一种垂直结构氮化镓基发光二极管制作方法技术

本发明专利技术公开的一种垂直结构氮化镓基发光二极管的制作方法，在垂直结构氮化镓基发光二极管的制作过程中，采用ｎ型ＧａＮ基材料作为极性接触外延层，极性接触外延层呈现氮极性，去除临时生长衬底，其表面又呈现为镓极性；基于上述基础，在极性接触外延层上制作ｎ型欧姆接触电极，即ｎ型欧姆接触系形成于镓极性面的ｎ型ＧａＮ基材料上，因此可以获得热稳定性良好的ｎ型欧姆接触，从而规避了氮极性面上欧姆接触的热稳定性不佳的问题；采用本发明专利技术制作工艺的垂直结构发光二极管，其ｎ型欧姆接触具备较好的热稳定性，其工作电压不随外界温度的变化而变化，保持了发光二极管的发光效率和可靠性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种发光二极管制作方法，特别是一种垂直结构氮化镓基发光 二极管的制作方法。
技术介绍
近年来，为了提高氮化镓(GaN)基发光二极管的发光功率和效率，发展了 基于衬底转移的垂直结构芯片技术，例如在蓝宝石衬底上外延沉积GaN基发光 材料，然后把发光材料层通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基 板上，再把蓝宝石衬底用激光剥离方法去除；或者在SiC或者Si衬底上外延沉 积GaN基发光材料，然后把发光材料层通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半 导体或金属基板上，再把SiC或者Si衬底用化学腐蚀方法去除。这样一方面可 以通过在GaN基发光材料和基板之间加一个反射层，另一方面由于GaN基材料 的氮极性面容易通过光化学腐蚀方法获取粗糙的出光面，以上两方面使垂直结 构GaN基发光二极管具有更高的出光效率，同时衬底转移后的基板具有优良的 导热特性，因此转移到散热基板上的垂直结构GaN基发光二极管在大电流应用 上具有较大的优势。传统的GaN基材料以蓝宝石作为生长衬底，在外延过程中其生长面通常会 表现出极性，包括氮极性和镓极性，目前已研究出多种控制和改变GaN基材料 生长极性的方法，如中国专利ZL01137373.3和CN1832112，然而由于氮极性面 的稳定性相对较差，所以一般生长面都选择镓极性面，因此相应地，与衬底接触的一面则表现为氮极性面。对于衬底转移的垂直结构芯片，去除生长衬底后暴露出的GaN基外延层表面通常表现为氮极性，而氮极性面的欧姆接触特性与 镓极性面存在极大差异，以GaN为例，其镓极性面的n型欧姆接触电极一般采 用Ti基或者Cr基，且这类接触具备较好的温度稳定性和抗热冲击能力；然而， 同样的电极材料应用于氮极性面，虽然初始时间，不管是Ti基或者是Cr基金 属材料都与n型GaN形成欧姆特性接触，但经过15(TC或者更高的温度后，其接 触特性即快速地劣化为肖特基接触，引起发光二极管的正向工作电压升高，严 重制约了垂直结构发光二极管的光效和可靠性。关于其形成原因的探讨较具有 代表性的有Hyunsoo Kim等人(Appl. Phys. Lett. ， 93， 192106， 2008)认为 是氮空位与表面镓空位以及C、 0原子反应导致表面氮空位减少；Ho Won Jang 等人(Appl. Phys. Lett., 94, 182108， 2009)认为是体内的氮原子向表面扩散 补偿了氮空位导致表面氮空位减少。然而到目前为止，仍未见关于氮极性面GaN 基材料上n型欧姆接触热稳定性问题的解决方案。
技术实现思路
为解决上述因氮极性面GaN基材料上欧姆接触电极易受温度影响裂化导致 垂直结构GaN基发光二极管光效降低和可靠性变差之问题，本专利技术旨在提供一 种垂直结构GaN基发光二极管的制作方法。本专利技术解决上述问题所采用的技术方案是 一种垂直结构氮化镓基发光二 极管的制作方法，包括步骤1)提供一临时衬底，在其上依次外延生长一极性接触外延层和一发光层以 形成外延片，所述极性接触外延层为n型GaN基材料并且其生长面表现 为氮极性，所述发光层依次包括n型GaN基外延层、有源层和p型GaN基外延层；2) 提供一永久衬底，将其与上述外延片通过一金属叠层进行粘结；3) 去除临时衬底，并暴露出极性接触外延层的镓极性面；4) 在上述极性接触外延层的镓极性面上制作一 n型欧姆接触电极；5) 蚀刻去掉除ri型欧姆接触电极覆盖区域之外的极性接触外延层，暴露出 n型GaN基外延层；6) 采用湿法蚀刻方式对n型GaN基外延层进行处理以形成粗糙表面。