一種具有特殊粗化形貌的le：d垂直芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種提高垂直結(jié)構(gòu)LED發(fā)光效率的方法。首先，提供一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，在外延結(jié)構(gòu)層的表面形成微米級孔洞以及位于微米級孔洞底部的亞微米級孔洞，此種出光面結(jié)構(gòu)能增加器件內(nèi)部光的出射幾率，大大提高出光效率。本發(fā)明還提供了一種上述芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，通過剝離帶微米級凸起的生長襯底，在外延結(jié)構(gòu)層上形成微米級孔洞，并通過刻蝕在微米級孔洞的底部形成亞微米級孔洞，此方法工藝簡單，可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，能夠大大提高垂直結(jié)構(gòu)LED發(fā)光效率。
【專利說明】一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及其制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導體領(lǐng)域，尤其涉及一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)及 其制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 從LED (Light-Emitting Diode,發(fā)光二極管）的結(jié)構(gòu)上講，可以分為正裝結(jié)構(gòu)、倒 裝結(jié)構(gòu)和垂直結(jié)構(gòu)。垂直結(jié)構(gòu)LED可以有效解決正裝結(jié)構(gòu)LED和倒裝結(jié)構(gòu)LED存在的散熱 效率低和電流阻塞等關(guān)鍵問題，提高LED的發(fā)光效率和光強密度，且具有散熱好、能夠承載 大電流、發(fā)光強度高、耗電量小以及壽命長等優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于通用照明、景觀照明、 特種照明、汽車照明等領(lǐng)域，正受到業(yè)界越來越多的關(guān)注和研究，是半導體照明技術(shù)發(fā)展的 必然趨勢。
[0003] 垂直結(jié)構(gòu)LED剝離了藍寶石襯底，可直接在P型外延層上布置反射層，器件內(nèi)部隨 機射向非出光面的光直接通過反射層反射，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)隨機射向非出光面而易造成光抽取 效率降低的問題。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)部來回反射，直至被自吸收。
[0004] 對于正裝結(jié)構(gòu)LED和倒裝結(jié)構(gòu)LED，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，因為襯底上的圖形能體現(xiàn)到外延N型層的表面，并作為LED的出光 面，增大出光面的折射率。而對于垂直結(jié)構(gòu)LED，圖形化襯底需被剝離，因此垂直結(jié)構(gòu)LED面 臨著如何提1?光提取效率的問題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種垂直結(jié)構(gòu)LED及其制備方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中垂直 結(jié)構(gòu)LED光提取效率低的問題。
[0006] 鑒于此，本發(fā)明提供一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，包括：
[0007] 導電支撐襯底；
[0008] 金屬鍵合電極層，形成于所述導電支撐襯底的表面；
[0009] 金屬反射電極層，形成于所述金屬鍵合電極層的表面；
[0010] 接觸層，形成于所述金屬反射電極層的表面；
