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申请/专利权人：佛山市国星半导体技术有限公司

摘要：本发明公开了一种垂直结构LED晶圆，包括蓝宝石衬底；设置在蓝宝石衬底上的发光结构，所述发光结构还包括沟道槽，所述沟道槽刻蚀至第一半导体层，其宽度为10‑100μm；设置在沟道槽侧壁上的绝缘层；设置在沟道槽内的第一金属层，所述第一金属层与第一半导体层连接；设置在第一金属层上的第二金属层；设置在第二金属层和电流扩展层上的第三金属层；设置在硅衬底上的焊料层，其中，所述焊料层与第三金属层共晶形成一整体，以将硅衬底连接在发光结构上。相应地，本发明还提供了一种剥离方法。本发明的垂直结构LED晶圆，通过沟道槽、第一金属层、第二金属层的相互配合，以提高剥离衬底的良率，降低生产成本。

主权项：1.一种垂直结构LED晶圆，其特征在于，包括：蓝宝石衬底；设置在蓝宝石衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置在蓝宝石衬底上的缓冲层、第一半导体层、有源层、第二半导体层和电流扩展层，所述发光结构还包括沟道槽，所述沟道槽刻蚀至第一半导体层，其宽度为10-100μm；设置在沟道槽侧壁上的绝缘层；设置在沟道槽内的第一金属层，所述第一金属层与第一半导体层连接；设置在第一金属层上的第二金属层；设置在第二金属层和电流扩展层上的第三金属层；设置在硅衬底上的焊料层，其中，所述焊料层与第三金属层共晶形成一整体，以将硅衬底连接在发光结构上；所述第一金属层由与GaN或SiO2具有粘附性的金属制成，用于承接激光剥离时产生的冲击力；所述第二金属层和第三金属层均由Cr、Pt、Au、Ni、Al、Sn、Ti、Cu和Ag中的一种或几种制成，其中，第二金属层用于填充沟道槽，第三金属层用于与第二金属层形成共晶，以将焊料层连接在发光结构上；所述绝缘层从沟道槽的侧壁延伸至电流扩展层的表面和第一半导体层的表面。

全文数据：一种垂直结构LED晶圆及剥离方法技术领域本发明涉及发光二极管技术领域，尤其涉及一种垂直结构LED晶圆及剥离方法。背景技术LEDLightEmittingDiode，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，垂直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。短紫外激光波长为248nm、193nm剥离技术早在90年代就已经出现，主要应用于垂直结构LED芯片剥离蓝宝石衬底上。其技术特点主要是利用材料带隙能量的不同，激光透过蓝宝石被较低带隙能量的膜层吸收并分解，从而达到蓝宝石与外延层脱离的效果。在这个过程中由于快速的分解产生气体，产生一个局部的爆炸冲击波，这个冲击波会对已生长的膜层产生冲击，造成破损。这种破损主要是剥离的冲击超过了最薄弱薄膜之间的粘附力。各个膜层之间粘附力不同，在最薄弱的界面产生裂纹或者直接分开无接触撕扯、起浮，从而降低LED芯片的良率，增加生产成本。发明内容本发明所要解决的技术问题在于，提供一种垂直结构LED晶圆，可用于激光剥离蓝宝石衬底，以提高剥离衬底的良率，降低生产成本。本发明还要解决的技术问题在于，提供一种剥离方法，以提高剥离蓝宝石衬底的良率，降低生产成本。为了解决上述技术问题，本发明提供了一种垂直结构LED晶圆，包括：蓝宝石衬底；设置在蓝宝石衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置在蓝宝石衬底上的缓冲层、第一半导体层、有源层、第二半导体层和电流扩展层，所述发光结构还包括沟道槽，所述沟道槽刻蚀至第一半导体层，其宽度为10-100μm；设置在沟道槽侧壁上的绝缘层；设置在沟道槽内的第一金属层，所述第一金属层与第一半导体层连接；设置在第一金属层上的第二金属层；设置在第二金属层和电流扩展层上的第三金属层；设置在硅衬底上的焊料层，其中，所述焊料层与第三金属层共晶形成一整体，以将硅衬底连接在发光结构上。作为上述方案的改进，所述缓冲层由AlN制成，用于吸收激光的能量。作为上述方案的改进，所述第一金属层由与GaN或SiO2具有粘附性的金属制成，用于承接激光剥离时产生的冲击力，其厚度为1-20000埃。作为上述方案的改进，所述第一金属层由Cr、Ni、Pt、Ti、Al、Cu、Ag和Au中的一种或几种制成。