CN103137793A - 一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法 - Google Patents

Abstract

一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法，涉及半导体光电器件。本发明方法包括步骤：①在蓝宝石衬底上外延生长GaN基外延层；②在p型GaN基半导体层上沉积多层介质膜，去除部分区域的多层介质膜，露出p型GaN半导体层表面；③在多层介质膜及暴露的p型GaN半导体层上表面沉积欧姆接触金属层；④在欧姆接触金属层上表面沉积电镀种子层；⑤在电镀种子层上表面形成金属衬底；⑥将蓝宝石衬底去除，并将器件倒置；⑦在n型GaN基半导体层上表面沉积p型电极；⑧在金属衬底下表面沉积n型电极。本发明采用多层介质膜进一步提高垂直结构发光二极管p型GaN欧姆接触层的反射率，从而有效提高GaN基垂直结构发光二极管的光提取效率。

Description

一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法

技术领域

本发明涉及半导体光电器件，特别是采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法。 

背景技术

发光二极管由于具有低能耗、长寿命、重量轻、体积小等优点，其应用领域越来越广阔，目前发光二极管在汽车内外灯光、显示器背光、室外景观照明，便携式***闪光灯、投影仪光源、广告灯箱、电筒、交通灯等都有广泛应用。由于蓝宝石衬底价格低以及技术相对成熟，目前GaN基外延生长多数还是以蓝宝石衬底为生长衬底。然而由于蓝宝石不导电，所以GaN基发光二极管多数采用电极在同一侧的横向结构。对于这种横向结构有以下几个方面的缺点，首先由于p、n电极在发光二极管的同一侧，电流在n-GaN层中横向流动不等距，存在电流拥堵现象，导致局部发热量高，从而可靠性受到影响；其次，横向结构需要刻蚀台面，牺牲了有源区的面积；第三，由于蓝宝石衬底的导热性差(35W/(m·K))，还限制了GaN基发光器件的散热。为了克服以上问题，GaN基垂直结构发光二极管成为近年来研究的热点。 

现有技术中，垂直结构发光二极管首先通过键合或电镀的方法将转移衬底(高热导率、高热导率衬底)与GaN基外延片粘合在一起，然后通过准分子激光剥离的方法去除原先的蓝宝石衬底，最后经过切割分离形成垂直结构发光二极管。对于垂直结构发光二极管，在p型GaN表面制作具有高反射率、低比接触电阻率的欧姆接触层是影响其光提取效率的重要环节。当前，制作GaN基垂直结构发光二极管，p型欧姆接触多采用具有高反射率的金属，比如Ag，但是众所周知Ag的粘附性较差，所以在镀Ag之前必须预镀一层粘附层，然而由于粘附层的引入，势必会降低反射率，另一方面，随着温度的升高金属扩散加剧，金属扩散后势必也会影响反射率，从而影响发光二极管的光提取效率。 

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法。它采用多层介质膜进一步提高垂直结构发光二极管p型GaN欧姆接触层的反射率，从而有效提高GaN基垂直结构发光二极管的光提取效率。 

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现： 

一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法，它包括步骤：

①在蓝宝石衬底上外延生长GaN基外延层，GaN基外延层从下至上依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN半导体层；

②在p型GaN基半导体层上沉积多层介质膜，去除部分区域的多层介质膜，露出p型GaN半导体层表面；

③在多层介质膜及暴露的p型GaN半导体层上表面沉积具有高反射率的欧姆接触金属层；

④在欧姆接触金属层上表面沉积电镀种子层；

⑤在电镀种子层上表面通过电镀的方式形成金属衬底；

⑥将蓝宝石衬底去除，并将器件倒置；

⑦在n型GaN基半导体层上表面沉积p型电极；

⑧在金属衬底下表面沉积n型电极。

在上述垂直结构发光二极管制作方法中，所述外延生长GaN基外延层是通过金属有机气相化学沉积MOCVD方法形成。 

在上述垂直结构发光二极管制作方法中，所述沉积多层介质膜采用蒸发、溅射或者化学沉积的方法形成；多层介质膜的制备材料选自SiO2、TiO2、ZnS、ZrO2、Ta2O5、PbF2、MgF2或者Al2O3；去除部分区域的多层介质膜采用湿法或干法刻蚀的方法。 

在上述垂直结构发光二极管制作方法中，所述沉积具有高反射率的欧姆接触金属层后，对欧姆接触金属层进行退火处理，退火温度300-550℃，退火时间3-20min；欧姆接触金属层的材料包含NiAgTiAu、NiAgPtAu、NiAgNiAu、NiAgWAu金属体系。 