[0011] 外延結(jié)構(gòu)層，形成于所述接觸層的表面，所述外延結(jié)構(gòu)層包括P型GaN層、N型GaN 層以及結(jié)合于所述P型GaN層和N型GaN層中間的有源區(qū)層，其中，在所述外延結(jié)構(gòu)層的表 面具有微米級孔洞以及位于所述微米級孔洞底部的亞微米級孔洞；
[0012] N電極，結(jié)合于所述外延結(jié)構(gòu)層的表面。
[0013] 可選的，所述微米級孔洞的孔徑為2 μ m-3 μ m，深度為1 μ m-3 μ m ;所述亞微米級 孔洞的孔徑為300nm-800nm,深度為1 μ m_2 μ m。
[0014] 可選的，所述金屬鍵合電極層的材質(zhì)為Au-Sn共晶。
[0015] 可選的，所述金屬反射電極層的材質(zhì)為Ag。
[0016] 可選的，所述接觸層的材質(zhì)為ΙΤ0或Ni。
[0017] 本發(fā)明還提供一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：
[0018] 提供生長襯底，在所述生長襯底表面刻蝕形成微米級凸起，然后在所述生長襯底 上形成外延結(jié)構(gòu)層；
[0019] 在所述外延結(jié)構(gòu)層上依次形成接觸層、金屬反射電極層和金屬鍵合電極層；
[0020] 在所述金屬鍵合電極層上形成導電支撐襯底；
[0021] 剝離所述生長襯底，以在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成微米級孔洞；
[0022] 刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層的表面，以在所述微米級孔洞的底部形成亞微米級孔洞；
[0023] 在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成N電極。
[0024] 可選的，刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層的表面的步驟包括：
[0025] 在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉積二氧化硅層；
[0026] 以所述二氧化硅層作掩膜進行干法刻蝕，在以在所述微米級孔洞的底部形成亞微 米級孔洞；
[0027] 去除剩余的所述二氧化硅層。
[0028] 可選的，在所述生長襯底表面刻蝕形成微米級凸起后，先在所述生長襯底表面形 成非故意摻雜層，再在所述非故意摻雜層表面形成外延結(jié)構(gòu)層；在剝離所述生長襯底后，先 在所述非故意摻雜層的表面形成微米級孔洞，再去除所述非故意摻雜層并將所述微米級孔 洞轉(zhuǎn)移至所述外延結(jié)構(gòu)層，最后刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層的表面，以在所述微米級孔洞的底部 形成亞微米級孔洞。
[0029] 可選的，在所述非故意摻雜層的表面形成微米級孔洞后，通過以下步驟形成亞微 米級孔洞：
[0030] 干法刻蝕所述非故意摻雜層的表面以去除所述非故意摻雜層，并將所述微米級孔 洞轉(zhuǎn)移至所述外延結(jié)構(gòu)層的表面；
[0031] 在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉積二氧化硅層；
[0032] 通過光刻和刻蝕工藝去除LED器件間溝槽處的二氧化硅層，在所述溝槽處露出所 述外延結(jié)構(gòu)層；
[0033] 對所述外延結(jié)構(gòu)層和二氧化硅層同時進行干法刻蝕，在所述溝槽處露出所述接觸 層，并在所述微米級孔洞的底部形成亞微米級孔洞；
[0034] 去除所述二氧化硅層。
[0035] 可選的，所述外延結(jié)構(gòu)層的厚度是5μ m-8 μ m，所述非故意摻雜層的厚度為 1 μ m-3 μ m，在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉積的二氧化娃層厚度為1000nm-2000nm。
[0036] 可選的，在所述非故意摻雜層的表面形成微米級孔洞后，通過以下步驟形成亞微 米級孔洞：
[0037] 在所述非故意摻雜層表面沉積二氧化硅層；
[0038] 通過光刻和刻蝕工藝去除LED器件間溝槽處的二氧化硅層，在所述溝槽處露出所 述非故意摻雜層；
