一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件的制造方法技术

本发明专利技术所公开的一种应用合成分隔法激光剥离ＧａＮ基发光器件及其制造方法，采用合成分隔法分离各单元ＧａＮ基发光器件，结合干法蚀刻去除部分ＧａＮ基外延层和激光划开ＧａＮ基外延层的方法，可以保证各单元ＧａＮ基发光器件间的绝对分隔，降低激光剥离过程裂缝的产生率，又可以保护器件的性能在激光隔离过程不受破坏；在各单元ＧａＮ基发光器件间预留区域作为激光剥离牺牲区，并与单元发光器件作隔离，避免在激光剥离过程中激光束交叠照射产生的裂缝延伸并破坏其发光器件，提高激光剥离后发光器件的成品率；激光剥离牺牲区被一金属环裹绕，激光剥离后，牺牲区中的外延层残骸可以容易随金属环的蚀刻而被一并去除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种GaN基半导体发光器件及其制造方法，特别是一种应用合 成分隔法激光剥离GaN基发光器件及其制造方法。
技术介绍
目前大多数的GaN基外延主要是生长在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石导电性 能差，普通的GaN基发光器件采用横向结构，即两个电极在器件的同一侧，电 流在N-GaN层中横向流动不等的距离，存在电流堵塞，产生热量；另外，蓝宝 石衬底的导热性能低，因此限制了 GaN基器件的发光功率及效率。将蓝宝石去除将发光器件做成垂直结构可以有效解决散热、出光以及抗静 电等问题，目前，较受推崇的当属采用激光剥离蓝宝石衬底(LLO， Laser Lift-off)方法。为防止激光剥离过程导致外延裂缝的产生，需要在剥离前将 各单元GaN基发光器件彼此隔开，现在一般的做法是按一定的间隔干法蚀刻去 除GaN基外延层或采用激光划开GaN外延层的方式形成多个独立分隔的单元GaN 基发光器件。然而，这样的做法有存在如下问题首先，GaN基外延层总厚度一 般在4-10iim之间，若单纯通过干法蚀刻去除全部GaN基外延层，则存在蚀刻 工艺实现困难及重复性差等缺点，而且很难判断GaN基外延层是否完全去除干 净，因此很难实现各单元GaN基发光器件的绝对分隔，导致激光剥离过程裂缝 的产生率将会很高；其次，若单纯采用激光划开GaN外延层形成分隔的多个GaN 基发光器件，虽然容易实现绝对的隔离，但会引入因激光导致的GaN基发光器件电学和光学性能的退化；另外，在激光剥离蓝宝石衬底过程中，激光是采取 扫描照射的方式，激光束交叠照射区域容易产生裂缝，此处的裂缝和损伤将有 可能延伸并破坏其发光器件。
技术实现思路
为解决上述问题，降低激光剥离过程裂缝的发生率和保护发光器件的性能， 本专利技术旨在提出。本专利技术解决上述问题采用一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件的 制造方法，包括下列步骤1) 在蓝宝石衬底上生长具有N半导体层、活性层和P半导体层结构的GaN 基外延膜；2) 采用合成分隔法分离各单元GaN基发光器件，即采用干法蚀刻按预定的 间隔去除部分GaN基外延层，在蓝宝石衬底上形成两种不同尺寸的多个 单元GaN基发光区，其中，较大尺寸区域保留作为发光器件，较小尺寸 区域作为激光剥离牺牲区，牺牲区尺寸在40 200iim之间，干蚀刻形成 的凹槽深度在0.5 2um之间，凹槽宽度在5 20um之间，在激光剥离 牺牲区用激光并列先后按一定的间隔划开两道，隔离激光剥离牺牲区， 并分隔各单元GaN基发光器件，激光波长小于GaN半导体材料的发光波 长，包含266nm和355ma波长的激光；采用合成分隔法最主要的目的是 可以保证各单元GaN基发光器件间的绝对分隔，降低激光剥离过程裂缝 的产生率，另一方面，在各单元GaN基发光器件间预留区域作为激光剥 离牺牲区，并与单元发光器件作隔离，目的是完全保护发光器件，即避 免在激光剥离过程中，激光束交叠照射产生的裂缝延伸并破坏其发光器件。