一种低热阻LED芯片及其制备方法、分离方法

技术领域

本发明涉及发光二极管领域，尤其涉及一种低热阻LED芯片及其制备方法、分离方法。

背景技术

随着LED技术的快速发展以及LED光效的逐步提高，LED的应用也越来越广泛，人们越来越关注LED在显示屏的发展前景。LED芯片，其功能就是把电能转化为光能，具体的，包括外延发光结构和分别设置在外延发光结构上的N型电极和P型电极。所述外延发光结构包括P型半导体层、N型半导体层以及位于所述N型半导体层和P型半导体层之间的有源层，当有电流通过LED芯片时，P型半导体中的空穴和N型半导体中的电子会向有源层移动，并在所述有源层复合，使得LED芯片发光。

由于外延发光结构为在生长衬底上生长的半导体多层结构。该生长衬底通常为GaAs、Si、Al2O3、SiC等衬底，半导体层通常为AlGaInP、AlInGaN 等。在电流密度较小的情况下，外延发光结构在工作过程中释放的热量较少，一般采用不去除生长衬底的正装结构或者倒装结构芯片。随着电流密度的增加，单位面积产生的热量增大，生长衬底的热导率和厚度会直接影响芯片的散热。因此，对于大电流密度的芯片，通常需生产衬底尽量减薄，甚至通过换衬底的方式将生长衬底上的外延发光结构转移至高热导率衬底上的方式，以实现整个芯片热阻的降低。

但是，对于高热导率衬底的应用时，除了热导率要较高外，通常衬底还需具备匹配芯片制程的性质，比如化学性质稳定、具备一定的支撑刚性、易于加工、不易变形/破裂等。然而，在现实中，同时具备以上性质的材料稀少，例如常用的硅衬底化学性质稳定、也具备一定刚性，但是在加工过程中容易破裂，尤其减薄后更甚；金属衬底通常不容易破裂，但是刚性不足，较薄的衬底容易翘曲变形，影响制程进行。

有鉴于此，为克服现有技术LED芯片的上述缺陷，本发明人专门设计了一种低热阻LED芯片及其制备方法、分离方法，本案由此产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低热阻LED芯片及其制备方法、分离方法，以解决LED芯片的高热阻及其支撑衬底的翘曲和破片问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种低热阻LED芯片，包括：

复合衬底，所述复合衬底包括沿第一方向依次堆叠的第一衬底、第一键合层以及第二衬底；

通过切割道相互隔离的若干个子外延叠层单元，各所述子外延叠层通过第二键合层键合形成于所述第二衬底背离所述第一键合层的一侧表面；且所述切割道裸露所述第一衬底；各所述子外延叠层至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第二型半导体层、有源区以及第一型半导体层；所述第一方向垂直于所述复合衬底，并由所述复合衬底指向所述外延叠层；

第一接触电极，其设置于所述第一型半导体层背离所述有源区的一侧表面。

优选地，所述第二键合层和所述第二衬底具有导电性。

优选地，所述第二键合层的熔点高于所述第一键合层的熔点。

优选地，所述第一键合层具有导电性。

优选地，对所述第一衬底进行剥离时所需要的温度，其介于第一键合层的熔点和第二键合层的熔点之间。

优选地，所述第二键合层包括欧姆接触层、金属反射层中的至少一种。

优选地，所述第二键合层包括Au、In、Ni、Sn、Ag、Cu中的一种或者至少两种所形成的合金。

本发明还提供了一种低热阻LED芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S01、提供一生长衬底；

S02、生长外延叠层，所述外延叠层包括所述生长衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源层和第二型半导体层；

S03、提供复合衬底，所述复合衬底包括沿生长方向依次堆叠的第一衬底、第一键合层以及第二衬底，其中，所述第一键合层及所述第二衬底具有导电性；

S04、在所述外延叠层的表面制作第二键合层，其中，所述第二键合层具有导电性；

S05、将所述复合衬底通过所述第二键合层键合形成至所述外延叠层的表面；

S06、剥离所述生长衬底；

S07、通过刻蚀所述外延叠层，形成通过沟槽相互隔离的若干个子外延叠层单元；

S08、在各所述子外延叠层背离所述复合衬底的一侧表面沉积第一接触电极；

S09、沿各所述沟槽切割至所述第一衬底的表面，从而形成通过切割道相互隔离的若干个LED发光单元。

本发明还提供了一种分离方法，用于分离上述所制备的LED发光单元，所述分离方法包括：

剥离所述第一衬底，使各所述LED发光单元的底面保留所述第一键合层。

优选地，所述第一衬底通过加热或腐蚀或超声或激光或光照的方式实现剥离。

优选地，当所述第一衬底通过加热的方式实现剥离时，所述第一衬底的剥离温度，其介于第一键合层的熔点和第二键合层的熔点之间。

本发明还提供了另一种低热阻LED芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A01、提供一生长衬底；