[0039] 對所述二氧化硅層以及在所述溝槽處露出的所述非故意摻雜層同時進行干法刻 蝕，在所述溝槽處露出所述接觸層，同時在非所述溝槽處去除所述二氧化硅層和所述非故 意摻雜層后，在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成所述微米級孔洞并在所述微米級孔洞的底部形 成亞微米級孔洞。
[0040] 可選的，所述外延結(jié)構(gòu)層的厚度是5μ m-8 μ m，所述非故意摻雜層的厚度為 1 μ m-3 μ m，在所述非故意摻雜層表面沉積二氧化娃層的厚度為500nm-1000nm。
[0041] 可選的，在形成N電極之前，還包括對所述外延結(jié)構(gòu)層的表面進行表面粗化的過 程。
[0042] 本發(fā)明提供的具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，在外延結(jié)構(gòu)層的表面形成 微米級孔洞以及位于微米級孔洞底部的亞微米級孔洞，此種出光面結(jié)構(gòu)能增加器件內(nèi)部光 的出射幾率，大大提高出光效率。本發(fā)明提供的上述芯片結(jié)構(gòu)的制備方法通過剝離帶微米 級凸起的生長襯底，在外延結(jié)構(gòu)層上形成微米級孔洞，并通過刻蝕在微米級孔洞的底部形 成亞微米級孔洞，此方法工藝簡單，可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，能夠大大提高垂直結(jié)構(gòu)LED 發(fā)光效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0043] 圖1為本發(fā)明一實施例所述具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法的 流程圖。
[0044] 圖2-圖8為本發(fā)明一實施例所述具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制造 方法過程中的器件剖面示意圖。
[0045] 圖11為剝離生長襯底后器件在SEM電子顯微鏡中的俯視圖（左）和側(cè)視圖（右）。
[0046] 圖9A-圖9D為從圖5到圖6的一種具體形成過程的器件剖面示意圖。
[0047] 圖12為圖9A所示步驟中器件在SEM電子顯微鏡中的俯視圖（左）和側(cè)視圖（右）。
[0048] 圖10A-圖10B為從圖5到圖6的另一種具體形成過程的器件剖面示意圖。
[0049] 圖13A為通過圖9A-圖9D所示形成方法形成的器件在SEM電子顯微鏡中的俯視 圖（左）和側(cè)視圖（右）。
[0050] 圖13B為通過圖10A-圖10B所示形成方法形成的器件在SEM電子顯微鏡中的俯 視圖（左）和側(cè)視圖（右）。

【具體實施方式】
[0051] 以下結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。根據(jù)下面說明和權(quán)利要 求書，本發(fā)明的優(yōu)點和特征將更清楚。需說明的是，附圖均采用非常簡化的形式且均使用非 精準的比率，僅用以方便、明晰地輔助說明本發(fā)明實施例的目的。
[0052] 本發(fā)明提供一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，如圖8所示，所述LED垂 直芯片結(jié)構(gòu)包括：導電支撐襯底700,形成于所述導電支撐襯底700表面的金屬鍵合電極層 600,形成于所述金屬鍵合電極層600表面的金屬反射電極層500,形成于所述金屬反射電 極層500表面的接觸層400,形成于所述接觸層400表面的外延結(jié)構(gòu)層300,以及形成于所 述外延結(jié)構(gòu)層300表面的N電極800。
[0053] 其中，外延結(jié)構(gòu)層300包括P型GaN層330、N型GaN層310以及形成于所述P型GaN 層330和N型GaN層310中間的有源區(qū)層320。在所述外延結(jié)構(gòu)層300的表面具有微米級 孔洞311以及位于所述微米級孔洞底部的亞微米級孔洞312。所述微米級以及亞微米級的 描述是針對孔洞的孔徑（直徑）而言，在微米級孔洞311的底部形成孔徑更窄的亞微米級 孔洞312,能更有利于提高光提取效率。優(yōu)選方案中，所述微米級孔洞的孔徑為2 μ m-3 μ m， 深度為1 μ m_3 μ m ;所述亞微米級孔洞的孔徑為300nm-800nm,深度為1 μ m-2 μ m。在N型 GaN層310表面的多個微米級孔洞311之間，具有經(jīng)表面粗化形成的多個凸起結(jié)構(gòu)313。
