[發明專利]一種采用絕緣介質阻擋層的垂直發光二極管及其制備方法

有效

• 申請號: 200910016729.7
• 申請日: 2009-06-30
• 公開（公告）號: CN101599522A
• 公開（公告）日: 2009-12-09
• 發明（設計）人: 林雪嬌;潘群峰;吳志強;吳瑞玲
• 申請（專利權）人: 廈門市三安光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 廈門原創專利事務所
• 代理人: 徐東峰

技術領域

本發明涉及一種高光效GaN垂直發光二極管，尤其是一種采用絕緣介質阻擋層的垂直發光二極管及其制備方法。

背景技術

目前大多數的GaN基外延主要生長在藍寶石襯底上，由于藍寶石導電性能差，GaN基發光器件普遍采用橫向結構，即兩個電極在器件的同一側，電流在n-GaN層中橫向流動距離不等，存在電流堵塞，產生熱量；另外，藍寶石襯底的導熱性能低，因此限制了GaN基器件的發光功率及效率。將藍寶石襯底去除將發光器件連接到導電熱沉上做成垂直結構可以有效解決散熱、出光以及抗靜電等問題。

對于垂直發光二極管，如何提升其光效一直是本領域技術人員致力于研究的課題，其中在p型GaN基外延底部制作高反射率歐姆接觸金屬層是提升光效的主要關鍵技術之一，由于在可見光波段，所有金屬材料中Ag反射率最高，且能夠與p型GaN基外延層形成良好的歐姆接觸，因此銀(Ag)通常是首選；但另一方面，若有其它金屬擴散到Ag反射層，Ag與p型GaN基外延層的歐姆接觸特性將會變差。而制造垂直結構發光二極管通常需要結合鍵合技術(比如共晶鍵合)將GaN基外延轉移到導電散熱基板上得以實現，此襯底轉移過程溫度普遍高于200℃，甚至300℃以上，而當溫度高于150℃以上時金屬間的熱擴散就不能忽視，溫度越高，時間越長，熱擴散越顯著，因此共晶鍵合過程必然會引起共晶焊料金屬的熱擴散；除鍵合工藝外，藍寶石襯底去除后的芯片工藝制造及封裝工藝(尤其是白光)均至少需經過150℃左右的溫度，這些溫度過程亦會產生共晶焊料合金的熱擴散。焊料金屬通常是由Au、Sn、In等或其合金組成，此類金屬合金熔點較低，熱擴散較活躍，若是在Ag表面上直接沉積此類焊料金屬，其結果是共晶過程焊料金屬的熱擴散會嚴重破壞反射鏡Ag與p型GaN外延的接觸特性，導致垂直發光二極管的正向工作電壓非常高，嚴重制約了垂直發光二極管的發光效率，這成為了制作高光效垂直發光二極管的主要瓶頸之一。針對此問題，業內普遍的做法是在Ag與焊料金屬中間增加單層或多層高熔點的金屬阻擋層材料，如Ti、Pt、Ni及W的合金等，此類高熔點金屬材料確實可以有效阻擋其上焊料金屬材料熱擴散到Ag反射層，但實驗結果表明，金屬阻擋層材料本身亦會部分熱擴散到Ag反射層，此亦在一定程度上破壞Ag與p型GaN外延層的接觸特性，其破壞程度雖然較Ag直接與焊料金屬連接小，但其影響導致的垂直發光二極管的正向工作電壓仍然偏高，因此一定程度上制約了垂直發光二極管的光效。

發明內容

為解決上述金屬阻擋層材料本身熱擴散到Ag反射層導致垂直發光二極管的光效受制約的問題，本發明創新地提出一種采用絕緣介質阻擋層的垂直發光二極管及其制備方法。

一種采用絕緣介質阻擋層的垂直發光二極管，包括：

提供一散熱基板；

在散熱基板下表面形成下電極；

在散熱基板上表面形成下焊接金屬；

在GaN基外延下表面形成p型歐姆接觸反射金屬膜；

在反射金屬膜下表面部分區域覆蓋絕緣介質膜；

在絕緣介質膜下表面及裸露的部分反射金屬膜下表面形成上焊接金屬；

GaN基外延通過上焊接金屬與散熱基板下焊接金屬連接在散熱基板上；

在GaN基外延上表面形成上電極。

上述垂直發光二極管中，散熱基板的制備材料選自GaAs、Ge、Si、Cu、Mo、WCu或MoCu；上焊接金屬及下焊接金屬包含Au或者Au的合金；p型歐姆接觸反射金屬膜包含Ag或者AG的合金，厚度為80～2000nm；絕緣介質膜選自SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、TiO₂中的至少一種材料制備，厚度100～1000nm。

制備上述一種采用絕緣介質阻擋層的垂直發光二極管的方法，其步驟如下：

1)在藍寶石襯底上外延生長GaN基藍光LED發光材料，發光材料依次包括n型GaN基半導體層、活性層和p型GaN基半導體層；

2)在p型GaN基半導體層上沉積歐姆接觸反射金屬膜，包含Ag或者Ag的合金；

3)在上述反射金屬膜上沉積絕緣介質膜，其制備材料選自選自SiO₂、Si₃N₄、Al₂O₃、TiO₂中的至少一種；

4)采用濕法或干法刻蝕去除部分區域絕緣介質膜，暴露出部分Ag的表面；

5)在上述絕緣介質膜及暴露的Ag表面的上方沉積上焊接金屬，包含Au或者Au的合金；