在上述垂直结构发光二极管制作方法中，所述电镀种子层的制备材料采用Au、Ni、Cu、Ta、Ti及其合金。 

在上述垂直结构发光二极管制作方法中，所述去除蓝宝石衬底的方式采用激光剥离、研磨或者湿法腐蚀；所述p型电极、n型电极的沉积方式采用蒸镀或溅射的方法。 

本发明由于采用了上述制作方法，利用多层介质高反射膜合并金属高反射膜作为垂直结构发光二极管的高反射欧姆接触层，可有效的减小Ag之前的预镀金属膜对反射率的影响，同时，也可有效的减少金属扩散对反射率的影响，从而可有效的增加垂直结构发光二极管的光提取效率。 

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。 

附图说明

图1至图7为本发明制作方法的流程示意图。 

具体实施方式

本发明方法的制作步骤如下： 

①首先，如图1所示，在蓝宝石衬底100上异质外延生长GaN基外延层101，GaN基外延层101从下至上依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN基半导体层。

②如图2所示，采用电子束蒸发方法在GaN基外延层101上沉积多层介质膜102，多层介质膜102选用SiO2与TiO2材质，厚度分别为75nm与40nm，一共沉积10对，并通过传统的光刻刻蚀工艺，暴露出部分p型GaN半导体层表面以作为导电通道。 

③如图3所示，采用电子束蒸发方法在多层介质膜102以及暴露出的部分p型GaN半导体层表面沉积欧姆接触金属层103，选用Ni/Ag/Ni/Au，厚度为1.5/300/200/300nm，然后在氮气气氛下400℃退火10min，使欧姆接触金属层103与p型GaN半导体层形成良好的欧姆接触并使其余多层介质膜102及部分暴露的p型GaN半导体层具有更好的结合力。 

④如图4所示，采用电子束蒸发方法在反射型欧姆接触金属层103上，沉积电镀种子层104，选用Ti/Cu，厚度为200/300nm。 

⑤如图5所示，通过电镀工艺在电镀种子层104上形成200um的金属衬底105。 

⑥如图6所示，用248nm的准分子激光器进行蓝宝石衬底100的剥离，去掉蓝宝石衬底100，所用激光能量密度980mJ/cm2，并将器件倒置。 

⑦如图7所示，采用电子束蒸发方法在n型GaN基半导体层上沉积n型电极106，在金属衬底105背面沉积p型电极107，均选用Cr/Au，厚度为100/2000nm。 

Claims (6)

1.一种采用多层介质膜反射的垂直结构发光二极管制作方法，它包括步骤：

①在蓝宝石衬底(100)上外延生长GaN基外延层(101)，GaN基外延层(101)从下至上依次包括n型GaN基半导体层、活性层和p型GaN半导体层；

②在p型GaN基半导体层上沉积多层介质膜(102)，去除部分区域的多层介质膜(102)，露出p型GaN半导体层表面；

③在多层介质膜(102)及暴露的p型GaN半导体层上表面沉积具有高反射率的欧姆接触金属层(103)；

④在欧姆接触金属层(103)上表面沉积电镀种子层(104)；

⑤在电镀种子层(104)上表面通过电镀的方式形成金属衬底(105)；

⑥将蓝宝石衬底(100)去除，并将器件倒置；

⑦在n型GaN基半导体层上表面沉积p型电极(107)；

⑧在金属衬底(105)下表面沉积n型电极(106)。

2.根据权利要求1所述的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，所述外延生长GaN基外延层(101)是通过金属有机气相化学沉积MOCVD方法形成。

3.根据权利要求1或2所述的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，所述沉积多层介质膜(102)采用蒸发、溅射或者化学沉积的方法形成；多层介质膜(102)的制备材料选自SiO2、TiO2、ZnS、ZrO2、Ta2O5、PbF2、MgF2或者Al2O3；去除部分区域的多层介质膜(102)采用湿法或干法刻蚀的方法。

4.根据权利要求3所述的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，所述沉积具有高反射率的欧姆接触金属层(103)后，对欧姆接触金属层(103)进行退火处理，退火温度300-550℃，退火时间3-20min；欧姆接触金属层(103)的材料包含NiAgTiAu、NiAgPtAu、NiAgNiAu、NiAgWAu金属体系。

5.根据权利要求4所述的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，所述电镀种子层(104)的制备材料采用Au、Ni、Cu、Ta、Ti及其合金。

6.根据权利要求5所述的垂直结构发光二极管制作方法，其特征在于，所述去除蓝宝石衬底(100)的方式采用激光剥离、研磨或者湿法腐蚀；所述p型电极(107)、n型电极(106)的沉积方式采用蒸镀或溅射的方法。

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