[01115000]能够释放应力的垂直结构LED薄膜芯片的制备方法

1、课题来源与背景 ①课题来源：自选 ②背景：LED（发光二极管）作为新一代绿色固体光源,是理想的节能环保产品,适用于状态指示、交通信号灯、大屏幕显示、照明等多种场所,随着其发光效率和可靠性能的提高,照明用GaN基LED正在逐渐走入千家万户。从LED的结构上来讲,GaN基LED可分为正装结构、倒装结构和垂直结构。传统的正装结构LED在芯片出光、散热等方面存在较大问题,且存在电流拥挤现象,此限制了其发光效率和可靠性能的进一步提高,难以满足照明市场的需求;倒装结构LED虽然在芯片散热方面有较大改善,由于仍是同侧电极,因而还是存在电流拥挤现象;而垂直结构LED可同时解决以上问题,具有出光效率高、在空间上光斑分布均匀、可靠性较高等优点。 然而,采用目前制作垂直结构LED的转移技术所获得的发光器件,其可靠性仍然不够理想,其主要原因是：没有充分释放外延生长和芯片工艺过程中给芯片引入的应力。由于同质衬底很难获得,目前GaN基LED薄膜的外延生长通常在异质衬底上进行,从而在LED薄膜中引入了较大的应力。如果LED芯片的应力过大,则会严重影响芯片的性能、良率和可靠性。因此,有效释放LED 薄膜中的残余应力是垂直结构LED 技术路线中必须突破的难题之一。一些专利采用多次转移的办法释放应力,这种多次转移的办法确实能充分释放应力,但是带来了一些新的问题,如：芯片挪位问题（导致后续器件光刻等难于完全对准）和单颗芯片鼓包（导致芯片后续工艺破裂）等问题, 这都会影响芯片的良率及可靠性。 2、技术简介与应用情况 本发明的目的在于提供一种可简单、充分有效地释放LED薄膜中残余应力的垂直结构LED薄膜芯片的结构和制备方法,该方法不仅不会影响芯片的可靠性和良率,还简化了芯片的制造过程,降低了生产成本,提高了LED芯片的稳定性和寿命。 本发明公开了一种能够释放应力的垂直结构LED薄膜芯片的制作方法及结构,在科学选择设计阻挡层,特别是第一键合层、中间层和第二键合层材料及结构的基础之上,设计LED薄膜和基板之间的金属或合金在去除衬底后通过低温 退火处理熔化或部分熔化,从而使得LED薄膜在此熔化过程中可以自由伸展、自平坦化,达到了有效释放LED薄膜中的残余应力的效果,且又不会因退火熔化的温度过高而破坏LED芯片的光电性能。其结构包括：衬底,在衬底上设置有包括缓冲层、n型层、发光层和P型层在内的LED薄膜,在LED薄膜上依次沉积有反射接触层、阻挡层,特征是在阻挡层下方形成有混合层,在混合层下方有基板正面保护层、基板、基板反面保护层和接触层。 本发明技术已应用于高光效黄光LED材料与芯片制造项目,该项目解决了国际上长期未能突破的高光效黄光LED的关键问题,大幅提升了黄光LED的光效,创造了国际最高值,具有里程碑意义,研究成果达到国际领先水平,具有重大推广应用价值。高光效黄光LED,解决了国际上无机LED缺高光效的问题,属基础性电子元器件的新突破,在LED领域具有里程碑意义,将有力促进LED行业的技术进步与产业发展。 高光效黄光LED的出现,使LED照明不再被荧光粉所束缚,可更加灵活地应用到各种场景中。特别是在通用照明领域,以高光效黄光LED为基础,利用多基色LED混合成白光,显色指数高,且色温、光谱可调节,光效也与传统的荧光粉白光型LED接近,已在高端照明领域进行推广应用;随着技术进步和成本降低,黄光LED光效提升到更高的程度,多基色LED将会大幅超越荧光粉白光型LED,全面替代后者,对LED照明市场产生革命性变革。 3、历年获奖情况 ①黄光LED发光效率是国际公开报道的最高水平的2倍以上,获得了2016-2017年度国际半导体照明联盟颁发的“全球半导体照明年度新闻奖”。 ②“金黄光LED照明光源”获得中国照明学会颁发的中照照明科技创新奖一等奖。 ③“105国道吉安新干大洋洲段沿线道路照明改造工程”项目获得国际半导体照明联盟（ISA）评选的“全球半导体照明示范工程100佳”。