发明内容
本发明旨在提出一种具有低串联电阻和良好p型欧姆接触的GaN基LED制作方法。
本发明解决上述问题的技术方案为:一种GaN基LED芯片制作方法,包括步骤:1)提供一GaN基LED外延片;2)清洁所述GaN基LED外延片,并将其干燥;3)在所述外延片p-GaN表面上沉积一镓空位诱导层;4)将前述GaN 基LED外延片进行退火;5)去除所述GaN 基LED外延片表面的镓空位诱导层;6)在经过以上处理的GaN 基LED外延片上制作p型欧姆接触层以及P、N电极;7)将所述GaN 基LED外延片分割成LED芯粒。
所述步骤2)中包含HCl清洗,BOE清洗,王水清洗。
在步骤3)中,所述镓空位诱导层的材料选自Ni、Pt、Au、Ag、Pd中的一种或其组合。优选地,所述镓空位诱导层为Ni/Au金属薄膜,其厚度为10~20nm,其中Ni,Au厚度比大于1:10且小于1:1。在
步骤4)中,所述退火温度介于500~650°C之间,气氛为氮气、氧气或者空气。
在步骤5)中,Ni/Au金属薄膜的去除方法为:先将所述GaN基LED外延片置于KI或者王水中去除Au层,然后用稀硝酸去除Ni层。
在步骤6)中,所述p型欧姆接触层为透明导电的材料或者具有高反射性的p型镜面反射结构。
本发明的创新在于,镓空位诱导层退火降低了电极与p-GaN的接触势垒、芯片电压,同时退火之后将镓空位诱导层去除,如此并不影响GaN基LED的出光效率。本方法既适用于采用透明材料做p型接触电极的GaN水平发光器件,亦适用于采用高反射系数材料做p型接触电极的GaN垂直或者倒装发光器件。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地从说明书中变得显而易见,或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
具体实施方式
下面将结合示意图对本发明的LED芯片的作方法进行更详细的描述,其中表示了本发明的优选实施例,应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明,而仍然实现本发明的有利效果。因此,下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道,而并不作为对本发明的限制。
下面各实施例公开了一种GaN基LED芯片的制作方法,其主要对p-GaN表面进行处理:先在p-GaN上形成一层镓空位诱导层,进行退火处理从而提高p-GaN的空穴载流子浓度,再去除该镓空位诱导层,一方面防止该层的吸光作用,另一方面直接在P-GaN上制作p型欧姆接触层,其接触效果更佳。如图1所示,该制备方法包括下面步骤:
步骤S01:提供一LED外延片,该LED外延片包括n-GaN层、发光层和p-GaN层;
步骤S02:清洁、干燥所述LED外延片, 包括HCl清洗,BOE清洗和王水清洗;
步骤S03:在所述外延片p-GaN表面上沉积一镓空位诱导层;
步骤S04:将前述GaN 基LED外延片进行退火,提高p-GaN表面空穴浓度;
步骤S05:去除所述GaN 基LED外延片表面的镓空位诱导层;
步骤S06:制作p型欧姆接触层以及P、N电极;
步骤S07:分割外延片,形成LED芯片。
在上述方法中,镓空位诱导层主要用于提高p-GaN表面的镓空位浓度,以降低p电极与p-GaN的接触电阻,其材料可选自Ni、Pt、Au、Ag、Pd中的一种或其组合,如可选用Ni/Au、Ni/Ag、Pt/Ni/Au、Cr/Au、Pd/Au、Pt/Ru、Pt等。退火氛围可为空气、氧气、氮气或组合气体。
在一些实施例中,在p-GaN表面上沉积Ni/Au,在氮气环境中500℃退火。其中Ni/Au层的厚度为10~20nm,Ni,Au厚度比介于1:10与1:1之间。
