CN101075651A - 有电流扩展层和阻挡层的GaN基垂直LED功率芯片制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一有电流扩展层和阻挡层的GaN基垂直LED功率芯片的制备方法，首先在蓝宝石生长衬底上生长一金属层(金、铟、钛等)，在金属层上生长中间媒介层和GaN外延层，在GaN外延层的P－GaN层上生长电流扩展层和第二电极。加温致金属层熔化，分离蓝宝石生长衬底和氮化镓基LED的结构。然后，在氮化镓基LED剥离层生长第一电极。可有效改善电流分布，充分利用发光层的材料，使热源分布和发光强度更加均匀。提高大功率LED倒装芯片的电流密度、电流分布均匀性及散热能力；为此本发明还要提供一种制作该芯片的工艺方法。

Description

有电流扩展层和阻挡层的GaN基垂直LED功率芯片制备方法

技术领域

本发明涉及一种半导体器件的制造工艺方法，特别是涉及一种有电流扩展层和阻挡层的GaN基垂直LED功率芯片的制备方法。

背景技术

大功率高亮度发光二极管(LED)具有取代白炽灯的巨大前途。其出现，大大扩展了LED在各种信号显示和照明光源领域的应用。尤其具有代表性的应用汽车灯和交通信号灯。功率型白光LED已开始用与汽车和飞机内的阅读灯，在便携式照明光源如钥匙灯、手电筒、及矿工灯等产品也得到越来越多的应用。此外，功率型LED在建筑物装饰光源、舞台灯光、商场橱窗、庭院草坪照明等方面的应用也越来越广泛。使用超高亮度功率型红、绿、蓝三基色LED，可制成结构紧凑发光效率比传统白炽灯光源高的多的数字式调色调光光源，配合计算机控制技术，可得到极其丰富多彩的发光效果。超高亮度功率型LED所具有的低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠等优点，在军事上还可作为野战、潜水、航天、航空所需的特种固体光源。

工业上，产生白光的途径之一是利用荧光粉覆盖蓝光LED。蓝宝石晶片被作为生长衬底生长氮化镓基LED。该LED的两个电极在氮化镓外延层的同一侧，面临电流拥塞(currentcrowding)，电流分布不均匀和不能充分利用发光层材料的问题。另外，蓝宝石衬底的导热性能低，这种结构的LED芯片热阻较大。因此，大功率氮化镓基LED急需解决下述问题：(1)散热效率低；(2)成本高；(3)出光效率和发光功率仍需提高。这些问题在很大程度上取决于LED的结构和生长衬底。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种有电流扩展层和阻挡层的GaN高功率芯片的制备方法，它可使大功率LED倒装芯片电流分布均匀，发光层的材料得以充分利用，使LED的电流密度增大，产生的热量减少，出光效率提升，从而提高芯片的质量和性能。

附图说明

图1是所发明垂直LED功率芯片结构示意图。

图2是有电流阻挡层和无电流阻挡层结构的高功率芯片的P-I特性。

图3是有凹凸散射层和无凹凸散射层结构的高功率芯片的P-I特性。

具体实施方式

如图1所示，本发明有电流扩展层和阻挡层的GaN基垂直LED功率芯片，由第一电极、电流扩展层、GaN基LED外延发光层、电流阻挡层和第二电极组成；

GaN外延层包括N-GaN层，发光层和P-GaN层。

对于一般高功率倒装芯片元件，两个电极在氮化镓外延层/蓝宝石生长衬底的同一侧。由于P-GaN层的电阻率高，电流不能均匀分布而大部分电流将局限在其电极之下。另外，当电流自下流上经过P型层然后至发光层以产生光，接着经过N型层而局限在N电极周围，发生电流拥塞现象。

