一种新型垂直结构芯片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明属于半导体制造技术领域，尤其涉及一种新型垂直结构芯片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]随着全球极端气候的频繁发生，照明领域也正进入一次大的变革。LED(LightEmitting D1de，发光二极管)作为第三代的固态照明技术，正被大家高度关注;但是随着技术的发展，成熟的现有工艺正面临着巨大的挑战。由LED芯片在照明领域中的广泛应用，对LED芯片的发光效率和发光形貌要求与日倶增。
[0003]垂直结构芯片作为一种主流的芯片结构，在照明领域的得到广泛的应用。然而，首先，尽管其电流分布和发光均匀性相对其他传统的水平和倒装结构有很大提高，但并不是完美的。主要原因是在设计N电极时，我们期望通过降低导电电阻和接触电阻来增强电流分布的均匀性和降低电压，以提高发光效率。这其中除了设计合理的N电极图形外，加宽和加厚Finger线的设计成为必然选择。然而在芯片表面制作宽的Finger线却会遮挡出光，牺牲掉有效的发光面积，降低出光效率。厚的Finger线设计可以降低导电电阻，增强电流分布均匀，却增大了芯片制作成本。另外，尽管垂直薄膜结构芯片的发光形貌，相对于传统水平结构和倒装结构芯片有很大提高，但由于半导体发光材料本身存在一定的厚度，因此，传统垂直芯片并非真正意义的单面出光。目前的荧光粉涂覆技术不可能保证涂覆后，侧面出光质量与正面出光质量一致，导致不可避免地在芯片四周有黄斑或者蓝光溢出。
【发明内容】
[0004]针对以上问题，本发明旨在提供一种新型垂直结构芯片及其制备方法，其在LED芯片的侧面和沟槽区域制备N电极，该区域的N电极能够增强电流扩展，使电流能够更加均匀地从芯片四周注入，提高了发光效率。另外，芯片侧面的N电极可以起到反光的作用，在增强电流扩展的同时，将侧面出的光转化为正面出光，使芯片成为真正意义的单面出光芯片。
[0005]本发明提供的技术方案如下:
[0006]—种新型垂直结构芯片，由中心区域、位于所述中心区域四周的边缘区域以及位于所述边缘区域四周的沟槽区域构成，其中，
[0007]所述中心区域从下到上依次包括:目标衬底、第一P面金属层、P型GaN层、活性层、N型GaN层以及N电极;所述边缘区域从下到上依次包括:目标衬底、第二P面金属层、绝缘层、N型GaN层以及N电极;所述沟槽区域从下到上依次包括:目标衬底、第二P面金属层；
[0008]所述绝缘层位于所述边缘区域中的N型GaN层和第二P面金属层之间、以及位于所述中心区域中的P型GaN层和活性层的侧壁；
[0009]所述N电极位于所述N型GaN层的表面、以及位于所述N型GaN层的侧壁。
[0010]在本技术方案中，这里我们将垂直结构芯片分成三个区域，位于芯片中间的中心区域、位于芯片四周的边缘区域以及位于边缘区域四周的沟槽区域，以上我们分别对三个区域的结构做出了描述，要说明的是，由芯片不同区域的结构不同，我们才做此划分，三个区域中除了结构不同的地方，其他区域都是相同的，如，目标衬底，三个区域中的目标衬底加起来即为整个芯片的目标衬底等。
[0011]进一步优选地，所述沟槽区域中还包括位于所述第二P面金属层表面的绝缘层、以及位于所述绝缘层表面的N电极。
[0012]在本技术方案中，所述沟槽区域N电极的大小为保证不影响切割前提下，尽可能地多地覆盖沟槽区域内的绝缘层。即沟槽区域中的N电极可以不完全覆盖沟槽区域，为了切割等目的的需要，在沟槽中央位置可以不覆盖，具体尺寸根据实际工艺需要选择。
[0013]我们在将N电极制作在芯片侧面以及沟槽区域，增大了N电极的截面积，降低了导电电阻，增强电流扩展，使得电流分布更加均匀地从芯片四周注入，提高了发光效率;另外，射向侧面的光会经侧壁的N电极反射回来，将侧面出光转换为正面出光，使得垂直芯片的出光形式成为真正的单面出光，可以避免封装后器件边缘出现的黄斑和蓝光溢出问题。
