一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，包括：位于底层的导电衬底；位于导电衬底表面第二焊接层；位于第二焊接层表面的第一焊接层；位于第一焊接层表面的扩散阻挡层；位于扩散阻挡层表面的镍银反射层；位于扩散阻挡层表面的Al层；位于镍银反射层和Al层表面的氮化镓基发光外延层；位于发光外延层表面的n电极，Al金属层位于n电极下方的投影区，Al金属层作为电流阻挡层改变电流注入，提高发光效率。

A vertical structure GaN based LED with current barrier and its fabrication method

【技术实现步骤摘要】
一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管及其制作方法
本专利技术属于半导体领域，具体的，涉及一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管及其制作方法。
技术介绍
近年来，垂直结构LED因为其在大电流注入下良好的表现，在市场赢得了一席之地，垂直结构LED通过去除生长衬底，将氮化镓基的发光层转移至导热更好的二次衬底，提高了其大电流条件下的散热性能，此外，因为其电极为上下结构，故而不存在电流拥挤效应，相对传统正装结构LED而言，垂直结构LED在大电流下优势明显，所以，其在大功率领域，比如高亮度电筒，有着广泛应用。因为垂直结构LED的n电极在上部，n电极下方的注入电流所发的光大部分被电极所阻挡，无法出射，故设计者提出了电流阻挡层的设计思路。CN200810237845专利提出的采用局部区域的扩散阻挡层和Ag通过高温退火来劣化的方案，该方案在实现时，须保证Au会扩散至电流阻挡区的表面，Au的反射率低于Ag，造成电流阻挡区域反射率下降，降低出光效率。已公开的申请号为201811636723.5的方案与本专利技术类似，但是结构稍显复杂，其采用一层或多层透明的介电材料作为电流阻挡层，采用介电材料作为电流阻挡层时，因半导体常用的介电材料与金属材料之间的热膨胀系数差别较大，且其与金属的粘附性不佳，键合时，键合难度较大，容易发生键合失败，导致发光层脱落。
技术实现思路
本专利技术所提出的具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管及其制造方法，克服了上述提到的缺点，用Al金属作电流阻挡层，既实现了对发光层的电流分布调整，又实现很好的光反射，同时方法比较简单易实现。本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种垂直结构氮化镓基发光二极管，其结构包括：提供一导电衬底；在导电衬底的上表面覆盖有第二焊接层；在第二焊接层表面覆盖有第一焊接层；在第一焊接层表面覆盖有扩散阻挡层；在扩散阻挡层表面部分区域覆盖镍银金属层作为p型欧姆接触反射金属薄膜；在扩散阻挡层表面部分区域覆盖Al层作为电流阻挡层，用以改变电流注入；在Al层和电流阻挡层表面覆盖有氮化镓基发光外延层；在氮化镓基发光外延层上表面部分区域覆盖n电极。上述垂直发光二极管结构中，本专利技术的创新之处在于n金属电极正对下方氮化镓基外延下表面区域，存在Al金属薄膜作为电流阻挡层，而非绝缘介质。为了实现上述目的，本专利技术还提供了一种氮化镓基垂直结构发光二极管的制作方法，包括：1)、生长氮化镓基外延层，在蓝宝石衬底上依次生长n-GaN层、MQW层和p-GaN层；2)、在p-GaN层上沉积Ni/Ag层；3)、在Ni/Ag层上光刻；4)、对Ni/Ag层湿法腐蚀，并且保留光刻胶；5)、在带胶的晶圆表面沉积Al层；6)、湿法剥离掉光刻胶及表面Al层；7)、在Ni/Ag层和Al层表面形成扩散阻挡层；8)、在扩散阻挡层表面形成含有Au的第一焊接层；9)、提供一导电衬底，衬底表面形成含有Au的第二焊接层；10)、将第一焊接层和第二焊接层加压加热，使得外延层和导电衬底连接在一起；11)、去除蓝宝石衬底，暴露出n-GaN层；12)、对暴露出的n-GaN层进行粗化；13)、在粗化后的n-GaN层上的局部区域形成n电极。本专利技术的上述步骤中，Al层和Ni/Ag层图形的定义是采用类似于自对准的工艺，仅仅采用一步光刻便完成两种薄膜的图形定义，这样能保证这两种薄膜不交叠，又将成本降到更低。附图说明图1为本专利技术实施例的垂直结构氮化镓基发光二极管剖面图。图2-图10为实施例垂直结构氮化镓基发光二极管的制备过程剖面示意图。图中部件符号说明：101：蓝宝石衬底102：n-GaN层103：MQW发光层104：p-GaN层120：扩散阻挡层121：第一焊接层130：Ni/Ag层140：Al层150：n电极220：第二焊接层具体实施方式下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。本专利技术的主要目的是提供一种垂直氮化镓基发光二极管，具体结构如图1所示，本专利技术采用Al金属作为垂直结构氮化镓基发光二极管的电流阻挡层。