[0054] 具體的，所述導電支撐襯底700的材質(zhì)為硅、銅、鋁、鎢或各類合金等，優(yōu)選的，為 高導電導熱率的硅、鎢銅合金或銅鑰合金；所述金屬鍵合電極層600的材質(zhì)為Au-Sn共晶； 所述金屬反射電極層500的材質(zhì)為Ag ;所述接觸層400的材質(zhì)為ΙΤ0或Ni。所述N電極 800的材質(zhì)為Ni/Au合金、Al/Ti/Pt/Au合金或Cr/Pt/Au合金等。
[0055] 本發(fā)明還提供一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，下面結(jié)合 圖1至圖8所示，詳細說明LED垂直芯片結(jié)構(gòu)制造方法的各個步驟。
[0056] 首先，執(zhí)行步驟S1，提供生長襯底，在所述生長襯底表面刻蝕形成微米級凸起，然 后在所述生長襯底上形成外延結(jié)構(gòu)層；
[0057] 在本實施例中，通過濕法刻蝕或者干法刻蝕刻蝕在所述襯底表面刻蝕形成微米級 凸起，以制備出一表面具有特定微米級凸起的生長襯底1〇〇,所述襯底為藍寶石襯底，也可 以為硅襯底，本發(fā)明不作限制。
[0058] 然后，在所述生長襯底100上依次生長N型GaN層310、有源區(qū)層320以及P型GaN 層330,以形成外延結(jié)構(gòu)層300。本實施例的一個優(yōu)選方案為，以（CH3)3Ga(三甲基鎵）為 Ga(鎵）源，NH3(氨氣）為N源，SiH4(硅烷）用作為N型摻雜劑，采用金屬有機化合物化學 氣相淀積法在所述生長襯底100上生長N型GaN層310 ;以（CH3)3In(三甲基銦）為In(銦） 源，（CH3) 3Ga為Ga源，NH3為N源，采用金屬有機化合物化學氣相淀積法在所述的N型GaN 層 310 上生長 InGaN/GaN 有源層 320 ;以（CH3) 3Ga 為 Ga 源，NH3 為 N 源，Mg (C5H5) 2 (二茂鎂） 作為P型摻雜劑，采用金屬有機化合物化學氣相淀積法在所述的有源層320上生長P型GaN 層 330。
[0059] 如圖2所示，在本實施例的一個優(yōu)選方案中，在所述生長襯底100表面刻蝕形成微 米級凸起后，先在所述生長襯底表面形成非故意摻雜層200,再在所述非故意摻雜層200表 面形成外延結(jié)構(gòu)層300。非故意摻雜層200的材質(zhì)為未摻雜的GaN，其目的是更為了有利于 后續(xù)外延結(jié)構(gòu)層300的生長。
[0060] 接著，執(zhí)行步驟S2,在所述外延結(jié)構(gòu)層上依次形成接觸層、金屬反射電極層和金屬 鍵合電極層；
[0061] 如圖3所示，在所述P型GaN層330上蒸鍍接觸層400,并熔合P型GaN層330與 接觸層400以形成歐姆接觸，然后在所述接觸層400上蒸鍍所述金屬反射電極層500,使得 接觸層400與金屬反射電極層500之間形成一光學反射層，最后形成金屬鍵合電極層600。
[0062] 接著，執(zhí)行步驟S3,在所述金屬鍵合電極層上形成導電支撐襯底；
[0063] 如圖4所示，通過金屬鍵合電極層600將所述的金屬反射電極層500鍵合于導電 支撐襯底700上。所述導電支撐襯底700的材質(zhì)為硅、銅、鋁、鎢或各類合金等，優(yōu)選的，為高 導電導熱率的硅、鎢銅合金或銅鑰合金；所述金屬鍵合電極層600的材質(zhì)為Au-Sn共晶；所 述金屬反射電極層500的材質(zhì)為Ag ;所述接觸層400的材質(zhì)為ΙΤ0或Ni ;所述N電極800 的材質(zhì)為Ni/Au合金、Al/Ti/Pt/Au合金或Cr/Pt/Au合金等。
[0064] 接著，執(zhí)行步驟S4,剝離所述生長襯底，以在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成微米級孔 洞；
[0065] 如圖5所示，采用激光剝離技術(shù)剝離所述生長襯底100,通過所述生長襯底100上 的微米級凸起，在所述外延結(jié)構(gòu)層300的N型GaN層310的表面形成微米級孔洞。剝離所 述生長襯底100后，外延結(jié)構(gòu)層的表面的形狀如圖11所示。圖11為剝離生長襯底100后 器件的俯視圖（左）和側(cè)視圖（右）。
[0066] 在本實施例的一個優(yōu)選方案中，由于在所述生長襯底100表面刻蝕形成微米級凸 起后，先在所述生長襯底表面形成非故意摻雜層200,再在所述非故意摻雜層200表面形成 外延結(jié)構(gòu)層300,因此，剝離所述生長襯底100后，微米級孔洞210形成于非故意摻雜層200 上。