A02、生长外延叠层，所述外延叠层包括所述生长衬底表面依次堆叠的第一型半导体层、有源层和第二型半导体层；

A03、提供复合衬底，所述复合衬底包括沿生长方向依次堆叠的第一衬底、第一键合层以及第二衬底，其中，所述第二衬底具有导电性；

A04、在所述外延叠层的表面制作第二键合层，其中，所述第二键合层具有导电性；

A05、将所述复合衬底通过所述第二键合层键合形成至所述外延叠层的表面；

A06、剥离所述生长衬底；

A07、通过刻蚀所述外延叠层，形成通过沟槽相互隔离的若干个子外延叠层单元；

A08、在各所述子外延叠层背离所述复合衬底的一侧表面沉积第一接触电极；

A09、沿各所述沟槽切割至所述第一衬底的表面，从而形成通过切割道相互隔离的若干个LED发光单元。

本发明还提供了另一种分离方法，用于分离上述所制备的LED发光单元，所述分离方法包括：

剥离所述第一衬底和第一键合层，使所述第二衬底作为各所述LED发光单元的另一接触电极板。

优选地，所述第一衬底和第一键合层通过加热或腐蚀或超声或激光或光照的方式实现剥离。

优选地，当所述第一衬底和第一键合层通过加热的方式实现剥离时，两者的剥离温度，均低于所述第二键合层的熔点。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的低热阻LED芯片及其制备方法，提供了一复合衬底，所述复合衬底包括沿第一方向依次堆叠的第一衬底、第一键合层以及第二衬底；从而使外延叠层通过第二键合层键合形成于所述第二衬底背离所述第一键合层的一侧表面，进一步地，所述第二键合层和所述第二衬底具有导电性。从而，通过第二衬底的高热导率解决了LED芯片的热阻；同时，通过复合衬底的临时支撑增强了LED晶片的强度，避免了制备过程中的翘曲和破片问题；同时，通过复合衬底的临时支撑可以免除研磨工艺，保证了LED芯片厚度的一致性，并节约了成本。尤其适用于大电流密度的LED芯片。

基于此，后续只要通过剥离所述第一衬底使各所述LED发光单元的底面保留所述第一键合层的分离方式，获得独立的LED发光单元；或，通过剥离所述第一衬底和第一键合层，使所述第二衬底作为各所述LED发光单元的另一接触电极板的分离方式，获得独立的LED发光单元。该分离方式灵活、简单、易于实现，且可减少对LED芯片的损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1、2所提供的低热阻LED芯片的结构示意图；

图2.1至图2.9为本发明实施例1所提供的低热阻LED芯片的制作方法步骤所对应的结构示意图；

图3为本发明实施例1所提供的分离方法所对应的结构示意图；

图4为本发明实施例2所提供的分离方法所对应的结构示意图；

图5为本发明实施例所提供的外延叠层的结构示意图；

图中符号说明：1、生长衬底，2、外延叠层，2.1、第一型半导体层，2.2、有源区，2.3、第二型半导体层，3、第二键合层，4、沟槽，5、第一接触电极，6、切割道，10、复合衬底，11、第一衬底，12、第一键合层，13、第二衬底。

具体实施方式

为使本发明的内容更加清晰，下面结合附图对本发明的内容作进一步说明。本发明不局限于该具体实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种低热阻LED芯片，包括：

复合衬底10，所述复合衬底10包括沿第一方向依次堆叠的第一衬底11、第一键合层12以及第二衬底13；

通过切割道6相互隔离的若干个子外延叠层2单元，各所述子外延叠层2通过第二键合层3键合形成于所述第二衬底13背离所述第一键合层12的一侧表面；且所述切割道6裸露所述第一衬底11；如图5所示，各所述子外延叠层2至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第二型半导体层2.3、有源区2.2以及第一型半导体层2.1；所述第一方向垂直于所述复合衬底10，并由所述复合衬底10指向所述外延叠层2；