用Al金属做电流阻挡层，主要是基于以下几个原因：1、在热处理温度低于320℃时，Al金属与p-GaN表面形成非欧姆接触，故Al金属可以实现对电流的阻挡；2、键合过程中需要加压加热，两者搭配时，Ag和Al热膨胀系数分别为19.5E-6/K和23.2E-6/K，大小接近，此外，Al与p-GaN粘附性好，所以容易实现高可靠性键合；3、Al在氮化镓基器件发光波段反射率较高。综上，本方案既实现了电流阻挡效果，又实现了最大的反射出光。Ni与高掺杂的p-GaN接触时，在不退火的情况下可形成较好的欧姆接触，所以Ni/Ag层可形成接触好、反射率高的反射电极。制作氮化镓基外延片，在101蓝宝石衬底上依次生长102n-GaN层、103MQW发光层和104p-GaN层；如图2。在104p-GaN层上蒸镀110Ni/Ag薄膜作为反射层，厚度为1nm/200nm，并用负性光刻胶进行光刻，露出待腐蚀的区域，湿法腐蚀掉未被光刻胶覆盖的Ni/Ag层；如图3。在上一步形成的外延片表面蒸镀Al金属，然后泡有机溶剂，剥离掉光刻胶及其表面的Al金属，在电流阻挡区域形成电流阻挡层140Al层，厚度为201nm；如图4。在上一步形成外延片表面依次蒸镀扩散阻挡层120Ti/Au和第一焊接层121Ti/Au，120厚度为100nm/100nm，121厚度为250nm/500nm；如图5。在210钨铜衬底上蒸镀第二焊接层220Ti/Au/AuSn，其厚度为100nm/200nm/2500nm，其中AuSn的Au:Sn比例为80:20；如图6。将210钨铜衬底表面的第二金属连接层220和外延片表面的121贴合，在加热至295℃条件下，加压3000N，键合为一体；如图7。利用248nm波长的激光照射外延片的蓝宝石面，激光穿透蓝宝石衬底，造成蓝宝石和氮化镓界面的氮化镓分解为Ga金属和N2，去除蓝宝石衬底101；如图8。将剥离后露出n型氮化镓的晶圆片浸泡在加热至75℃的20％KOH溶液中，使得n型氮化镓表面粗糙；如图9。通过光刻和蒸镀工艺，在102n-GaN层上与140正对区域形成n电极150Al/Ti/Au，厚度分别是250nm/150nm/2000nm；如图10。以上显示和描述了本专利技术的基本原理和主要特征和本专利技术的优点。本行业的技术人员应该了解，本专利技术不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本专利技术的原理，在不脱离本专利技术精神和范围的前提下，本专利技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本专利技术范围内。本专利技术要求保护范围由所附的权本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，结构包括：/n提供一导电衬底；/n在导电衬底的上表面覆盖有第二焊接层；/n在第二焊接层表面覆盖有第一焊接层；/n在第一焊接层表面覆盖有扩散阻挡层；/n在扩散阻挡层表面部分区域覆盖镍银金属层作为p型欧姆接触反射金属薄膜；/n在扩散阻挡层表面部分区域覆盖铝层作为电流阻挡层，用以改变电流注入；/n在铝层和电流阻挡层表面覆盖有氮化镓基外延层；/n在氮化镓基外延层上表面部分区域覆盖n电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，结构包括：
提供一导电衬底；
在导电衬底的上表面覆盖有第二焊接层；
在第二焊接层表面覆盖有第一焊接层；
在第一焊接层表面覆盖有扩散阻挡层；
在扩散阻挡层表面部分区域覆盖镍银金属层作为p型欧姆接触反射金属薄膜；
在扩散阻挡层表面部分区域覆盖铝层作为电流阻挡层，用以改变电流注入；
在铝层和电流阻挡层表面覆盖有氮化镓基外延层；
在氮化镓基外延层上表面部分区域覆盖n电极。


2.根据权利要求1所述的一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，其特征在于：所述氮化镓基外延层由上到下依次包括n-GaN层、MQW发光层及p-GaN层。


3.根据权利要求1所述的一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，其特征在于：所述的铝层位于所述的n金属电极正下方投影区，且与所述的镍银层不交叠，铝层面积大小与n金属电极面积相同或接近。


4.根据权利要求1所述的一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，其特征在于：所述的镍银层由镍层和银层组成，镍层覆盖于所述的氮化镓基外延层下表面，银层覆盖于镍层下表面，镍层厚度为0.2-20nm。


5.根据权利要求1所述的一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，其特征在于：所述的铝层厚度与所述的镍银层厚度相同或接近。


6.根据权利要求2所述的一种具有电流阻挡层的氮化镓基垂直结构发光二极管，其特征在于：所述的p-GaN...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚平，吴旗召，
申请(专利权)人：西安唐晶量子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61