[0067] 接著，執(zhí)行步驟S5,刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層的表面，以在所述微米級孔洞的底部形成 亞微米級孔洞；
[0068] 其中，刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層的表面的步驟包括：在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉積二 氧化硅層；以所述二氧化硅層作掩膜進行干法刻蝕，在以在所述微米級孔洞的底部形成亞 微米級孔洞；去除剩余的所述二氧化硅層。
[0069] 具體的，沉積二氧化硅層的工藝采用化學氣相淀積。需要特別說明的是，由于化學 氣相淀積工藝的特點，在充滿微米級孔洞的外延結(jié)構(gòu)層的表面形成的二氧化硅會集中于所 述微米級孔洞之間的部分，而在所述微米級孔洞的底部沉積的二氧化硅相對較少。因此， 以所述二氧化硅層作掩膜進行干法刻蝕時，所述微米級孔洞底部的二氧化硅會首先被刻蝕 完，而在所述微米級孔洞的底部繼續(xù)刻蝕形成亞微米級孔洞。在此過程中，所述微米級孔洞 之間的部分得到了較厚的二氧化硅的保護。
[0070] 在本實施例的一個優(yōu)選方案中，由于在所述生長襯底100表面刻蝕形成微米級凸 起后，先在所述生長襯底表面形成非故意摻雜層200,再在所述非故意摻雜層200表面形成 外延結(jié)構(gòu)層300,且如前所述，剝離所述生長襯底100后，微米級孔洞210形成于非故意摻雜 層200上。因此，如圖6所示，此時先刻蝕去除所述非故意摻雜層200并將所述微米級孔洞 轉(zhuǎn)移至所述外延結(jié)構(gòu)層300,再刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層300的表面，在所述微米級孔洞311的 底部形成亞微米級孔洞312。
[0071] 最后，執(zhí)行步驟S6,在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成N電極。
[0072] 如圖7所示，在本實施例的一個優(yōu)選方案中，形成N電極800之前，還包括對外延 結(jié)構(gòu)層300的表面進行表面粗化的過程，粗化后，在N型GaN層310表面的多個微米級孔洞 311之間，形成多個凸起結(jié)構(gòu)313。如圖8所示，此時在所述外延結(jié)構(gòu)層300的表面形成N 電極800。
[0073] 具體的，所述粗化采用濕法刻蝕工藝，溶液可以為ΚΟΗ、Η3Ρ04等。形成N電極800 的工藝為蒸鍍，所述N電極800的材質(zhì)為Ni/Au合金、Al/Ti/Pt/Au合金或Cr/Pt/Au合金 等。
[0074] 如前所述，本發(fā)明提供的具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制造方法具有 一優(yōu)選方案，此方案涉及對襯底整體處理的工藝過程，因此考慮到了所述LED垂直芯片結(jié) 構(gòu)之間溝槽的處理。LED垂直芯片結(jié)構(gòu)間溝槽是在一塊基底上形成多個上述LED垂直芯片 結(jié)構(gòu)后，不同器件之間的間隙。在此方案中，所述非故意摻雜層200的表面形成微米級孔 洞后，需要將微米級孔洞轉(zhuǎn)移至外延結(jié)構(gòu)層300上，并在外延結(jié)構(gòu)層300上形成亞微米級孔 洞，即在對襯底整體處理的工藝過程之中，從圖5表面到形成圖6表面的過程。此過程可通 過兩種方式實現(xiàn)，下面詳細說明兩種方法的實現(xiàn)過程。
[0075] 方法一：
[0076] 如圖5所示，在剝離所述生長襯底100后，微米級孔洞210形成于非故意摻雜層 200 上。
[0077] 請參考圖9A，此時，干法刻蝕所述非故意摻雜層200的表面以去除所述非故意摻 雜層200,并將存在于非故意摻雜層200上的所述微米級孔洞210轉(zhuǎn)移至所述外延結(jié)構(gòu)層 300的表面。較佳的，所述外延結(jié)構(gòu)層300的厚度是5 μ m-8 μ m，所述非故意摻雜層200的 厚度為1 U m_3 μ m，干法刻蝕約30min，即可去除1 μ m-3 μ m厚的非故意摻雜層200。形成的 器件形貌如圖12所示。圖12為圖9A所示步驟中器件在SEM電子顯微鏡中的俯視圖（左） 和側(cè)視圖（右）。
