[發明專利]一種垂直結構氮化鎵發光二極管芯片及其制造方法

有效

• 申請號: 201010241753.3
• 申請日: 2010-08-02
• 公開（公告）號: CN102255026A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發明（設計）人: 王鋼;王孟源;童存聲;雷秀錚;江灝
• 申請（專利權）人: 中山大學佛山研究院;佛山市中昊光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/40
• 分類號: H01L33/40;H01L33/12
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產權代理事務所 44271
• 代理人: 趙彥雄

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，具體涉及一種發光二極管芯片及其制造方法，特別涉及一種垂直結構氮化鎵發光二極管芯片及其制造方法。

背景技術

LED芯片一般有兩種基本結構，橫向結構（Lateral）和垂直結構（Vertical）。橫向結構LED芯片的兩個電極在LED芯片的同一側，電流在n-和p-類型限制層中橫向流動不等的距離。垂直結構的LED芯片的兩個電極分別在LED外延層的兩側，由于圖形化電極和全部的p-類型限制層作為第二電極，使得電流幾乎全部垂直流過LED外延層，極少存在橫向流動的電流，因而可以改善平面結構的電流分布問題，提高發光效率；也可以解決P極的遮光問題，提升LED的發光面積。另由于藍寶石基板的導熱系數差，影響?LED的發光效率。為了解決LED的散熱難題，未來可能將主要采用垂直結構LED的架構，促進LED產業的技術發展。

氮化鎵發光二極管（GaN?LED）作為實現固態照明的核心器件，自問世以來其技術發展很快，但是為了快速推廣固態照明的應用，仍然需要在大幅度降低生產成本同時提高GaN?LED的性能。自從美國的旭明光電（SemiLEDs）推出基于激光剝離技術而實現的垂直結構LED芯片以來，目前已證明垂直結構LED芯片具有非常優秀的電流擴展特性、優良的散熱效果、良好的抗靜電能力，以及很高的外量子效率，因而能夠實現更高的流明效率和更可靠、更長的器件壽命。

目前主要有四種方法能夠實現垂直結構GaN?LED技術。第一種方法是SemiLEDs提出的激光剝離藍寶石法，但因其所需的激光剝離設備十分昂貴，而且工藝復雜、控制困難，導致良品率不高。第二種方法是使用機械研磨方式去除藍寶石或是碳化硅（SiC）襯底，但是SiC襯底的硬度十分大，而又由于外延層很薄，導致機械研磨剝離過程的良率不高，而且成本昂貴。第三種方法是先使用機械研磨法使藍寶石、Si（硅）或是SiC襯底減薄，然后對襯底進行打洞，深入到N型GaN，制造電極實現垂直結構器件。該方法雖然避開了前兩種完全剝離技術所引起的工藝難度大、成本高的問題，但是因仍保留一部分襯底，導致出光效率并不能充分體現出垂直結構的特點，整體而言性價比不高。第四種是有文獻報道的用所謂外延犧牲層（比如金屬或是其它介質材料）來生長GaN。但是根據GaN的材料生長特性，要求外延犧牲層具有非常好的晶格匹配和熱化學穩定性，因此如何選擇合適的外延犧牲層材料以及制造工藝，是當前研究的熱點前沿。

氮化鎵發光二極管（GaN-LED?）作為實現固態照明的核心器件，外量子效率低是其進一步發展的一個主要障礙。為改善GaN-LED的外量子效率，多年來人們作了大量的研究工作，使用TCL（Transparent?Conductive?Layer，透明導電層）是目前所知提高外量子效率最有效的一種方法。

目前GaN-LED的TCL主要采用Ni/Au（鎳金合金）或是ITO(Indium?Tin?Oxides，錫摻雜的銦錫氧化物膜)材料，鍍膜方法為電子束蒸發。Ni/AuTCL為了保障電流均勻擴散，要求TCL有一定的厚度，而在保障了電流擴散均勻的情況下，Ni/Au在可見光波段的光透過率最高僅為76%，這極大限制了Ni/Au?TCL在背光源、大功率照明等領域的應用。而對于ITO?TCL，雖已證明其具有高可見光透光率和較低的電阻率，并且已大量應用在光電器件行業，然而ITO中的重原子In（銦）在中高溫下容易擴散，從而導致ITO?TCL的性能變差，使得其在大功率應用領域受到限制。同時In還是貴重稀缺金屬，在未來固態照明普遍使用下，將面臨資源枯竭而不可維系的問題。

ZnO（氧化鋅）材料不僅具有與GaN幾乎完全匹配的晶格，還具有很高的可見光透過率，較低的電阻率等特性，而且還具有原料價格低廉、材料無毒環保等特點，是未來取代Ni/Au和ITO，成為新一代TCL的主要可選材料。但是，目前ZnO?TCL的生長大多數使用濺射技術，不能精準控制外延的薄膜質量和形貌結構，僅能滿足基本的導電和透明特性。

綜上所述，現有垂直結構氮化鎵發光二極管芯片及其制造方法需要改進。

發明內容

本發明所要解決的技術問題之一是提供一種垂直結構氮化鎵發光二極管芯片。

為解決上述技術問題，本發明采用如下技術方案：