一种通过湿法剥离GaN基外延层和蓝宝石衬底来制备垂直结构发光二极管的方法技术

本发明专利技术涉及一种垂直结构发光二极管的制备方法，具体而言，涉及一种通过湿法剥离GaN基外延层和蓝宝石衬底来制备垂直结构发光二极管的方法。本发明专利技术方法对发光二极管外延层的损伤程度低，能完全剥离掉蓝宝石衬底。通过本发明专利技术方法制得到性能优异的垂直结构发光二极管，其发光效率高、电流分布均匀、电流拥塞改善、电流密度增大、光提取效率提高、散热性优异。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种垂直结构发光二极管的制备方法，具体而言，涉及。
技术介绍
发光二极管是一种将电能转化为光能的发光器件，是目前最有前景的新一代光源。发光二极管一般利用通过直接带隙半导体的本征跃迁发光，具有很高的光电转换效率， 即很高的内量子效应。虽然近年氮化镓基发光二极管的发光效率得到很大程度的提高，不过与完全替代传统光源的要求还相距很远。目前，量子效率、电流分布均勻性和器件散热能力已经成为制约发光二极管性能进一步提高的主要技术瓶颈。半导体发光二极管由于几何机构的不同划分为两类横向结构的半导体发光二极管和垂直结构的半导体发光二极管。横向结构的半导体发光二极管的主要缺点在于散热效率低、电流拥塞、电流密度低和生产成本高。为解决横向结构的半导体发光二极管的散热问题，提出倒装焊技术。但是，倒装焊技术工艺复杂，生产成本高。另外，经常作为发光二极管支持衬底的蓝宝石也具有电导率极低、以及晶格常数和GaN材料不匹配的问题。由于电导率极低导致器件的热阻增加，产生严重的自加热效应。 而且，由于晶格常数和GaN材料不匹配导致GaN外延层中特别高的缺陷密度，且导致GaN 中存在强烈的双轴压应力，特别是在芯片本身的温度变化时由于热膨胀系数的差别会在 GaN中引入额外的热应力。目前，大量研究针对垂直结构的半导体发光二极管进行。垂直结构的半导体发光二极管的两个电极分布在外延层的两侧，不但具备倒装焊技术的散热效率高的优点而无其缺点，而且还具备电流分布均勻、电流密度大、光取出效率高等优点。不过，在制备垂直结构的半导体发光二极管时，通常通过激光或机械研磨剥离生长衬底。对于通过激光剥离生长衬底而言，不仅生产成本高，而且激光束对外延层有伤害， 导致产品良率低；对于机械研磨剥离生长衬底而言，由于机械研磨的精度较低且研磨具有不均勻性，导致研磨作业精度无法控制，产品良率低。目前，亟待需求通过非激光或单纯机械研磨方式剥离生长衬底制备垂直结构发光二极管的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供，所述方法包括以下步骤a)、制备图形化的生长衬底，所述生长衬底从下至上依次包括蓝宝石衬底、第二层易腐蚀性高熔点材料、和第一层稳定性高熔点材料，所述第二层和第一层高熔点材料的熔点均高于900°C ；b)、在图形化的生长衬底上生长GaN基发光二极管外延层，所述GaN基发光二极管外延层从下至上依次包括N型GaN和P型GaN ；C)、在GaN基发光二极管外延层上从下至上依次形成透明导电薄膜、全方位反射层、导电反射层和钝化金属保护层，其中导电反射层透过全方位反射层中的孔与透明导电薄膜相连，通过绑定技术将具有高热导率的支持基底绑定至保护层，通过湿法去除生长衬底中的部分GaN基外延层并剥离蓝宝石衬底；d)、通过干法刻蚀去除生长衬底中的第一层稳定性高熔点材料，暴露出N型GaN， 在N型GaN上制备N电极。本专利技术的另一目的在于提供通过上述方法制备的垂直结构发光二极管，该垂直结构的发光二极管依次包括具有高热导率的支持基底(100)、绑定层、钝化金属保护层(60)、导电反射层 (59)、全方位反射层(40)、透明导电薄膜(30)、GaN外延层和N电极(110)，其中导电反射层(59)透过全方位反射层^))中的孔与透明导电薄膜(30)相连，GaN外延层依次包括P型GaNQl)和N型GaNQO)。本专利技术提供的制备方法通过湿法剥离蓝宝石衬底，并非通过激光或单纯机械研磨方式剥离，对外延层的损伤程度低，而且能完全剥离掉蓝宝石衬底。通过本专利技术方法制得到性能优异的垂直结构发光二极管，其发光效率高、电流分布均勻、电流拥塞改善、电流密度增大、光提取效率提高、散热性优异。附图说明图1-图23是说明实施例1中制造垂直结构发光二极管的图示。44是说明实施例2中制造垂直结构发光二极管的图示。