在一些实施例中,在p-GaN表面上沉积Pt/Ni/Au,在氮气环境中300℃退火。
在一些实施例中,在p-GaN表面上沉积Pd/Au,在氮气环境中600℃退火。
下面通过实施例对本发明的更多细节做说明。
【实施例一】
一种GaN基LED芯片的制作方法具体实施步骤如下:
如图2所示,提供待制作的GaN外延片100(下称样品),包括生长衬底101、n-GaN层102,发光层103、p-GaN层104,将样品经过HCl、BOE、王水清洗,并进行干燥处理。
如图3所示,使用离子溅射或真空电子束蒸发镀膜设备在样品p-GaN表面沉积Ni/Au金属薄膜作为镓空位诱导层200,Ni的厚度为3nm,Au的厚度为10nm。
如图4所示,将样品置于高温炉管中退火,气氛为氮气,温度为500°C。
如图5所示,将样品先后置于KI、稀硝酸溶液,去除p-GaN表面上的Ni/Au。
制作p型欧姆接触层以及P、N电极。首先,采用黄光微影在外延片上定义芯片的n电极区,利用ICP刻蚀技术蚀刻此区域至n-GaN层;接着,利用离子溅射或者真空蒸发镀膜技术,在所述样品上表面上沉积ITO透明导电层300,并采用黄光微影、湿法蚀刻出ITO电流扩展图形;再接着,将样品置于炉管中退火,让ITO与p-GaN实现良好接触;最后分别在透明导电层和n-GaN上制作p、n电极。
如图6所示,将样品经过研磨减薄,劈裂即形成GaN基LED芯片。
在本实施例中,通过在p-GaN表面沉积Ni/Au镓空位诱导层200,经过退火,Ni活化Mg掺杂的p-GaN层,同时由于Ga原子在Au有较高溶解度,退火过程,Ga原子往外扩散至Au层,使得p-GaN表面空穴浓度提高,有利于降低p型欧姆接触电阻,从而降低电压,退火之后将Ni/Au去除,之后做p型欧姆接触层,从而降低了p电极接触电阻的同时又不影响芯片的出光效率。
【实施例二】
本实施例与实施例一的区别在于:本实施例用于形成垂直结构的LED芯片,其于激活的p-GaN表面镓空穴的处理方式与实施例一相同,区别在于后续的芯片工艺,在去除样品表面的Ni/Au镓空位诱导层200后,具体的步骤包括:
首先,在p-GaN表面上制作Ni/Ag/Pt高反射性p型欧姆接触层;
下一步,在整个样品表面沉积Ti/Pt/Au键合金属层,形成镜面金属键合层;
下一步,提供一Si片作为支撑衬底600,在其表面上沉积键合金属层Ti/Pt/Au,利用真空压合设备将样品与Si片键合;
下一步,利用激光剥离设备将样品的生长衬底剥离,裸露出n-GaN层;
下一步,在n-GaN上面制作n电极401,并利用KOH粗化n-GaN层粗表面,以提高出光效率;
最后,将Si片研磨减薄,并沉积背面金属层Ti/Pt/Au作为背面金属电极700,如图7所示,将样品经过劈裂即形成GaN基LED芯片。
从上述实施例可以看出:与常规LED芯片制作方法相比,本方法只需在常规制作方法前做预处理,并不需要增加黄光次数,亦不会影响芯片良率,而且能与各种芯片结构制作方法兼容。
下面制作四个样品进行测试p-GaN层与p电极的接触电阻,其中样品一、三为采用上述实施例二的制备方法处理的LED外延片,样品二、四为采用常规方法(即未采用镓空位诱导层激活P-GaN层表层),分别取三个测试点对此四个样品进行测试,其数据如表1。
表1:Ni/Au退火处理的p-GaN和常规p-GaN与p电极的接触电阻(Ni/Ag/Pt)。
单位(千欧) |
测试点一 |
测试点二 |
测试点三 |
样品
1 |
6.2 |
7.4 |
5.6 |
样品
2 |
37.5 |
30.5 |
32.5 |
样品
3 |
7.2 |
9.2 |
7.2 |
样品
4 |
25 |
24 |
27.5 |
通过实验可知,采用本方法处理得到的GaN基LED芯片的p欧姆接触电阻远远低于常规制作方法得到的芯片,最终制得芯片电压比常规制作方法低0.2V,亮度并没有差异,因此本方法提高了芯片的光电转换效率。