CN101174660A - P型氮化镓电极的制备方法 - Google Patents

P型氮化镓电极的制备方法 Download PDF

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Abstract

一种P型氮化镓电极的制备方法，包括如下步骤：在蓝宝石衬底上外延Mg掺杂P型氮化镓基体；在Mg掺杂P－GaN基体上电子束蒸发半透明电极欧姆接触层Ru/Ni；在半透明电极欧姆接触层Ru/Ni上电子束蒸发一层粘附层Ni；在粘附层Ni上电子束蒸发一层高发射镜Ag；在高发射镜Ag上电子束蒸发一层阻挡层Pt；在阻挡层Pt上键合保护层Au，其作用是防止金属电极的氧化和污染。完成P型氮化镓电极的制备。

Description

P型氮化镓电极的制备方法
技术领域
本发明用于光电子器件制造技术领域，具体涉及到GaN基功率型发光二极管(LED)中P-GaN的电极体的及制备方法。
背景技术
在GaN基功率型LED器件制备中，由于P-GaN掺杂浓度较低和缺少功函数比P-GaN功函数(7.5eV)更高的金属或金属体系，使得空穴难以隧穿肖特基势垒，导致P-GaN金属电极很难形成低欧姆接触电阻，同时有高透射和高反射、热稳定性良好等性能。
一般传统P-GaN金属电极由高反电极Ni/Au或透明导电氧化物(ITO)层加高反射镜Ag和保护层Au组成，Ni/Au/Ag/Au金属化P-GaN电极由Mg掺杂P-GaN层、半透明电极欧姆接触层Ni/Au、高反射镜层Ag和保护层Au组成，虽然该种金属体系具有低欧姆接触电阻，其电阻率可达到10-6Ω·cm2，但该Ni/Au/Ag/Au金属化P-GaN电极对于450-460nm的透过率仅为73.8％，剩余发出的光在电极内部被吸收转化为热能，造成电极的热稳定性变差；没有阻挡层Pt，保护层在长期工作条件或高温情况下容易内扩散，造成高反射镜Ag的退化，使得器件光的提取效率降低、漏电流和接触电阻增大，电极的热稳定性变差，严重影响器件的长期可靠性。ITO外镀高反射镜Ag电极由Mg掺杂P-GaN层、ITO透明电极欧姆接触层、高反射镜层Ag和保护层组成，ITO对于光的吸收较小(10-4-10-6量级)，对于455-460nm蓝光的透射率可以达到97％，但是ITO透明电极欧姆接触层与Mg掺杂P-GaN层的接触电阻大、驱动电压较高且热稳定性差。因此，现有的电极体系不能满足GaN基功率型LED制备过程中P-GaN电极的低比接触电阻率，同时具有高透射率和高的反射率，热稳定性好等性能要求。
发明内容
本发明目的在于，提供一种P型氮化镓电极的制备方法，提高了GaN基功率型发光二极管的可靠性，解决了P-GaN电极难以形成低比接触电阻率，同时具有高透射率和高反射率，热稳定性好等优点。
本发明一种P型氮化镓电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在蓝宝石衬底上外延Mg掺杂P型氮化镓基体；
步骤2：在Mg掺杂P-GaN基体上电子束蒸发半透明电极欧姆接触层Ru/Ni，电极剥离后，进行合金化处理；
步骤3：在半透明电极欧姆接触层Ru/Ni上电子束蒸发一层粘附层Ni，粘附层Ni能够增加半透明电极欧姆接触层Ru/Ni的粘附强度；
步骤4：在粘附层Ni上电子束蒸发一层高发射镜Ag，高反射镜Ag的主要作用是充当高反射的反射镜，电极对455-460nm光线反射率为84％，增加电极的出光效率；
步骤5：在高发射镜Ag上电子束蒸发一层阻挡层Pt，在高温或者长期工作条件下，阻挡层Pt能阻止键合保护层Au的内扩散，防止欧姆接触电阻和反向漏电增加及高反射镜Ag的退化，提高P-GaN金属电极热稳定性；
步骤6：在阻挡层Pt上键合保护层Au，其作用是防止金属电极的氧化和污染。
其中半透明欧姆接触层Ru/Ni的厚度为
Figure A20061011419000071
和
Figure A20061011419000081
经过在O2∶N2＝1∶2气氛中，温度350℃保温8min，然后升温到500℃保5min的合金化处理后，半透明电极欧姆接触层Ru/Ni对455-460nm光线的透射率为91.5％。
其中粘附层Ni的厚度为
Figure A20061011419000082
反射镜Ag的厚度为
Figure A20061011419000083
增加电极的黏附强度，提高电极的热稳定性。
其中阻挡层Pt的厚度为
Figure A20061011419000084
保护层Au的厚度为其可防止欧姆接触电阻增大、反向漏电增加、高反射镜Ag的退化和热稳定性变差。
其中粘附层Ni、高反射镜Ag、阻挡层Pt和键合保护层Au为依次在电子束蒸发腔室一次蒸发完成，避免制备的金属电极的氧化和污染，提高P-GaN电极的长期可靠性。
本发明采用本发明的P型氮化镓电极的制备方法制备的电极，同时满足了低比接触电阻率、高透射率和高反射率、热稳定性良好的要求。在Mg掺杂P-GaN基体1表面电子束蒸发半透明欧姆接触层Ru/Ni，在O2∶N2＝1∶2气氛中，温度350℃保温8min，然后升温到500℃保温5min的合金化处理后，电极对450-460nm光线透射率91.5％和反射率为84％。然后依次的电子束蒸发粘附层Ni、高反射镜Ag、阻挡层Pt和键合保护层Au。器件测试结果表明：在其它工艺相同情况下，P-GaN电极采用该体系和传统电极体系制作的功率型LED进行对比，在工作电流350mA下，工作电压下降9.5％，输出光功率提高28.7％，出光效率提高18％。
附图说明
为进一步说明本发明的具体技术内容，以下结合实施例及附图详细说明如后，其中：
图1为本发明P型氮化镓电极结构示意图。
具体实施方式
本发明所述电极由键合保护层Au6、阻挡层Pt5、高反射镜Ag4、粘附层Ni3、半透明欧姆接触层Ru/Ni2和Mg掺杂P-GaN层1等构成，如图1所示，本发明的一种P型氮化镓电极的制备方法具体制备步骤如下：
1)用普通金属有机化学气相沉积(MOCVD)或分子束外延生长(MBE)方法在蓝宝石衬底10上制备厚度为1μm，Mg掺杂浓度为5*1017cm-3的P-GaN基体1；
2)样品用化学清洗方法进行清洗：丙酮棉球擦洗、王水浸泡15min、HCl∶H2O＝1∶1浸泡5min、乙醇煮沸5min和去离子水冲洗，清洗后用干N2吹干，达到除去材料生长以及储运过程中表面的氧化物、有机离子、金属微颗粒和水汽的目的；
3)把处理完成的样品迅速的放入到电子束蒸发台反应室中，把反应室的真空度抽到10-5Pa以下，在温度为96℃、速率为
Figure A20061011419000101
蒸发
Figure A20061011419000102
的Ru和温度为99℃以速率
Figure A20061011419000103
蒸发
Figure A20061011419000104
的Ni，电极剥离；
4)电极剥离后，把样品放入退火炉中，在O2∶N2＝1∶2气氛中，先在温度350℃保温8min，然后升温到500℃，保温5min进行合金化处理，减小半透明欧姆接触层Ru/Ni2能与掺杂P-GaN基体1的欧姆接触电阻，提高半透明欧姆接触层Ru/Ni2对455-460nm光线的透射率；
5)经过合金化处理的样品，采用常规卡尔休斯(Karl Suss)光刻机，光刻出P-GaN基片的加厚电极后，迅速放入到电子束蒸发台反应室中，反应室的真空度抽到10-5Pa以下，依次分别蒸发粘附层Ni3、高反射镜Ag4、阻挡层Pt5、键合保护层Au6，即在温度为96℃以速率
Figure A20061011419000105
蒸发
Figure A20061011419000106
的Ni，在温度为93℃以速率
Figure A20061011419000107
蒸发
Figure A20061011419000108
的Ag，在温度为95℃以速率蒸发
Figure A20061011419000112
的Pt，在温度为95℃以速率
Figure A20061011419000113
蒸发
Figure A20061011419000114
的Au，取出样品进行剥离和清洗；
6)用环形传输线(TLM法)测得其比接触电阻率为4.7*10-5Ωcm2，用日立4100分光光度计测得电极的透射率91.5％和反射率为84％。