作为上述方案的改进，所述第二金属层和第三金属层均由Cr、Pt、Au、Ni、Al、Sn、Ti、Cu和Ag中的一种或几种制成，其中，第二金属层用于填充沟道槽，第三金属层用于与第二金属层形成共晶，以将焊料层连接在发光结构上。作为上述方案的改进，所述焊料层由Cr、Ti、Pt、Ni、Au、Sn和Ag中的一种或几种制成，用于将硅衬底连接在发光结构上。作为上述方案的改进，所述绝缘层从沟道槽的侧壁延伸至电流扩展层的表面和第一半导体层的表面。相应地，本发明还提供了一种剥离方法，采用单光斑交叉单列剥离法对上述任一项所述的垂直结构LED晶圆进行蓝宝石衬底剥离。作为上述方案的改进，所述单光斑交叉单列剥离法包括以下步骤：依次将波长为193nm或248nm的激光照射在蓝宝石衬底上，所述激光包括单光斑和光斑重叠区，所述光斑重叠区为两列单光斑的重叠区域，其中，所述光斑重叠区照射在沟道槽上。作为上述方案的改进，所述单光斑的面积为垂直结构LED单颗芯粒面积的115-125％。实施本发明，具有如下有益效果：1、本发明提供的一种垂直结构LED晶圆，包括蓝宝石衬底；设置在蓝宝石衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置在蓝宝石衬底上的缓冲层、第一半导体层、有源层、第二半导体层和电流扩展层，所述发光结构还包括沟道槽，所述沟道槽刻蚀至第一半导体层，其宽度为10-100μm；设置在沟道槽侧壁上的绝缘层；设置在沟道槽内的第一金属层，所述第一金属层与第一半导体层连接；设置在第一金属层上的第二金属层；设置在第二金属层和电流扩展层上的第三金属层；设置在硅衬底上的焊料层，其中，所述焊料层与第三金属层共晶形成一整体，以将硅衬底连接在发光结构上。本发明通过设置绝缘层来保护芯片侧壁，解决了芯粒侧壁漏电的问题，同时绝缘层作为一种物理保护层，可以很好的保护芯粒来自外部的物理磕碰、磨损等，另外绝缘层可保留第二金属层，使第二金属层作为一种反射镜面，增加了芯片的出光效率。进一步地，本发明通过设置沟道槽内的第一金属层，在激光剥离蓝宝石衬底时，从单颗芯粒上进行激光剥离的保护，有效的防止激光剥离时生产的冲击造成的撕扯与裂缝的延伸，从而更好的保护芯粒，提高剥离衬底的良率，降低生产成本。2、本发明提供的一种剥离方法，分别采用波长为193nm或248nm的激光来对蓝宝石衬底进行照射，其中，193nm的激光用于将蓝宝石衬底与缓冲层分离，248nm的激光用于将缓冲层与第一半导体层分离，从而达到蓝宝石脱离的效果。此外，本发明的激光包括单光斑和光斑重叠区，所述光斑重叠区为两列单光斑的重叠区域，其中，所述光斑重叠区照射在沟道槽上。由于本发明沟道槽内的第一半导体层由于与粘附性强的第一金属层形成连接，具有良好的结合力，因此可以有效防止撕扯与裂缝的延伸，从而保持芯粒的完整性，提高剥离衬底的良率，降低生产成本。附图说明图1是本发明垂直结构LED晶圆的结构示意图；图2是本发明激光剥离垂直结构LED晶圆的示意图；图3是本发明垂直结构LED晶圆剥离蓝宝石衬底后的俯视图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。参见图1，本发明提供的一种垂直结构LED晶圆，包括蓝宝石衬底10、发光结构、绝缘层30、第一金属层40、第二金属层50、第三金属层60、焊料层70和硅衬底80。所述发光结构设置在蓝宝石衬底10的表面上。具体的，所述发光结构包括依次设置在蓝宝石衬底10上的缓冲层11、第一半导体层21、有源层22、第二半导体层23和电流扩展层24。所述缓冲层11由AlN制成，用于吸收激光的能量。本申请实施例提供的第一半导体层21和第二半导体层23均为氮化镓基半导体层，有源层22为氮化镓基有源层；此外，本申请实施例提供的第一半导体层21、第二半导体层23和有源层22的材质还可以为其他材质，对此本申请不做具体限制。其中，第一半导体层21可以为N型半导体层，则第二半导体层23为P型半导体层。所述电流扩展层24为ITO层，其厚度为1-1500埃。优选的，所述电流扩展层24的厚度为100-1000埃。本发明的发光结构还包括沟道槽25，所述沟道槽25从电流扩展层24刻蚀至第一半导体层21，其宽度为10-100μm。优选的，所述沟道槽25的宽度为20-80μm。更优的，所述沟道槽25的宽度为40-60μm。