3) 在P半导体层顶部形成欧姆接触及金属反射层，其反射金属膜材料优选 Ag，厚度在80-300nm之间，也可以由Al、 Ag、 Ni、 Au、 Cu、 Pd、 Rh金 属所形成的任一种合金制成，可以通过高温退火改善金属膜与P半导体 层的欧姆接触特性和附着力，至此，在激光剥离牺牲区形成金属环裹绕； 这个设计的作用是在后续激光剥离激光剥离牺牲区的GaN外延残骸可以 很容易随金属环的蚀刻而被去除。4) 在凹槽内沉积钝化膜，填平凹槽，钝化膜材料是Si02或Si3N4等绝缘材料， 厚度在0. 5 2um之间；5) 在金属反射层上沉积多层金属膜，此多层金属层的作用主要是保护反射 金属膜；6) 通过粘接材料将GW基外延连接到支撑部件上，支撑部件具有良好的导 热和导电性能，支撑部件由GaAs、 Ge、 Si， Cu其中任一材料制成；7) 通过LLO方法将蓝宝石衬底与GaN基发光器件分离；8) 通过化学蚀刻将激光剥离牺牲区的金属环去除，随之对应区域的氮化物 半导体材料残骸也一起除去；9) 清洁并蚀刻去除顶部部分GaN半导体层，去除凹槽对应位置的N层半导 体材料；10) 沉积钝化膜，钝化膜材料是Si02或Si3N4等绝缘材料，厚度在80 500nm 之间；11) 通过光刻将N电极位置的钝化膜蚀刻去除，在钝化膜开孔的位置沉积N 电极金属，在支撑部件底部沉积P电极金属；12) 最后，经过划片处理或切断处理的过程形成垂直结构GaN基发光芯片。依照上述本专利技术方法制造的一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件， 其特征在于——提供具有N半导体层、活性层和P半导体层的GaN基外延膜；——在P半导体层上形成欧姆接触及金属反射层，其反射金属膜材料优选 Ag，也可以由A1、 Ag、 Ni、 Au、 Cu、 Pd、 Rh金属所形成的任一种合金制成，厚 度为80 300nm;——钝化层包裹在外延侧壁及除N电极区域除外的N层半导体表面上，钝 化膜材料是Si02或Si3N4等绝缘材料，厚度是100 500nm;——在反射金属膜上形成多层金属层； ——在多层金属层上形成粘接材料层；——粘接材料层的上面与支撑部件连接，支撑部件由GaAs、 Ge、 Si， Cu其 中任一材料制成；——在N半导体层上形成N电极；在支撑部件底部形成P电极。 本专利技术的有益效果是采用合成分隔法分离各单元GaN基发光器件，结合干 法蚀刻去除部分GaN基外延层和激光划开GaN基外延层的方法，可以保证各单 元GaN基发光器件间的绝对分隔，降低激光剥离过程裂缝的产生率，又可以保 护器件的性能在激光隔离过程不受破坏；在各单元GaN基发光器件间预留区域 作为激光剥离牺牲区，并与单元发光器件作隔离，避免在激光剥离过程中激光 束交叠照射产生的裂缝延伸并破坏其发光器件，提高激光剥离后发光器件的成 品率；激光剥离牺牲区被一金属环裹绕，激光剥离后，牺牲区中的外延层残骸 可以容易随金属环的蚀刻而被一并去除。附图说明图la至图11为本专利技术实施例的发光器件制造过程的截面示意图; 图2为本专利技术制造方法制得的发光器件的截面示意图；图中100:蓝宝石衬底； 112a:激光剥离牺牲区; 120:金属反射膜； 140:多层金属膜； 200:支撑部件； 210: P电极。