一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管及其制备方法技术

一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管及其制备方法，在一散热基板下表面形成下电极，上表面形成下焊接金属；在ＧａＮ基外延下表面形成ｐ型欧姆接触反射金属膜；在反射金属膜下表面部分区域覆盖绝缘介质膜；在绝缘介质膜下表面及裸露的部分反射金属膜下表面形成上焊接金属；ＧａＮ基外延通过上焊接金属与散热基板下焊接金属连接散热基板；ＧａＮ基外延上表面形成上电极。反射镜Ａｇ表面采用绝缘介质膜而非金属材料作为阻挡层，避免Ａｇ被其它金属热扩散影响，且简易的导电孔设计即可实现垂直方向电学导通，实现垂直结构二极管较低的ｐ接触压降，本发明专利技术方法制造的垂直结构二极管同采用金属阻挡层的垂直结构二极管相比具有更低的正向工作电压及更高的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种高光效GaN垂直发光二极管，尤其是一种采用绝缘介质阻 挡层的垂直发光二极管及其制备方法。
技术介绍
目前大多数的GaN基外延主要生长在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石导电性能 差，GaN基发光器件普遍采用横向结构，即两个电极在器件的同一侧，电流在 n-GaN层中横向流动距离不等，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。将蓝宝石衬底去除将 发光器件连接到导电热沉上做成垂直结构可以有效解决散热、出光以及抗静电 等问题。对于垂直发光二极管，如何提升其光效一直是本领域技术人员致力于研究 的课题，其中在P型GaN基外延底部制作高反射率欧姆接触金属层是提升光效 的主要关键技术之一，由于在可见光波段，所有金属材料中Ag反射率最高，且 能够与P型GaN基外延层形成良好的欧姆接触，因此银(Ag)通常是首选；但 另一方面，若有其它金属扩散到Ag反射层，Ag与p型GaN基外延层的欧姆接触 特性将会变差。而制造垂直结构发光二极管通常需要结合键合技术(比如共晶 键合)将GaN基外延转移到导电散热基板上得以实现，此衬底转移过程温度普 遍高于20(TC，甚至300'C以上，而当温度高于15(TC以上时金属间的热扩散就 不能忽视，温度越高，时间越长，热扩散越显著，因此共晶键合过程必然会引 起共晶焊料金属的热扩散；除键合工艺外，蓝宝石衬底去除后的芯片工艺制造及封装工艺(尤其是白光)均至少需经过150t:左右的温度，这些温度过程亦会产生共晶焊料合金的热扩散。焊料金属通常是由Au、 Sn、 In等或其合金组成， 此类金属合金熔点较低，热扩散较活跃，若是在Ag表面上直接沉积此类焊料金 属，其结果是共晶过程焊料金属的热扩散会严重破坏反射镜Ag与p型GaN外延 的接触特性，导致垂直发光二极管的正向工作电压非常高，严重制约了垂直发 光二极管的发光效率，这成为了制作高光效垂直发光二极管的主要瓶颈之一。 针对此问题，业内普遍的做法是在Ag与焊料金属中间增加单层或多层高熔点的 金属阻挡层材料，如Ti、 Pt、 Ni及W的合金等，此类高熔点金属材料确实可以 有效阻挡其上焊料金属材料热扩散到Ag反射层，但实验结果表明，金属阻挡层 材料本身亦会部分热扩散到Ag反射层，此亦在一定程度上破坏Ag与p型GaN 外延层的接触特性，其破坏程度虽然较Ag直接与焊料金属连接小，但其影响导 致的垂直发光二极管的正向工作电压仍然偏高，因此一定程度上制约了垂直发 光二极管的光效。
技术实现思路
为解决上述金属阻挡层材料本身热扩散到Ag反射层导致垂直发光二极管的 光效受制约的问题，本专利技术创新地提出一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二 极管及其制备方法。一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管，包括提供一散热基板；在散热基板下表面形成下电极；在散热基板上表面形成下焊接金属；在GaN基外延下表面形成p型欧姆接触反射金属膜；在反射金属膜下表面部分区域覆盖绝缘介质膜；在绝缘介质膜下表面及裸露的部分反射金属膜下表面形成上焊接金属； GaN基外延通过上焊接金属与散热基板下焊接金属连接在散热基板上；在GaN基外延上表面形成上电极。上述垂直发光二极管中，散热基板的制备材料选自GaAs、 Ge、 Si、 Cu、 Mo、 WCu或MoCu;上焊接金属及下焊接金属包含Au或者Aii的合金；p型欧姆接触反 射金属膜包含Ag或者Ag的合金，厚度为80 2000nm;绝缘介质膜选自Si02、 Si扎、A1203、 TiOs或前述的任意组合之一，厚度100 1000ran。