[0078] 之后，請參考圖9B，在所述外延結(jié)構(gòu)層300的表面沉積二氧化硅層10。如前所 述，由于化學氣相淀積工藝的特點，在充滿微米級孔洞的外延結(jié)構(gòu)層300的表面形成的 二氧化硅層會集中于所述微米級孔洞之間的部分，而在所述微米級孔洞的底部沉積的二 氧化硅相對較少。較佳的，在所述外延結(jié)構(gòu)層300的表面沉積的二氧化硅層10厚度為 1000nm-2000nm，所述二氧化娃層10的厚度即所述微米級孔洞之間部分上的二氧化娃層10 厚度。
[0079] 請參考圖9C，通過光刻去除LED垂直芯片結(jié)構(gòu)間溝槽處的二氧化硅層10,在所述 溝槽處露出所述外延結(jié)構(gòu)層300,僅在LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的上方保留二氧化硅層，即二氧化 硅層10'。LED垂直芯片結(jié)構(gòu)間溝槽是在一塊基底上形成多個上述LED垂直芯片結(jié)構(gòu)后，不 同器件之間的間隙。
[0080] 所述光刻的方法是，在所述二氧化硅層10上形成光刻膠層，對所述光刻膠層進行 曝光顯影形成圖案化的光刻膠層，所述圖案化的光刻膠層暴露所述溝槽部分的二氧化硅層 10,然后以所述圖案化的光刻膠層為掩膜，刻蝕所述二氧化硅層10,在所述溝槽部分的露出 外延結(jié)構(gòu)層300,再去除剩余的光刻膠層，形成如圖9C所示的結(jié)構(gòu)。其中，濕法刻蝕所述二 氧化硅層10采用Β0Ε溶液。
[0081] 請參考圖9D，對所述外延結(jié)構(gòu)層300和二氧化硅層10'同時進行干法刻蝕，通過對 工藝的控制，實現(xiàn)在所述溝槽處露出所述接觸層400,并同時在所述微米級孔洞311的底部 形成亞微米級孔洞312的目的。形成亞微米級孔洞312后，在微米級孔洞311之間仍有部 分二氧化硅層10"未被完全刻蝕，起到了保護下方外延結(jié)構(gòu)層300的作用。
[0082] 最后，通過Β0Ε溶液濕法刻蝕去除所述二氧化硅層10"，得到如圖6表面所示的結(jié) 構(gòu)，即在外延結(jié)構(gòu)層300上形成微米級孔洞311及亞微米級孔洞312,并去除所述二氧化硅 層10"。此種方法形成的器件形貌如圖13A所示。圖13A為通過圖9A-圖9D所示形成方法 形成的器件在SEM電子顯微鏡中的俯視圖（左）和側(cè)視圖（右）。
[0083] 方法二：
[0084] 如圖5所示，在剝離所述生長襯底100后，微米級孔洞210形成于非故意摻雜層 200 上。
[0085] 請參考圖10A，此時，在所述非故意摻雜層200表面沉積二氧化硅層20。優(yōu)選方案 中，所述外延結(jié)構(gòu)層300的厚度是5 μ m-8 μ m，所述非故意摻雜層200的厚度為1 μ m-3 μ m， 在所述非故意摻雜層300的表面沉積二氧化娃層20厚度的最大值為500nm-1000nm，所述厚 度的最大值即所述微米級孔洞之間部分上的二氧化硅層20厚度。
[0086] 請參考圖10B，通過光刻去除LED垂直芯片結(jié)構(gòu)間溝槽處的二氧化硅層20,在所述 溝槽處露出所述非故意摻雜層200,僅在LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的上方保留二氧化硅層，即二氧 化娃層20'。
[0087] 所述光刻的方法是，在所述二氧化硅層20上形成光刻膠層，對所述光刻膠層進行 曝光顯影形成圖案化的光刻膠層，所述圖案化的光刻膠層暴露所述溝槽部分的二氧化硅層 20,然后以所述圖案化的光刻膠層為掩膜，刻蝕所述二氧化硅層20,在所述溝槽部分的露出 非故意摻雜層200,再去除剩余的光刻膠層，形成如圖10B所示的結(jié)構(gòu)。其中，濕法刻蝕所述 二氧化硅層20采用Β0Ε溶液。
[0088] 然后，對所述二氧化硅層20'以及在所述溝槽處露出的所述非故意摻雜層300同 時進行干法刻蝕，通過對工藝的控制，實現(xiàn)在所述溝槽處露出所述接觸層400的同時，在非 所述溝槽處（LED垂直芯片結(jié)構(gòu)上方）去除所述二氧化硅層20'和所述非故意摻雜層200， 在所述外延結(jié)構(gòu)層300的表面形成所述微米級孔洞311并在所述微米級孔洞的底部形成亞 微米級孔洞312的目的，得到如圖6表面所示的結(jié)構(gòu)。此種方法形成的器件具體形貌如圖 13B所示。圖13B為通過圖10A-圖10B所示形成方法形成的器件在SEM電子顯微鏡中的俯 視圖（左）和側(cè)視圖（右）。