在本专利技术当中，临时衬底材料选自蓝宝石、碳化硅、硅、氧化锌、氮化镓 或氮化铝；永久衬底的制备材料选自GaAs、 Ge、 Si、 Cu、 Mo或Ni; n型欧姆接 触电极的材料选自Cr、 Ti、 Al、 Au、 Pt、 Ni、 Ge、 Si或前述的任意组合之一； 极性接触外延层的形成方式选用金属有机化学气相沉积(MOCVD)、分子束外延 (MBE)、氢化物气相外延(HVPE)或前述方式的任意组合之一；去除临时衬底 的方式选用激光剥离、湿法腐蚀、研磨或前述方式的任意组合之一；对n型GaN 基外延层进行湿法蚀刻所采用的溶液呈碱性。本专利技术工艺中，极性接触外延层是本专利技术的创新之处，本专利技术采用n型GaN 基材料作为极性接触外延层，可以通过特定的方法控制使其在外延生长过程中 呈现氮极性，而去除临时生长衬底后，其表面又呈现为镓极性；基于上述基础， 在极性接触外延层上制作n型欧姆接触电极，即n型欧姆接触系形成于镓极性 面的n型GaN基材料上，因此可以获得热稳定性良好的n型欧姆接触。另外， 湿法蚀刻对镓极性面的GaN基材料的粗化效果不佳，所以在制作过程当中，将 除接触区域以外的极性接触外延层去除，以使得湿法粗化能够在氮极性面的GaN 基材料上制作，从而得到更好的粗化效果和取光效率。本专利技术的有益效果是在垂直结构氮化镓基发光二极管的制作过程中，通过将n型欧姆接触电极形成于镓极性面n型GaN基外延层之上，从而规避了氮 极性面上欧姆接触的热稳定性不佳的问题；采用本专利技术制作工艺的垂直结构发 光二极管，其n型欧姆接触具备较好的热稳定性，其工作电压不随外界温度的 变化而变化，保持了发光二极管的发光效率和可靠性。附图说明图la 图le是本专利技术优选实施例的垂直结构氮化镓基发光二极管的制作过 程的截面示意附图中部件标识如下跳蓝宝石衬底101:缓冲层跳极性接触层跳n-GaN层104:MQW跳P-GaN层110:外延片200:Si衬底210:金属叠层211:Ag反射镜212:AuSn合金层221:P电极222:n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。一种垂直结构氮化镓基发光二极管的制作方法，其制作步骤如下 如图la所示，制作外延片110，包括在蓝宝石衬底100上采用金属有机化 学气相沉积(M0CVD)和氢化物气相外延(HVPE)组合的方式依次外延生长缓冲 层101、极性接触层102、 n-GaN层103、多量子阱(MQW)有源层104、 p-GaN 层105，其中极性接触层102为氮极性面n-GaN，而n-GaN层103的生长面则表 现为镓极性。如图lb所示，在p-GaN层105上蒸镀一 100nm厚的Ag反射镜211, Ag反 射镜211不仅起反射作用而且还能与p-GaN层105欧姆接触的作用；取一 Si衬 底200作为永久衬底，在Si衬底200上蒸镀一 2微米厚的AuSn (80: 20)合金 层212;将蒸镀有Ag反射镜211的外延片110倒装在蒸镀有AuSri合金层212的 Si衬底200上，使得Ag反射镜211和AuSn合金层212相互接合在一起，两者 形成金属叠层210,外延片110和Si衬底即通过金属叠层210形成粘结。如图lc所示，采用激光剥离的方式去除蓝宝石衬底100，选用248nm KrF 准分子激光器，激光能量密度设定800-lOOOmJ/cm2;蓝宝石衬底去除后，接着 采用感应耦合等离子体(ICP)方式干蚀刻去除缓冲层101，并暴露出极性接触 层102，此时的极性接触层n-GaN表现为镓极性面。如图ld所示，在极性接触层102的镓极性面上制作n电极222，材料选用 Cr/Pt/A本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直结构氮化镓基发光二极管的制作方法，包括步骤：　　　　１）提供一临时衬底，在其上依次外延生长一极性接触外延层和一发光层以形成外延片，所述极性接触外延层为ｎ型ＧａＮ基材料并且其生长面表现为氮极性，所述发光层依次包括ｎ型ＧａＮ基外延层、有源层和ｐ型ＧａＮ基外延层；　　　　２）提供一永久衬底，将其与上述外延片通过一金属叠层进行粘结；　　　　３）去除临时衬底，并暴露出极性接触外延层的镓极性面；　　　　４）在上述极性接触外延层的镓极性面上制作一ｎ型欧姆接触电极；　　　　５）蚀刻去掉除ｎ型欧姆接触电极覆盖区域之外的极性接触外延层，暴露出ｎ型ＧａＮ基外延层；　　　　６）采用湿法蚀刻方式对ｎ型ＧａＮ基外延层进行处理以形成粗糙表面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：潘群峰，林雪娇，吴志强，
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]