[0014]另外，新型垂直结构芯片还包括一绝缘层，位于边缘区域N型GaN层与P面金属层之间、P型GaN层和活性层的侧壁以及沟槽区域。该绝缘层的主要作用是减少芯片侧壁漏电的风险，另外通过合理的设计可以起到增加正面出光的作用。可以看出，这里提供的新型垂直结构芯片中P-GaN和活性层不裸露于芯片侧壁，而位于芯片内部，避免了在侧壁制作N电极时带来的漏电问题。
[0015]进一步优选地，位于所述N型GaN层表面、N型GaN层的侧壁以及绝缘层表面的N电极相互连接。
[0016]进一步优选地，位于N型GaN层侧壁及位于绝缘层表面的N电极的材料为金属材料、有机材料和无机材料中的一种或多种。
[0017]在本技术方案中，P^^GaN层侧壁及位于绝缘层表面的N电极的材料可以与N型GaN层表面的N电极材料相同，也可以选择由单种或多种材料组合成的高反射率和高电导率材料。无论N型GaN层侧壁及位于绝缘层表面的N电极的材料如何选择，最终的目的都是增加N型GaN层侧壁N电极的反射率，以及增加垂直结构芯片中N型GaN层侧壁和沟槽区域中的N电极的电导率。
[0018]进一步优选地，所述金属材料为:T1、Al、Pt、Au、Cr中的一种或多种；
[0019]所述无机材料为:Si0xNy、Tix0y、高阻GaN以及Al2O3中的一种或多种。
[0020]进一步优选地，所述第一P面金属层中包括粘结层、覆盖层、金属反射层；
[0021 ]所述第二P面金属层中包括粘结层和覆盖层，和/或所述第二P面金属层中还包括金属反射层。
[0022]进一步优选地，绝缘层位于所述边缘区域中的N型GaN层和第二P面金属层之间、位于所述中心区域中的P型GaN层和活性层的侧壁、以及位于所述P型GaN层表面靠近所述边缘区域的边缘处。
[0023]进一步优选地，所述覆盖层和粘结层的材料为T1、Cu、W、Cr、Pt、N1、In、Sn、Au中的一种或多种;和/或，
[0024]所述金属反射层的材料为N1、Ag、Al、Cr、Pt中的一种或多种。
[0025]进一步优选地，所述绝缘层的材料为Si0xNy、Tix0y、高阻GaN以及Al2O3中的一种或多种；
[0026]和/或，所述目标衬底为Cu(铜)、C(碳)、Si (硅)、SiC(碳化硅)、Ge(锗)、Cu_W合金(铜-金合金)、Mo(钼)以及Cr(铬)中的一种或多种形成的导电金属衬底。
[0027]本发明还提供了一种新型垂直结构芯片的制备方法，该制备方法应用于上述新型垂直结构芯片，包括以下步骤:
[0028]SI在外延衬底上依次生长缓冲层、N型GaN层、活性层以及P型GaN层；
[0029]S2腐蚀所述芯片边缘区域的P型GaN层直至暴露所述N型GaN层，且在裸露出来的N型GaN层的表面以及腐蚀之后的活性层和P型GaN层的侧壁生长绝缘层；
[0030]S3在腐蚀剩下的P型GaN层表面或在腐蚀剩下的P型GaN层表面和绝缘层表面生长金属反射层，之后再在金属反射层和绝缘层表面依次生长覆盖层和粘结层；
[0031]S4将步骤S3中形成的结构通过所述粘结层与一目标衬底粘结，之后去除所述外延衬底和缓冲层，暴露所述N型GaN层；
[0032]S5腐蚀所述N型GaN层直至所述绝缘层，形成N面沟槽；
[0033]S6在步骤S5中腐蚀剩下的N型GaN层的表面及其侧壁制作N电极，完成所述垂直结构芯片的制备。
[0034]进一步优选地，在步骤S6中，在步骤S5中腐蚀剩下的N型GaN层的表面及其侧壁制作N电极，以及在所述N面沟槽中绝缘层的表面制作N电极。
[0035]在本技术方案中，制作在N型GaN层侧壁的N电极和沟槽区域中的N电极的材料可以与N型GaN层表面的N电极相同，也可以单独选用由单种或多种材料组合成的高反射率和高电导率材料。无论材料如何选择，最终的目的都是增加N型GaN层侧壁N电极的反射率，以及增加N型GaN层侧壁N电极和沟槽区域N电极的电导率。要注意的是，沟槽区域的N电极可以根据实际情况调整尺寸。
[0036]进一步优选地，在步骤SI中，所述外延衬底为Si或Al2O3或SiC或G