制备上述一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管的方法，其歩骤如下:1) 在蓝宝石衬底上外延生长GaN基蓝光LED发光材料，发光材料依次包括n 型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层；2) 在p型GaN基半导体层上沉积欧姆接触反射金属膜，包含Ag或者Ag的A会.口五；3) 在上述反射金属膜上沉积绝缘介质膜，其制备材料选自Si02、 Si3N4、Al203、Ti02或前述的任意组合之一；4) 采用湿法或干法刻蚀去除部分区域绝缘介质膜，暴露出部分Ag的表面；5) 在上述绝缘介质膜及暴露的Ag表面的上方沉积上焊接金属，包含Au或 者Au的合金；6) 取一散热基板并在其上表面沉积下焊接金属，其制备材料选自Au或An 的合金；7) 通过加温加压方式将步骤1)至6)形成的GaN基外延焊接到散热基板上；8) 将蓝宝石衬底去除；9) 在n型GaN基半导体层表面中央区域沉积上电极；10) 在散热基板下表面沉积下电极。本专利技术的制备方法中GaN基LED发光材料是通过金属有机气相化学沉淀 (MOCVD)方法形成；绝缘介质膜沉积方式为蒸发或化学沉积；完成步骤2)后可 进一步对反射金属膜进行高温热退火处理，退火温度400 5001C，退火时间10 30min;焊接方式采用熔融键合或共晶键合技术；蓝宝石衬底去除方式采用激光 剥离、研磨、湿法腐蚀或前述任意两种技术的结合；上电极和下电极沉积方式 为蒸镀或溅射。本专利技术工艺步骤3)和步骤4)是本专利技术的创新之处，其中步骤3)采用绝 缘介质膜而非金属作为阻挡层材料，能够完全避免金属阻挡层材料本身热扩散 对Ag的影响，即可以保证Ag与p型GaN基外延的欧姆接触电阻不受破坏；步 骤4通过对此绝缘介质膜部分蚀刻形成导电孔，实现p型GaN基外延与散热基 板的垂直电学导通。本专利技术的有益效果是创新地在反射镜Ag表面采用绝缘介质膜而非金属材 料作为阻挡层，保护Ag不受任何金属材料热扩散的影响，同时简易的导电孔设 计即可实现垂直方向电学导通，实现垂直结构二极管较低的P接触压降，采用 本专利技术方法制造的垂直结构二极管同采用金属阻挡层的垂直结构二极管相比具 有更低的正向工作电压以及更高的发光效率。附图说明图la至图lg是本专利技术优选实施例的具有新型复合堆叠式阻挡层金属结构 的垂直发光二极管的制备过程的截面示意图；图中100.蓝宝石衬底；110.GaN基外延；120.反射金属膜； 130.绝缘介质膜；140.上焊接金属；150.上电极；200.散热基板；210.下焊接金属；220.下电极。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管的制备方法，其步骤如下第一步如图la所示，采用MOCVD方法在蓝宝石衬底100上外延生长GaN 基LED发光材料110，发光材料依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型 GaN基半导体层。第二步如图lb所示，采用电子束蒸发在p-GaN表面上沉积反射金属 膜120，选用Ag，厚度在100nm 150mn之间，并在氮气氛围下高温退火使 反射金属膜120与p型GaN基半导体层形成良好的欧姆接触和粘着力。第三步至第四步如图lc所示，采用PECVD在反射金属膜120上沉积Si02 绝缘介质膜130，厚度为230mn，并通过传统光刻和化学腐蚀工艺，暴露出部分 Ag上表面作为垂直导电通道。第五步至第六步如图ld所示，采用电子束蒸发在Si02绝缘介质膜130及 暴露的Ag表面沉积上焊接金属140，选用Ti/Au，厚度为30/1000nm;同时取一 Si衬底200作为散热基板，在其上电子束蒸发下焊接金属层210，材料本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采用绝缘介质阻挡层的垂直发光二极管，包括：　提供一散热基板；　在散热基板下表面形成下电极；　在散热基板上表面形成下焊接金属；　在ＧａＮ基外延下表面形成ｐ型欧姆接触反射金属膜；　在反射金属膜下表面部分区域覆盖 绝缘介质膜；　在绝缘介质膜下表面及裸露的部分反射金属膜下表面形成上焊接金属；　ＧａＮ基外延通过上焊接金属与散热基板下焊接金属连接在散热基板上；　在ＧａＮ基外延上表面形成上电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：林雪娇，潘群峰，吴志强，吴瑞玲，
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]