111、 112:单元GaN基发光区; 113:凹槽； 130:钝化膜； 150:粘接材料层；160: N电极;具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件的制造方法，其步骤如下第一步首先，如图la所示，在蓝宝石衬底100上异质外延生长氮化物半 导体外延膜110，此外延膜110具有N-GaN层、活性层和P-GaN层。第二步先采用干法蚀刻按预定的间隔去除部分GaN基外延层，在蓝宝石 衬底100的外延膜110上形成两种不同大小尺寸的多个单元GaN基发光区111 和112，如图lb所示，单元GaN基发光区111宽度尺寸在300iim以上，单元 GaN基发光区112宽度尺寸为40 200 y m，干蚀刻形成的凹槽113深度为0. 5 2um，凹槽113宽度为5 20um。第三步接着用激光在单元GaN基发光区112区域并列先后按一定的间隔划开两道，完全分隔单元GaN基发光区11本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种应用合成分隔法激光剥离ＧａＮ基发光器件的制造方法，包括下列步骤：１）在蓝宝石衬底上生长具有Ｎ半导体层、活性层和Ｐ半导体层结构的ＧａＮ基外延膜；２）采用合成分隔法分离各单元ＧａＮ基发光器件，即采用干法蚀刻按预定的间隔去除部 分ＧａＮ基外延层，在蓝宝石衬底上形成两种不同尺寸的多个单元ＧａＮ基发光区，其中，较大尺寸区域保留作为发光器件，较小尺寸区域作为激光剥离牺牲区，牺牲区尺寸在４０～２００μｍ之间，干蚀刻形成的凹槽深度在０．５～２μｍ之间，凹槽宽度在５～２０μｍ之间，在激光剥离牺牲区用激光并列先后按一定的间隔划开两道，隔离激光剥离牺牲区，并分隔各单元ＧａＮ基发光器件，激光波长小于ＧａＮ半导体材料的发光波长，包含２６６ｎｍ和３５５ｎｍ波长的激光；３）在Ｐ半导体层顶部形成欧姆接触及金属反射层， 其反射金属膜材料优选Ａｇ，厚度在８０－３００ｎｍ之间，也可以由Ａｌ、Ａｇ、Ｎｉ、Ａｕ、Ｃｕ、Ｐｄ、Ｒｈ金属所形成的任一种合金制成，可以通过高温退火改善金属膜与Ｐ半导体层的欧姆接触特性和附着力，至此，在激光剥离牺牲区形成金属环裹绕；４ ）在凹槽内沉积钝化膜，填平凹槽，钝化膜材料是ＳｉＯ↓［２］或Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］等绝缘材料，厚度在０．５～２μｍ之间；５）在金属反射层上沉积多层金属膜，此多层金属层的作用主要是保护反射金属膜；６）通过粘接材料将ＧａＮ基外延 连接到支撑部件上，支撑部件具有良好的导热和导电性能，支撑部件由ＧａＡｓ、Ｇｅ、Ｓｉ，Ｃｕ其中任一材料制成；７）通过ＬＬＯ方法将蓝宝石衬底与ＧａＮ基发光器件分离；８）通过化学蚀刻将激光剥离牺牲区的金属环去除，随之对应区域的氮化 物半导体材料残骸也一起除去；９）清洁并蚀刻去除顶部部分ＧａＮ半导体层，去除凹槽对应位置的Ｎ层半导体材料；１０）沉积钝化膜，钝化膜材料是ＳｉＯ↓［２］或Ｓｉ↓［３］Ｎ↓［４］等绝缘材料，厚度在８０～５００ｎｍ之间；１１ ）通过光刻将Ｎ电极位置的钝化膜蚀刻去除，在钝化膜开孔的位置沉积Ｎ电极金属，在支撑部件底部沉积Ｐ电极金属；１２）最后，经过划片处理或切断处理的过程形成垂直结构ＧａＮ基发光芯片。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：吴志强，林雪娇，潘群峰，洪灵愿，陈文欣，
申请(专利权)人：厦门市三安光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：92[中国|厦门]