[0089] 此方法形成二氧化硅層20的步驟在去除非故意摻雜層200之前，通過干法刻蝕能 在形成微米級孔洞311和亞微米級孔洞312的同時去除所有二氧化硅層20,省去了后續(xù)去 除二氧化硅的步驟，方便快捷。但對工藝控制的要求較細，刻蝕出的亞微米級孔洞312也不 如方法一精細。
[0090] 本發(fā)明提供的具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)在外延結(jié)構(gòu)層的表面具有 微米型孔洞以及位于微米性孔洞底部的亞微米級孔洞，此種出光面結(jié)構(gòu)能增加器件內(nèi)部光 的出射幾率，大大提高出光效率和質(zhì)量。本發(fā)明提供的上述LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制造方法 通過剝離帶微米級凸起的生長襯底，在外延結(jié)構(gòu)層上形成微米級孔洞，并通過刻蝕在微米 級孔洞的底部形成亞微米級孔洞，此方法工藝簡單，可用于大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)，且能夠大大 提高垂直結(jié)構(gòu)LED發(fā)光效率。
[0091] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對發(fā)明進行各種改動和變型而不脫離本發(fā)明的精神 和范圍。這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之 內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包括這些改動和變型在內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1. 一種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括： 導電支撐襯底； 金屬鍵合電極層，形成于所述導電支撐襯底的表面； 金屬反射電極層，形成于所述金屬鍵合電極層的表面； 接觸層，形成于所述金屬反射電極層的表面； 外延結(jié)構(gòu)層，形成于所述接觸層的表面，所述外延結(jié)構(gòu)層包括P型GaN層、N型GaN層 以及形成于所述P型GaN層和N型GaN層中間的有源區(qū)層，其中，在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面 具有微米級孔洞以及位于所述微米級孔洞底部的亞微米級孔洞； N電極，結(jié)合于所述外延結(jié)構(gòu)層的表面。
2. 如權(quán)利要求1所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述微米級孔洞的孔徑 為2 μ m-3 μ m，深度為1 μ m-3 μ m ;所述亞微米級孔洞的孔徑為300nm-800nm,深度為 1 μ m_2 μ m。
3. 如權(quán)利要求1所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬鍵合電極層的材質(zhì)為 Au-Sn共晶。
4. 如權(quán)利要求1所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述金屬反射電極層的材質(zhì)為 Ag〇
5. 如權(quán)利要求1所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述接觸層的材質(zhì)為IT0或 Ni。
6. -種具有特殊粗化形貌的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，包括： 提供生長襯底，在所述生長襯底表面刻蝕形成微米級凸起，然后在所述生長襯底上形 成外延結(jié)構(gòu)層； 在所述外延結(jié)構(gòu)層上依次形成接觸層、金屬反射電極層和金屬鍵合電極層； 在所述金屬鍵合電極層上形成導電支撐襯底； 剝離所述生長襯底，以在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成微米級孔洞； 刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層的表面，在所述微米級孔洞的底部形成亞微米級孔洞； 在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成N電極。
