[發明專利]一種制備氮化鎵基垂直結構發光二極管的方法

無效

• 申請號: 200910081093.4
• 申請日: 2009-04-01
• 公開（公告）號: CN101853903A
• 公開（公告）日: 2010-10-06
• 發明（設計）人: 樊晶美;王良臣;劉志強
• 申請（專利權）人: 中國科學院半導體研究所
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及半導體光電子器件制造技術領域，具體涉及一種采用選擇性合金電鍍方法制備氮化鎵基垂直結構發光二極管(VE-LED)的方法。

背景技術

發光二極管作為固態照明光源，具有光電轉換效率高、綠色環保、壽命長、響應速度快、色彩豐富、全固體化、體積小等優點，是人類照明史上繼愛迪生發明白熾燈之后的又一次革命。雖然近些年氮化鎵基功率型發光二極管的發光效率得到了很大程度上的提高，但與完全替代傳統光源的要求還相距甚遠。目前，量子效率、電流分布均勻性和器件散熱能力已經成為制約發光二極管性能進一步提高的主要技術瓶頸。

垂直結構發光二極管技術解決了傳統藍寶石襯底上氮化鎵基發光二極管存在的諸如散熱，電流聚集以及出光效率低的一系列問題，是清除上述照明應用障礙的最有潛力的技術之一，成為近些年氮化鎵基發光二極管領域研究的熱點。與傳統平面結構比較，垂直結構氮化鎵基發光二極管具有電流分布一致性好，有源區利用率高，電流密度小，串聯電阻小等優勢；另外，通過采用低熱阻襯底材料，使得垂直結構與傳統結構發光二極管芯片相比散熱更高效，從而增加了器件最大工作電流和飽和輸出功率。

垂直結構中的使用電鍍鎳鎢合金作為新型支撐襯底，改善了芯片在傳統藍寶石襯底上散熱不佳，藍寶石襯底與氮化鎵之間熱失配度較大，藍寶石襯底導電性能差等一系列問題。

在制作氮化鎵基功率型垂直結構發光二極管時，采用厚膠作為掩蔽層，然后用ICP干法刻蝕的方法形成臺面，厚膠掩蔽層減小了ICP干法刻蝕過程對發光有源區的損傷和器件的漏電的大小。光阻材料填充跑道的引入，避免了激光剝離過程中暴露的有源區造成器件短路的隱患。P，N電極分居于氮化鎵基片的兩側，有別于P，N電極位于氮化鎵基片同側的傳統發光二極管器件，有效地解決了電流擴展不均的問題。在發光二極管器件的氮化鎵基片中，電鍍鎳鎢合金襯底可以改善發光二極管的散熱和導電性能，減小了襯底與氮化鎵之間的熱失配度的差別，同時避免鍵合工藝中溫度和壓力對基片的影響。

發明內容

(一)要解決的技術問題

本發明的目的是在于提供一種采用選擇性合金電鍍方法制備氮化鎵基垂直結構發光二極管的方法，以制備垂直結構發光二極管中的支撐襯底，改變藍寶石襯底較差的導電和散熱性能對發光二極管電學以及光學性能的影響，減小襯底與氮化鎵之間的熱失配度的差別。

(二)技術方案

為達到上述目的，本發明提供了一種制備氮化鎵基垂直結構發光二極管的方法，該方法包括：

步驟1：在藍寶石襯底1上依次外延生長N-GaN層2、有源層3和P-GaN層4；

步驟2：在P-GaN層4上涂敷一層光刻膠形成掩蔽層5，光刻該掩蔽層5形成臺面掩蔽區，露出P-GaN層4的部分上表面6；

步驟3：刻蝕該上表面6直至藍寶石襯底1的上表面，形成臺面7；

步驟4：去除剩余的掩蔽層5形成氮化鎵基片，并對該氮化鎵基片進行清洗；

步驟5：在清洗后的氮化鎵基片表面淀積一層鈍化層8，光刻形成P電極區域10；

步驟6：在形成P電極區域10的氮化鎵基片表面蒸發鎳/釕，并進行金屬剝離和合金，形成透明電極鎳/釕11；

步驟7：光刻腐蝕出P型加厚電極區域13，蒸發金屬并去除光刻膠，形成加厚的電極鉻/銀/金14；

步驟8：在跑道中填充光阻材料15，然后在P型氮化鎵4的表面電鍍鎳/鎢合金，形成鎳鎢合金支撐襯底16；

步驟9：將藍寶石襯底從氮化鎵基片上剝離，得到鎳鎢合金支撐襯底的垂直結構發光二極管基片；

步驟10：在得到的鎳鎢合金支撐襯底的垂直結構發光二極管基片的背面光刻和腐蝕出N電極區域18，蒸發金屬并進行金屬剝離，形成N電極鉻/銀/金19。

上述方案中，步驟2中所述在P-GaN層4上涂敷一層光刻膠，涂敷的是一層厚膠，其厚度至少為50微米。

上述方案中，步驟2中所述露出P-GaN層4的部分上表面6，是P-GaN層4上表面靠近周邊的部分。

上述方案中，步驟6中所述合金，具體包括：將表面蒸發鎳/釕的氮化鎵基片放入退火爐中進行合金，合金氛圍為氮氣∶氧氣＝2∶1(體積比)，溫度為500攝氏度。

上述方案中，步驟8中所述在跑道中填充光阻材料15采用光刻方式實現。

上述方案中，步驟8中所述電鍍，具體包括：將在跑道中填充完光阻材料15的氮化鎵基片在鎳鎢合金電鍍液中，以電流密度500mA，溫度80℃的條件進行電鍍，電鍍24小時后，形成鎳鎢合金支撐襯底16。

上述方案中，步驟9中所述將藍寶石襯底從氮化鎵基片上剝離，采用氟化氪激光剝離設備實現。