，厚度为3-3.5μm。

作为上述技术方案的进一步改进，所述n-gaas层为环形，厚度为70-100nm，环形宽度为5-15μm。

本发明还提供了一种反极性led芯片的制作方法，包括以下步骤：

s1：提供一gaas衬底作为外延结构生长衬底；

s2：在该衬底上依次生长n-gaas层、n-algainp层、n-alinp层、mqw有源层、p-alinp层、p-gap层、p-高反射膜层；

s3：在外延层p-高反射膜层表面蒸镀一层ito层,通过光刻制作掩膜图形保护第二键合区，用腐蚀液腐蚀掉中间没有掩膜图形保护的ito层,在第二键合区留下一个圆洞；

s4：在硅片表面蒸镀一层sio2，利用光刻制作掩膜图形保护第一键合区，将没有掩膜图形保护区域的sio2腐蚀掉，得到第一键合区；

s5：将硅片与带外延层的gaas衬底对齐，将第一键合区和第二键合区紧密接触，使得第一键合区和第二键合区完成双键合区共键合；

s6：将晶片使用腐蚀溶液将原gaas衬底去除；

s7：使用光刻胶制作出环形gaas掩膜图形，利用腐蚀溶液去除掩膜图形之外的gaas层，制得环形gaas层；利用光刻胶制作n面电极的掩膜图形，蒸镀出初步n面电极，然后再剥离n面电极多余的金属，得到最终的n面电极；

s8：使用光刻胶制作切割道掩膜图形，通过icp蚀刻的方式得到切割道；再次使用光刻胶制作掩膜图形，将n面电极和切割道保护起来，使用粗化液对n-algainp层进行粗化处理；

s9：将硅衬底厚度研磨至需要的厚度，然后在该面蒸镀出p面电极；

s10：沿着切割道对晶片n面进行切割，对晶片p面进行切割，将n面和p面都进行切割后的晶片转移至裂片机，将晶片劈裂成单个芯片。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤s3中，蒸镀的ito层厚度为0.8μm，蒸镀时的温度为300℃，蒸镀速率为在第二键合区留下的圆洞直径为80μm；

在步骤s4中，将sio2腐蚀掉的溶液为boe溶液，得到的第一键合区直径为76μm；

在步骤s5中，第一键合区和第二键合区是在温度为200℃、压力为6000kg条件下完成双键合区共键合的；

在步骤s6中，将原gaas衬底去除的腐蚀溶液为氨水：双氧水＝1:10混合溶液，将晶片在混合溶液放置45min，去除gaas衬底；

在步骤s7中，n面电极的电极材料为au/pt/au，剥离n面电极多余金属采用的工艺为lift-off工艺；

在步骤s9中，将硅衬底厚度研磨至140μm，然后蒸镀p面电极材料ti/au；

在步骤s10中，对晶片n面进行切割的方式为激光切割，对晶片p面进行切割采用刀片进行切割。

作为上述技术方案的进一步改进，在步骤s3和s8中采用的光刻胶均为正性光刻胶；

在步骤s7中，作出环形gaas掩膜图形使用的光刻胶为正性光刻胶，制作n面电极的掩膜图形使用的光刻胶为负性光刻胶。

本发明的有益效果为：本发明的反极性led芯片具有第一键合区和第二键合区，通过双键合区共键合技术实现衬底转移，不需要在sio2介质膜上制作精度要求如此之高的孔洞，极大的简化了制作流程，降低了制作难度，保证了产品的稳定性。双键合区共键合技术在进行衬底转移时不需要用到贵金属-金，降低了led芯片的制作成本。

附图说明

图1为本实施例中gaas衬底的外延结构示意图。

图2为本实施例中通过双键合区共键合技术完成硅片键合后的示意图。

图3为本实施例中去除gaas衬底后的结构示意图。

图4为本实施例中制作完环形gaas和n面电极后的结构示意图。

图5为本实施例中对n-algainp层进行粗化处理后的结构示意图。

图6为本实施例中对硅衬底进行减薄并制作完p面电极后的结果示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：1、gaas衬底，2、n-gaas层；3、n-algainp层；4、n-alinp层；5、mqw有源层；6、p-alinp层；7、p-gap层；8、p-高反射膜层；9-1、第一键合区；9-2、第二键合区；10、硅衬底；11、n面电极；12、p面电极。

具体实施方式

现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，在附图中示出了本发明当前优选的实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，并且不应被解释为限于本文所阐述的实施方式；而是为了透彻性和完整性而提供这些实施方式，并且这些实施方式将本发明的范围充分地传达给技术人员。

如图6所示，一种反极性led芯片，该芯片自下而上依次包括p面电极12、硅衬底10、p-高反射膜层8、p-gap层7、p-alinp层6、mqw有源层5、n-alinp层4、n-algainp层3、n-gaas层2和n面电极11，硅衬底10与p-高反射膜层8之间还包括有键合层。

进一步地，键合层由第一键合区9-1和第二键合区9-2组成，第一键合区9-1由圆形sio2组成，第一键合区9-1的直径大于n面电极11，第二键合区9-2由ito组成，键合层的总厚度为0.5-2μm。