7. 如權(quán)利要求6所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，刻蝕所述外延結(jié)構(gòu) 層的表面的步驟包括： 在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉積二氧化硅層； 以所述二氧化硅層作掩膜進行干法刻蝕，在以在所述微米級孔洞的底部形成亞微米級 孔洞； 去除剩余的所述二氧化硅層。
8. 如權(quán)利要求6所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于： 在所述生長襯底表面刻蝕形成微米級凸起后，先在所述生長襯底表面形成非故意摻雜 層，再在所述非故意摻雜層表面形成外延結(jié)構(gòu)層； 在剝離所述生長襯底后，先在所述非故意摻雜層的表面形成微米級孔洞，再刻蝕去除 所述非故意摻雜層并將所述微米級孔洞轉(zhuǎn)移至所述外延結(jié)構(gòu)層，最后刻蝕所述外延結(jié)構(gòu)層 的表面，以在所述微米級孔洞的底部形成亞微米級孔洞。
9. 如權(quán)利要求8所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述非故意摻雜 層的表面形成微米級孔洞后，通過以下步驟形成亞微米級孔洞： 干法刻蝕所述非故意摻雜層的表面以去除所述非故意摻雜層，并將所述微米級孔洞轉(zhuǎn) 移至所述外延結(jié)構(gòu)層的表面； 在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉積二氧化硅層； 通過光刻和刻蝕工藝去除LED器件間溝槽處的二氧化硅層，在所述溝槽處露出所述外 延結(jié)構(gòu)層； 對所述外延結(jié)構(gòu)層和二氧化硅層同時進行干法刻蝕，在所述溝槽處露出所述接觸層， 并在所述微米級孔洞的底部形成亞微米級孔洞； 去除所述二氧化硅層。
10. 如權(quán)利要求9所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述外延結(jié)構(gòu)層 的厚度是5 μ m-8 μ m，所述非故意摻雜層的厚度為1 μ m-3 μ m，在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面沉 積的二氧化硅層厚度為1000nm-2000nm。
11. 如權(quán)利要求8所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在所述非故意摻 雜層的表面形成微米級孔洞后，通過以下步驟形成亞微米級孔洞： 在所述非故意摻雜層表面沉積二氧化硅層； 通過光刻和刻蝕工藝去除LED器件間溝槽處的二氧化硅層，在所述溝槽處露出所述非 故意摻雜層； 對所述二氧化硅層以及在所述溝槽處露出的所述非故意摻雜層同時進行干法刻蝕，在 所述溝槽處露出所述接觸層，同時在非所述溝槽處去除所述二氧化硅層和所述非故意摻雜 層后，在所述外延結(jié)構(gòu)層的表面形成所述微米級孔洞并在所述微米級孔洞的底部形成亞微 米級孔洞。
12. 如權(quán)利要求11所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，所述外延結(jié)構(gòu)層 的厚度是5 μ m-8 μ m，所述非故意摻雜層的厚度為1 μ m-3 μ m，在所述非故意摻雜層表面沉 積二氧化娃層的厚度為500nm-1000nm。
13. 如權(quán)利要求6所述的LED垂直芯片結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于，在形成N電極之 前，還包括對所述外延結(jié)構(gòu)層的表面進行表面粗化的過程。
【文檔編號】H01L33/20GK104218134SQ201410468337
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月15日
【發(fā)明者】童玲, 張瓊, 呂孟巖, 張宇, 李起鳴 申請人:映瑞光電科技(上海)有限公司