具体的，采用光刻工艺或电感耦合等离子ICP工艺对发光结构进行刻蚀，刻蚀至第一半导体层21，以形成所述沟道槽25。需要说明的是，所述沟道槽25的侧壁具有一定的倾斜角度。优选的，所述倾斜角度为90-136度。更优的，所述倾斜角度为100-120度。所述绝缘层30覆盖在沟道槽25的侧壁上，用于保护发光结构的侧壁，防止漏电。优选的，所述绝缘层30从沟道槽25的侧壁延伸至电流扩展层24的表面和第一半导体层21的表面。其中，所述绝缘层30覆盖在电流扩充层24上的宽度大于1μm，所述绝缘层30覆盖在第一半导体层21上的宽度大于1μm。本发明的绝缘层30由绝缘材料制成，其厚度为1-20000埃。优选的，所述绝缘层30的厚度为100-10000埃。更优的，所述绝缘层30的厚度为500-1000埃。具体的，采用化学气相沉积CVD法在发光结构上沉积一层钝化层，然后通过光刻或干法刻蚀ICP或者湿法腐蚀工艺对所述钝化层进行刻蚀，以形成所述绝缘层30。所述第一金属层40设置在沟道槽30内，且所述第一金属层40与第一半导体层21连接。具体的，采用电子束蒸发E-beam、磁控溅射sputter或者电镀工艺在沟道槽25内沉积金属，形成第一金属层40。需要说明的是，所述第一金属层40由具有粘附性的金属制成，由与GaN或SiO2具有粘附性的金属制成，用于承接激光剥离时产生的冲击力，其厚度为1-20000埃。优选的，所述第一金属层40由Cr、Ni、Pt、Ti、Al、Cu、Ag和Au中的一种或几种制成。优选的，所述第一金属层40的厚度为100-10000埃。更优的，所述第一金属层40的厚度为1000-8000埃。所述第二金属层50设置在第一金属层40上。具体的，采用电子束蒸发E-beam、磁控溅射Sputter或者电镀工艺在沟道内的第一金属层40上沉积金属，以形成第二金属层50。需要说明的是，所述第二金属层50由Cr、Pt、Au、Ni、Al、Sn、Ti、Cu和Ag中的一种或几种制成，其中，第二金属层50用于填充沟道槽25和承接后续的焊料层70。为了便于后续共晶，以将硅衬底80连接在发光结构上，所述第二金属层50与电流扩展层24理论处于同一水平面上，实际高度差不大于0.1um。所述第三金属层60设置在第一金属层40和电流扩展层24上。具体的，采用电子束蒸发E-beam、磁控溅射Sputter或者电镀工艺在第一金属层40和电流扩展层24上沉积金属，以形成第三金属层60。所述第三金属层60由Cr、Ti、Pt、Ni、Au、Sn、Ag、Al和Cu中的一种或几种制成。所述第三金属层60用于与焊料层70进行键合、共晶形成一整体结构，从而将硅衬底80连接在发光结构上。进一步地，所述第三金属层60也覆盖在绝缘层30上。所述焊料层70设置在硅衬底80上。具体的，采用电子束蒸发E-beam、磁控溅射Sputter或者电镀工艺在硅衬底80上沉积一层金属，以形成焊料层70。本发明的焊料层70用于将硅衬底80连接在发光结构上，使得硅衬底80作为发光结构支撑结构，便于后续激光剥离蓝宝石衬底10，防止发光结构发生断裂。需要说明的是，所述焊料层70由Cr、Ti、Pt、Ni、Au、Sn和Ag中的一种或几种制成。在硅衬底80上形成焊料层70之前，包括以下步骤：对硅衬底80进行抛光，在硅衬底80的抛光面形成所述焊料层70，这样便于将硅衬底牢固地连接在发光结构上。具体的，采用键合、共晶的方法将焊料层70键合在第三金属层60上，使得焊料层70与第三金属层60形成整体结构，从而将硅衬底80连接在发光结构上，进而得到本发明的一种垂直结构LED晶圆。相应地，本发明还提供了一种剥离方法，采用单光斑交叉单列剥离法对上述任一项所述的垂直结构LED晶圆进行蓝宝石衬底剥离。具体的，参见图2和图3，所述单光斑交叉单列剥离法包括以下步骤：将波长为193nm或248nm的激光照射在蓝宝石衬底10上，所述激光包括单光斑91和光斑重叠区92，所述光斑重叠区92为两列单光斑91的重叠区域，其中，所述光斑重叠区92照射在沟道槽25上。当193nm激光照射在蓝宝石衬底10上时，由于蓝宝石衬底10为透明状态，因此设置在蓝宝石衬底10上的缓冲层11能将激光的能量进行吸收，从而将AlN进行分解导致蓝宝石脱落。此外，由于本发明的缓冲层11由AlN制成，其中，AlN的带隙能量比193nm的激光的带隙能量低，AlN吸收激光能量分解，相当于炸弹的产生，在激光剥离瞬间产生爆炸式冲击下，缓冲层11的边缘容易产生应力撕扯与裂缝。