进一步地，p面电极12材质为cr、ti、pt、au、al金属中的一种或几种，n面电极11材质为cr、ti、pt、au、al金属中的一种或几种。

进一步地，硅衬底10厚度为110-190μm。

进一步地，p-高反射膜层8由alas/al0.3gaas周期性组成，每个周期层的厚度为85nm，周期数为15-50对。

进一步地，n-algainp层3经过了粗化处理，厚度为3-3.5μm。

进一步地，n-gaas层2为环形，厚度为70-100nm，环形宽度为5-15μm。

该反极性led芯片具有第一键合区9-1和第二键合区9-2，通过双键合区共键合技术实现衬底转移，不需要在sio2介质膜上制作精度要求高的孔洞，极大的简化了制作流程，降低了制作难度，保证了产品的稳定性。双键合区共键合技术在进行衬底转移时不需要用到贵金属-金，降低了led芯片的制作成本。

参考图1-6所示，本实施例还提供一种反极性led芯片的制作方法，包括以下步骤：

s1：提供一gaas衬底作为外延结构生长衬底；

s2：在该衬底上依次生长n-gaas层、n-algainp层、n-alinp层、mqw有源层、p-alinp层、p-gap层、p-高反射膜层；

s3：在外延层p-高反射膜层表面蒸镀一层ito层,通过光刻制作掩膜图形保护第二键合区，用腐蚀液腐蚀掉中间没有掩膜图形保护的ito层,在第二键合区留下一个圆洞；

s4：在硅片表面蒸镀一层sio2，利用光刻制作掩膜图形保护第一键合区，将没有掩膜图形保护区域的sio2腐蚀掉，得到第一键合区；

s5：将硅片与带外延层的gaas衬底对齐，将第一键合区和第二键合区紧密接触，使得第一键合区和第二键合区完成双键合区共键合；

s6：将晶片使用腐蚀溶液将原gaas衬底去除；

s7：使用光刻胶制作出环形gaas掩膜图形，利用腐蚀溶液去除掩膜图形之外的gaas层，制得环形gaas层；利用光刻胶制作n面电极的掩膜图形，蒸镀出初步n面电极，然后再剥离n面电极多余的金属，得到最终的n面电极；

s8：使用光刻胶制作切割道掩膜图形，通过icp蚀刻的方式得到切割道；再次使用光刻胶制作掩膜图形，将n面电极和切割道保护起来，使用粗化液对n-algainp层进行粗化处理；

s9：将硅衬底厚度研磨至需要的厚度，然后在该面蒸镀出p面电极；

s10：沿着切割道对晶片n面进行切割，对晶片p面进行切割，将n面和p面都进行切割后的晶片转移至裂片机，将晶片劈裂成单个芯片。

进一步地，在步骤s3中，蒸镀的ito层厚度为0.8μm，蒸镀时的温度为300℃，蒸镀速率为在第二键合区留下的圆洞直径为80μm；

以下为上述步骤的详细过程：

1、提供一gaas衬底作为外延结构生长衬底；

2、在mocvd机台设置好程序，gaas衬底上依次生长n-gaas层、n-algainp层、n-alinp层、mqw有源层、p-alinp层、p-gap层、p-高反射膜层；

3、在外延层p-高反射膜层表面蒸镀一层厚度为0.8μm的ito层，蒸镀时的温度为300℃，镀率为利用正性光刻胶在ito层制作第二键合区掩膜保护图形，用腐蚀液腐蚀掉中间没有掩膜图形保护的ito，在第二键合区留下一个直径为80μm的圆洞；

4、在硅片表面蒸镀一层厚度为0.8μm的sio2层，利用正性光刻胶制作第一键合区的掩膜保护图形，通过boe溶液将没有掩膜保护的sio2去除，得到直径为76μm的第一键合区；

5、将硅片与带外延层的gaas衬底对齐，第一键合区和第二键合区紧密接触，在温度为200℃、压力为6000kg条件下完成双键合区共键合；

6、将晶片在氨水：双氧水＝1:10混合溶液放置45min，去除gaas衬底；

7、使用正性光刻胶制作出环形gaas掩膜图形，利用磷酸和双氧水混合溶液去除掩膜图形之外的gaas；利用负性光刻胶制作n面电极的掩膜图形，蒸镀n面电极材料au/pt/au，通过lift-off工艺剥离多余的金属，得到n面电极；

8、使用正性光刻胶制作切割道掩膜图形，通过icp蚀刻的方式得到切割道；再次使用正性光刻胶制作掩膜图形，将n面电极和切割道保护起来，使用粗化液对n-algainp层进行粗化处理；

9、将硅衬底厚度研磨至140μm，然后蒸镀p面电极材料ti/au；

10、利用激光切割的方式沿着切割道对晶片n面进行切割，然后利用刀片对晶片p面进行切割，将n面和p面都进行切割后的晶片转移至裂片机，将晶片劈裂成单个芯片。

以上所述实施例仅表达了本发明的优选实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形、改进及替代，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。