附图标记说明10-蓝宝石衬底；Il-SW2薄膜；12_SiNx薄膜；13-钝化薄膜；14-掩模；15-掩模； 20-N型GaN;21-P型GaN;22-高密度缺陷区；30-透明导电薄膜；40-全方位反射层；50-导电反射层；60-钝化金属保护层；70、71、80_绑定层；81、90_用于绑定的金属层；100-支持基底；120-绝缘材料。具体实施例方式以下结合附图、通过优选实施例进一步描述本专利技术。本专利技术的特点和优点将随着这些描述变得更为清楚、明确。根据本专利技术的一方面，提供，所述方法包括以下步骤a)、制备图形化的生长衬底，所述生长衬底依次包括蓝宝石衬底、第二层易腐蚀性高熔点材料、和第一层稳定性高熔点材料，所述第二层和第一层高熔点材料的熔点均高于 900 0C ；b)、在图形化的生长衬底上生长GaN基发光二极管外延层，所述GaN基发光二极管外延层依次包括N型GaN和P型GaN ；C)、在GaN基发光二极管外延层上依次形成透明导电薄膜、全方位反射层、导电反射层和钝化金属保护层，其中导电反射层透过全方位反射层中的孔与透明导电薄膜相连， 通过绑定技术将具有高热导率的支持基底绑定至钝化金属保护层，通过湿法去除生长衬底中的部分GaN基外延层并剥离蓝宝石衬底；d)、通过干法刻蚀去除生长衬底中的第一层稳定性高熔点材料，暴露出N型GaN， 在N型GaN上制备N电极。文中所用术语“高熔点材料”是指熔点高于900°C的材料。文中所用术语“易腐蚀性材料”是指易于被酸性或碱性溶液腐蚀的材料，例如 SiO20文中所用术语“稳定性材料”是指不与酸性或碱性溶液反应从而不被其腐蚀的材料，如SiNx，其中χ ^ 3/4。在根据本专利技术方法的优选实施方案中，步骤a)包括以下工序al)在蓝宝石衬底10上依次形成两层高熔点材料薄膜，靠近蓝宝石衬底的第二层材料为腐蚀性高熔点材料11，第一层材料为稳定的高熔点材料12，如图1所示。作为形成两层高熔点材料薄膜的方法，可以提及沉积法，如化学气相沉积法(CVD) 等。这些方法都是本领域中已知的方法，在此不做赘述。其中，下面一层(第二层)材料为腐蚀性高熔点材料，所述材料的熔点大于900°C， 因为其后沉积的GaN材料的生长温度大于900°C，而且，所述材料容易与酸反应。在此，优选该材料为S^2薄膜。该第二层材料薄膜的厚度没有特别限制，不过选该材料薄膜厚度为 0. 2-2微米，更优选为0. 5-1微米，还更优选为0. 7微米。上面一层(第一层)材料也是高熔点材料，所述材料的熔点也大于900°C，并且所述材料比较稳定，不和酸碱反应或者反应速度非常缓慢。在此，优选该材料为SiNx薄膜。该第一层材料薄膜的厚度没有特别限制，不过优选该材料薄膜厚度为0. 2-2微米，更优选为 0. 5-1微米，还更优选为0. 8微米。a2)在所述高熔点材料薄膜上用光刻胶制备掩模。所述掩模图案可以为网状，也可以为条状，图案的纵向截面近似为三角形，如图3 所示。对图案的纵向截面的尺寸没有特别限制，不过优选截面下底宽度0. 5-5微米，更优选为1. 5-4微米，还更优选为2. 5微米，高优选为0. 5-5微米，更优选为1. 5-3微米，还更优选为2. 0微米，图案间距优选为0. 5-5微米，更优选为0. 5-3微米，还更优选为0. 5微米。a3)将光刻胶的图案转移到高熔点材料薄膜上，图案可以为网状，也可以为条状。作为光刻胶掩模图案转移的方法，可以提及干法刻蚀本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种通过湿法剥离ＧａＮ基外延层和蓝宝石衬底来制备垂直结构发光二极管的方法，该方法包括以下步骤：ａ）、制备图形化的生长衬底，所述生长衬底从下至上依次包括蓝宝石衬底、第二层易腐蚀性高熔点材料、和第一层稳定性高熔点材料，所述第二层和第一层高熔点材料的熔点均高于９００℃；ｂ）、在图形化的生长衬底上生长ＧａＮ基发光二极管外延层，所述ＧａＮ基发光二极管外延层从下至上依次包括Ｎ型ＧａＮ和Ｐ型ＧａＮ；ｃ）、在ＧａＮ基发光二极管外延层上从下至上依次形成透明导电薄膜、全方位反射层、导电反射层和钝化金属保护层，其中导电反射层透过全方位反射层中的孔与透明导电薄膜相连，通过绑定技术将具有高热导率的支持基底绑定至钝化金属保护层，通过湿法去除生长衬底中的部分ＧａＮ基外延层并剥离蓝宝石衬底；ｄ）、通过干法刻蚀去除生长衬底中的第一层稳定性高熔点材料，暴露出Ｎ型ＧａＮ，在Ｎ型ＧａＮ上制备Ｎ电极。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐瑾，王江波，刘榕，
申请(专利权)人：华灿光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：83