第一接触电极5，其设置于所述第一型半导体层2.1背离所述有源区2.2 的一侧表面。

本发明实施例中，所述第二键合层3和所述第二衬底13具有导电性。

本发明实施例中，所述第二键合层3的熔点高于所述第一键合层12的熔点。

本发明实施例中，所述第一键合层12具有导电性。

本发明实施例中，对所述第一衬底11进行剥离时所需要的温度，其介于第一键合层12的熔点和第二键合层3的熔点之间。

本发明实施例中，所述第二键合层3包括欧姆接触层、金属反射层中的至少一种。

本发明实施例中，所述第二键合层3包括Au、In、Ni、Sn、Ag、Cu中的一种或者至少两种所形成的合金。

值得一提的是，复合衬底10的类型在本实施例的LED芯片不受限制，只要满足第一键合层12和第二衬底13具有导电性，例如，第二衬底13包括金属衬底；第一键合层12的材质可以为Au、In、Ni、Sn、Ag、Cu中的一种或者至少两种金属形成的合金；本实施例对此不作限制。

另外，外延叠层2的第二型半导体层2.3、有源区2.2以及第一型半导体层2.1的材料在本实施例的LED芯片也可以不受限制，例如，第一型半导体层2.1可以是但不限于N型氮化镓层，相应地，第二型半导体层2.3可以是但不限于P型氮化镓层。

本发明实施例还提供了一种低热阻LED芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

S01、如图2.1所示，提供一生长衬底1；

S02、如图2.2所示，生长外延叠层2，所述外延叠层2包括所述生长衬底1表面依次堆叠的第一型半导体层2.1、有源层和第二型半导体层2.3；

S03、如图2.3所示，提供复合衬底10，所述复合衬底10包括沿生长方向依次堆叠的第一衬底11、第一键合层12以及第二衬底13，其中，所述第一键合层12及所述第二衬底13具有导电性；

S04、如图2.4所示，在所述外延叠层2的表面制作第二键合层3，其中，所述第二键合层3具有导电性；

S05、如图2.5所示，将所述复合衬底10通过所述第二键合层3键合形成至所述外延叠层2的表面；

S06、如图2.6所示，剥离所述生长衬底1；

S07、如图2.7所示，通过刻蚀所述外延叠层2，形成通过沟槽4相互隔离的若干个子外延叠层2单元；

S08、如图2.8所示，在各所述子外延叠层2背离所述复合衬底10的一侧表面沉积第一接触电极5；

S09、如图2.9所示，沿各所述沟槽4切割至所述第一衬底11的表面，从而形成通过切割道6相互隔离的若干个LED发光单元。

本发明实施例还提供了一种分离方法，用于分离上述所制备的LED发光单元，如图3所示，所述分离方法包括：

剥离所述第一衬底11，使各所述LED发光单元的底面保留所述第一键合层12。

本发明实施例中，所述第一衬底11通过加热或腐蚀或超声或激光或光照的方式实现剥离。优选地，采用加热方式，届时所述第一衬底11的剥离温度，其介于第一键合层12的熔点和第二键合层3的熔点之间。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的低热阻LED芯片及其制备方法，提供了一复合衬底10，所述复合衬底10包括沿第一方向依次堆叠的第一衬底11、第一键合层12以及第二衬底13；从而使外延叠层2通过第二键合层3键合形成于所述第二衬底13背离所述第一键合层12的一侧表面，进一步地，所述第二键合层3和所述第二衬底13具有导电性。从而，通过第二衬底13的高热导率解决了LED芯片的热阻；同时，通过复合衬底10的临时支撑增强了LED晶片的强度，避免了制备过程中的翘曲和破片问题；同时，通过复合衬底10的临时支撑可以免除研磨工艺，保证了LED芯片厚度的一致性，并节约了成本。尤其适用于大电流密度的LED芯片。

基于此，后续只要通过剥离所述第一衬底11使各所述LED发光单元的底面保留所述第一键合层12的分离方式，获得独立的LED发光单元。该分离方式灵活、简单、易于实现，且可减少对LED芯片的损伤。

实施例2

如图1所示，本发明实施例提供了另一种低热阻LED芯片，包括：

复合衬底10，所述复合衬底10包括沿第一方向依次堆叠的第一衬底11、第一键合层12以及第二衬底13；

通过切割道6相互隔离的若干个子外延叠层2单元，各所述子外延叠层 2通过第二键合层3键合形成于所述第二衬底13背离所述第一键合层12的一侧表面；且所述切割道6裸露所述第一衬底11；如图5所示，各所述子外延叠层2至少包括沿所述第一方向依次堆叠的第二型半导体层2.3、有源区 2.2以及第一型半导体层2.1；所述第一方向垂直于所述复合衬底10，并由所述复合衬底10指向所述外延叠层2；