有电流扩展层和阻挡层的GaN高功率倒装芯片结构如图1所示，当电流从第一电极向上流时，因电流扩展层的高导电率可使电流不拥挤在其周围而能均匀将电流横向分布传播至整个元件。在第二电极和N型GaN层之间制作电流阻挡层，亦避免了电流再次拥塞、局限在第二电极周围。当电流从第一电极向上流时，由于电流扩展层，电流得以展开均匀地自下流上经过P-GaN层和发光层，然后经N型层至第二电极，发光层的材料得以充分应用，使电流密度增大，LED工作电压和电阻降低，产生的热量减少，出光效率提高，有效地改善了电流分布，使热源分布和发光强度更加均匀。

图2为有电流阻挡层结构的倒装芯片和无电流阻挡层结构倒装芯片的输出功率-电流特性(P-I)的比较图。对于有电流阻挡层的元件，其光输出在中高电流时(I≥60mA)已有明显改善。前者相对于后者增加了20％～30％。

由图3为有凹凸散射层结构的倒装芯片和无凹凸散射层结构倒装芯片的输出功率-电流特性(P-I)的比较图。对于有凹凸散射层的元件，其光输出在中高电流时(I≥60mA)已有明显改善。前者相对于后者增加了20％～40％。

下面结合一个具体实施例对本发明所述的有电流扩展层和阻挡层的GaN高功率倒装芯片制作工艺方法进行说明：

本发明垂直LED芯片的制备方法包括如下步骤，首先在蓝宝石生长衬底上生长一金属层(金、铟、钛等)，在金属层上生长中间媒介层和GaN外延层，在GaN外延层的P-GaN层上生长电流扩展限制层和第二电极。加温致金属层熔化，分离蓝宝石生长衬底和氮化镓基LED的结构。然后，在氮化镓基LED剥离层生长第一电极。LED倒装芯片制备完成后采用芯片测试机进行测试，分析光、电、热参数。

采用磁控溅射或电子束蒸发生长一金属层(金、铟、钛等)；

在金属层上运用MOCVD(金属有机化学气相淀积)设备外延生长中间媒介层和GaN基外延片；

采用磁控溅射或电子束蒸发在GaN外延层的P-GaN层上生长电流扩展层；电流扩展层为多层金属膜，包括Au、W、Al、Ag、In、Ti、Cu；凹凸散射层的多层金属膜，凹凸形貌结构为：外周尺寸大小1μm～10μm，深度0.3μm～1.5μm。

加温致金属层熔化，分离蓝宝石生长衬底和氮化镓基LED的结构；

采用PECVD(等离子增强化学汽相淀积)生长电流阻挡层；电流阻挡层为SiO₂、TiO₂、Si_xN_y、ZrO₂等介质膜。

由P-GaN层和N-GaN层采用磁控溅射或电子束蒸发分别形成第一、二电极。

Claims (5)

1、一种有电流扩展层和阻挡层的GaN基垂直LED功率芯片的制备方法包括如下步骤，首先在蓝宝石生长衬底上生长一金属层(金、铟、钛等)，在金属层上生长中间媒介层和GaN外延层，在GaN外延层的P-GaN层上生长电流扩展层和第二电极。加温致金属层熔化，分离蓝宝石生长衬底和氮化镓基LED的结构。然后，在氮化镓基LED剥离层生长第一电极。

2、如权利要求1所述的垂直LED功率芯片的制备方法，其特征在于：本发明有电流扩展层和阻挡层的GaN高功率芯片，由第一电极、电流阻挡层、GaN外延层、电流扩展限制层和第二电极组成。

3、如权利要求1所述的GaN高功率芯片的制备方法，其特征在于：所述电流扩展层为多层金属膜，包括Au、W、Al、Ag、In、Ti、Cu各种金属组合。

4、如权利要求1所述的GaN高功率芯片的制备方法，其特征在于：所述电流扩展层为有凹凸散射层的多层金属膜，凹凸形貌结构为：凹、凸横向周期尺寸大小1μm～10μm，深度0.3μm～1.5μm。

5、如权利要求1所述的GaN高功率芯片的制备方法，其特征在于：所述电流阻挡层为SiO₂、TiO₂、Si_xN_y、ZrO₂等介质膜。

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