当248nm激光照射在蓝宝石衬底10上时，由于蓝宝石衬底10为透明状态，因此设置在蓝宝石衬底11上的半导体层21能将激光的能量进行吸收，从而将表层1-100nm厚的GaN分解导致蓝宝石脱落。此外，由于本发明的第一半导体层21由氮化镓材料制成，其中，氮化镓的带隙能量比248nm的激光的带隙能量低，GaN吸收激光能量分解，相当于炸弹的产生，在激光剥离瞬间产生爆炸式冲击下，第一半导体层21的边缘容易产生应力撕扯与裂。进一步地，本发明沟道槽25内的第一半导体层21由于与粘附性强的第一金属层40形成连接，具有良好的结合力，因此可以有效防止撕扯与裂缝的延伸，从而保持芯粒的完整性。在激光剥离蓝宝石衬底时，由于本发明的设置了沟道槽25，而沟道槽25内的第一半导体层21与第一金属层40具有良好的结合力，剥离产生的气体可以只能向已剥离的方向排出，从而保证了为剥离区域的晶粒完整性。优选的，所述光斑91的面积为垂直结构LED单颗芯粒面积的115-125％。当光斑的面积小于115％时，激光照射面积过小，光斑无法重叠，不能形成重叠区域；当光斑面积大于125％时，重叠区域面积过大，破坏发光结构，难以保持芯粒的完整性。更优的，所述光斑91的面积为垂直结构LED单颗芯粒面积的115-120％。本发明通过设置绝缘层来保护芯片侧壁，解决了芯粒侧壁漏电的问题，同时绝缘层作为一种物理保护层，可以很好的保护芯粒来自外部的物理磕碰、磨损等，另外绝缘层可保留第二金属层，使第二金属层作为一种反射镜面，增加了芯片的出光效率。进一步地，本发明通过设置沟道槽内的第一金属层，在激光剥离蓝宝石衬底时，从单颗芯粒上进行激光剥离的保护，有效的防止激光剥离时生产的冲击造成的撕扯与裂缝的延伸，从而更好的保护芯粒，提高剥离衬底的良率，降低生产成本。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。

权利要求：1.一种垂直结构LED晶圆，其特征在于，包括：蓝宝石衬底；设置在蓝宝石衬底上的发光结构，所述发光结构包括依次设置在蓝宝石衬底上的缓冲层、第一半导体层、有源层、第二半导体层和电流扩展层，所述发光结构还包括沟道槽，所述沟道槽刻蚀至第一半导体层，其宽度为10-100μm；设置在沟道槽侧壁上的绝缘层；设置在沟道槽内的第一金属层，所述第一金属层与第一半导体层连接；设置在第一金属层上的第二金属层；设置在第二金属层和电流扩展层上的第三金属层；设置在硅衬底上的焊料层，其中，所述焊料层与第三金属层共晶形成一整体，以将硅衬底连接在发光结构上。2.如权利要求1所述的垂直结构LED晶圆，其特征在于，所述缓冲层由AlN制成，用于吸收激光的能量。3.如权利要求2所述的垂直结构LED晶圆，其特征在于，所述第一金属层由与GaN或SiO2具有粘附性的金属制成，用于承接激光剥离时产生的冲击力，其厚度为1-20000埃。4.如权利要求3所述的垂直结构LED晶圆，其特征在于，所述第一金属层由Cr、Ni、Pt、Ti、Al、Cu、Ag和Au中的一种或几种制成。5.如权利要求3所述的垂直结构LED晶圆，其特征在于，所述第二金属层和第三金属层均由Cr、Pt、Au、Ni、Al、Sn、Ti、Cu和Ag中的一种或几种制成，其中，第二金属层用于填充沟道槽，第三金属层用于与第二金属层形成共晶，以将焊料层连接在发光结构上。6.如权利要求5所述的垂直结构LED晶圆，其特征在于，所述焊料层由Cr、Ti、Pt、Ni、Au、Sn和Ag中的一种或几种制成，用于将硅衬底连接在发光结构上。7.如权利要求1所述的垂直结构LED晶圆，其特征在于，所述绝缘层从沟道槽的侧壁延伸至电流扩展层的表面和第一半导体层的表面。8.一种剥离方法，其特征在于，采用单光斑交叉单列剥离法对权利要求1-7任一项所述的垂直结构LED晶圆进行蓝宝石衬底剥离。9.如权利要求8所述的剥离方法，其特征在于，所述单光斑交叉单列剥离法包括以下步骤：将波长为193nm或248nm的激光照射在蓝宝石衬底上，所述激光包括单光斑和光斑重叠区，所述光斑重叠区为两列单光斑的重叠区域，其中，所述光斑重叠区照射在沟道槽上。10.如权利要求9所述的剥离方法，其特征在于，所述单颗光斑的面积为垂直结构LED单颗芯粒面积的115-125％。

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