第一接触电极5，其设置于所述第一型半导体层2.1背离所述有源区2.2 的一侧表面。

本发明实施例中，所述第二键合层3和所述第二衬底13具有导电性。

本发明实施例中，所述第二键合层3的熔点高于所述第一键合层12的熔点。

本发明实施例中，对所述第一衬底11进行剥离时所需要的温度，其介于第一键合层12的熔点和第二键合层3的熔点之间。

本发明实施例中，所述第二键合层3包括欧姆接触层、金属反射层中的至少一种。

本发明实施例中，所述第二键合层3包括Au、In、Ni、Sn、Ag、Cu中的一种或者至少两种所形成的合金。

值得一提的是，复合衬底10的类型在本实施例的LED芯片不受限制，只要满足第一键合层12和第二衬底13具有导电性，例如，第二衬底13包括金属衬底；第一键合层12的材质可以为金属亦可以是非金属，本实施例对此不作限制。

另外，外延叠层2的第二型半导体层2.3、有源区2.2以及第一型半导体层2.1的材料在本实施例的LED芯片也可以不受限制，例如，第一型半导体层2.1可以是但不限于N型氮化镓层，相应地，第二型半导体层2.3可以是但不限于P型氮化镓层。

本发明实施例还提供了一种低热阻LED芯片的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

A01、如图2.1所示，提供一生长衬底1；

A02、如图2.2所示，生长外延叠层2，所述外延叠层2包括所述生长衬底1表面依次堆叠的第一型半导体层2.1、有源层和第二型半导体层2.3；

A03、如图2.3所示，提供复合衬底10，所述复合衬底10包括沿生长方向依次堆叠的第一衬底11、第一键合层12以及第二衬底13，其中，所述第二衬底13具有导电性；

A04、如图2.4所示，在所述外延叠层2的表面制作第二键合层3，其中，所述第二键合层3具有导电性；

A05、如图2.5所示，将所述复合衬底10通过所述第二键合层3键合形成至所述外延叠层2的表面；

A06、如图2.6所示，剥离所述生长衬底1；

A07、如图2.7所示，通过刻蚀所述外延叠层2，形成通过沟槽4相互隔离的若干个子外延叠层2单元；

A08、如图2.8所示，在各所述子外延叠层2背离所述复合衬底10的一侧表面沉积第一接触电极5；

A09、如图2.9所示，沿各所述沟槽4切割至所述第一衬底11的表面，从而形成通过切割道6相互隔离的若干个LED发光单元。

本发明实施例还提供了另一种分离方法，用于分离上述所制备的LED发光单元，如图4所述，所述分离方法包括：

剥离所述第一衬底11和第一键合层12，使所述第二衬底13作为各所述 LED发光单元的另一接触电极板。

本发明实施例中，所述第一衬底11和第一键合层12通过加热或腐蚀或超声或激光或光照的方式实现剥离。

本发明实施例中，当所述第一衬底11和第一键合层12通过加热的方式实现剥离时，两者的剥离温度，均低于所述第二键合层3的熔点。

经由上述的技术方案可知，本发明提供的低热阻LED芯片及其制备方法，提供了一复合衬底10，所述复合衬底10包括沿第一方向依次堆叠的第一衬底11、第一键合层12以及第二衬底13；从而使外延叠层2通过第二键合层3键合形成于所述第二衬底13背离所述第一键合层12的一侧表面，进一步地，所述第二键合层3和所述第二衬底13具有导电性。从而，通过第二衬底13的高热导率解决了LED芯片的热阻；同时，通过复合衬底10的临时支撑增强了LED晶片的强度，避免了制备过程中的翘曲和破片问题；同时，通过复合衬底10的临时支撑可以免除研磨工艺，保证了LED芯片厚度的一致性，并节约了成本。尤其适用于大电流密度的LED芯片。

基于此，后续只要通过剥离所述第一衬底11和第一键合层12，使所述第二衬底13作为各所述LED发光单元的另一接触电极板的分离方式，获得的独立的LED发光单元。该分离方式灵活、简单、易于实现，且可减少对 LED芯片的损伤。

实施例3

本实施例与实施例1所存在的区别仅仅在于其制备方法，具体地，在本实施例的制备方法中，在完成步骤S02的外延叠层2生长后，先直接在其表面通过第二键合层3与第二衬底13键合，再通过第一键合层12与第一衬底 11键合，而后依次执行实施例1所述的步骤S06、S07、S08、S09。

实施例4

本实施例与实施例2所存在的区别仅仅在于其制备方法，具体地，在本实施例的制备方法中，在完成步骤A02的外延叠层2生长后，先直接在其表面通过第二键合层3与第二衬底13键合，再通过第一键合层12与第一衬底 11形成键合，而后依次执行实施例2所述的步骤A06、A07、A08、A09。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括上述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。