Claims (5)

1.一种P型氮化镓电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1：在蓝宝石衬底上外延Mg掺杂P型氮化镓基体；
步骤2：在Mg掺杂P-GaN基体上电子束蒸发半透明电极欧姆接触层Ru/Ni，电极剥离后，进行合金化处理；
步骤3：在半透明电极欧姆接触层Ru/Ni上电子束蒸发一层粘附层Ni，粘附层Ni能够增加半透明电极欧姆接触层Ru/Ni的粘附强度；
步骤4：在粘附层Ni上电子束蒸发一层高发射镜Ag，高反射镜Ag的主要作用是充当高反射的反射镜，电极对455-460nm光线反射率为84％，增加电极的出光效率；
步骤5：在高发射镜Ag上电子束蒸发一层阻挡层Pt，在高温或者长期工作条件下，阻挡层Pt能阻止键合保护层Au的内扩散，防止欧姆接触电阻和反向漏电增加及高反射镜Ag的退化，提高P-GaN金属电极热稳定性；
步骤6：在阻挡层Pt上键合保护层Au，其作用是防止金属电极的氧化和污染。
2.根据权利要求1所述的一种P型氮化镓电极的制备方法，其特征在于，其中半透明欧姆接触层Ru/Ni的厚度为Ru25 和Ni25
Figure A2006101141900003C2
，经过在O2∶N2＝1∶2气氛中，温度350℃保温8min，然后升温到500℃保温5min的合金化处理后，半透明电极欧姆接触层Ru/Ni对455-460nm光线的透射率为91.5％。
3.根据权利要求1所述的一种P型氮化镓电极的制备方法，其特征在于，其中粘附层Ni的厚度为1000
Figure A2006101141900003C3
，反射镜Ag的厚度为1000
Figure A2006101141900003C4
，增加电极的黏附强度，提高电极的热稳定性。
4.根据权利要求1所述的一种P型氮化镓电极的制备方法，其特征在于，其中阻挡层Pt的厚度为5000
Figure A2006101141900003C5
，保护层Au的厚度为3000，其可防止欧姆接触电阻增大、反向漏电增加、高反射镜Ag的退化和热稳定性变差。
5.根据权利要求1所述的一种P型氮化镓电极的制备方法，其特征在于，其中粘附层Ni、高反射镜Ag、阻挡层Pt和键合保护层Au为依次在电子束蒸发腔室一次蒸发完成，避免制备的金属电极的氧化和污染，提高P-GaN电极的长期可靠性。
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