CN101937957A

CN101937957A - 氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法

Info

Publication number: CN101937957A
Application number: CN 201010251508
Authority: CN
Inventors: 郭恩卿; 刘志强; 汪炼成; 伊晓燕; 王莉; 王国宏
Original assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Current assignee: Institute of Semiconductors of CAS
Priority date: 2010-08-11
Filing date: 2010-08-11
Publication date: 2011-01-05

Abstract

一种氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法，包括如下步骤：步骤1：取一具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片，将该具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片上的外延层的四周刻蚀，形成台面，该台面是LED的发光区域；步骤2：在台面上及外延层的四周，并覆盖部分外延层四周的上表面制作绝缘薄膜；步骤3：在绝缘薄膜上及覆盖外延层的上表面制作P电极；步骤4：然后用键合或电镀的方式，在P电极的上表面制作转移衬底；步骤5：采用激光剥离去除外延片中的蓝宝石衬底；步骤6：在去除衬底后的外延层的表面制作N电极，完成氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作。

Description

氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法

技术领域

本发明属于半导体技术领域，特别是指氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法。

背景技术

GaN基LED的器件结构，主要经历了正装结构、倒装结构，以及目前广为国际上重视的垂直结构三个主要阶段。本质上讲，前两种器件结构——倒装结构、正装结构均没有摆脱蓝宝石衬底对器件结构设计的束缚。2004年开始，垂直结构得到了人们的广泛关注，垂直结构通过热压键合、激光剥离(LLO)等工艺，将GaN外延结构从蓝宝石转移到Cu、Si等具有良好电、热传导特性的衬底材料上，器件电极上下垂直分布，从而彻底解决了正装、倒装结构GaN基LED器件中因为电极平面分布、电流侧向注入导致的诸如散热，电流分布不均匀、可靠性等一系列问题。因此，垂直结构也被称为是继正装、倒装之后的第三代GaN基LED器件结构，很有可能取代现有的器件结构而成为GaN基LED技术主流。

垂直结构LED的发光效率是最重要的一个技术指标，进一步提高其发光效率是LED走向通用照明领域的必经之路，也是目前面临的一个最大的技术难题。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构制作的方法。即在P型氮化镓芯片台面上特定区域加入绝缘薄膜阻挡电流的注入，该区域正好与N电极图形重合。在同样的注入电流下该设计能加强N电极周围区域的电流注入，降低了N电极下方无用的电注入发光，从而提高了发光效率。

本发明提供一种氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片，将该具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片上的外延层的四周刻蚀，形成台面，该台面是LED的发光区域；

步骤2：在台面上的外延层的四周制作侧壁绝缘薄膜，在外延层的部分上表面区域制作电极绝缘薄膜；

步骤3：在台面的整个上表面制作P电极，该P电极覆盖电极绝缘薄膜、侧壁绝缘薄膜和外延层的上表面；

步骤4：然后用键合或电镀的方式，在P电极的上表面制作转移衬底；

步骤5：采用激光剥离去除外延片的蓝宝石衬底；

步骤6：在去除衬底后的外延层的部分表面区域制作N电极，该部分表面区域是电极绝缘薄膜的正上方，完成氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离的制作。

其中P电极的材料是镍、银、铂、钯、金或ITO，或镍、银、铂、钯、金、ITO中的几种材料的组合。

其中转移衬底的材料为铜、铜-钨合金、镍或硅。

其中绝缘薄膜和绝缘薄膜的材料是氧化硅、氮化硅、氧化铝或绝缘的聚合物。

其中N电极的材料是Ti、Al、Cr、ITO、Pd或Au，或Ti、Al、Cr、ITO、Pd、Au中的几种材料的组合。

其中N电极的图形与绝缘薄膜的图形相同或相近，并且能上下相套。

其中N电极的图形面积占台面总面积的1％至30％。

附图说明

为使审查员能进一步了解本发明的结构、特征及其目的，以下结合附图及较佳具体实施例的详细说明如后，其中：

图1是本发明的蓝宝石衬底上的芯片台面示意图。

图2为本发明的芯片台面在制作完绝缘薄膜图形后的示意图。

图3是本发明的芯片台面在制作完P电极和转移衬底后的示意图。

图4是本发明的芯片台面在进行激光剥离去蓝宝石衬底后的示意图。

图5是本发明的芯片台面在制作完N电极后的示意图。

具体实施方式

请参阅图1-图5所示，本发明提供一种氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法。，包括如下步骤：

步骤1：取一具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片100(图1中)，利用光刻和刻蚀技术，将该具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片100上的外延层40的四周刻蚀，形成台面501(图1中)，该台面501是LED的发光区域，刻蚀的方法包括ICP刻蚀、RIE刻蚀和激光划刻；

步骤2：在台面501上的外延层40的四周制作绝缘薄膜20，在外延层40的部分上表面区域制作绝缘薄膜10(图2中)，绝缘薄膜20和绝缘薄膜10的材料是氧化硅、氮化硅介质膜、氧化铝或绝缘的聚合物；

步骤3：在台面501的整个上表面制作P电极30，该P电极30覆盖绝缘薄膜10、绝缘薄膜20和外延层40的上表面，该P电极30的材料是镍、银、铂、钯、金或ITO，或镍、银、铂、钯、金、ITO中的几种材料的组合；

步骤4：然后用键合或电镀的方式，在P电极30的上表面制作转移衬底60，该转移衬底60的材料为铜、铜-钨合金、镍或硅，转移衬底60的厚度在80um至1000um之间；

步骤5：采用激光剥离去除外延片100的蓝宝石衬底50，该激光的能量密度要足以使蓝宝石衬底50完全脱离外延层40；

步骤6：在去除衬底50后的外延层40的部分表面区域制作N电极70，该部分表面区域是绝缘薄膜10的正上方，该N电极70的材料是Ti、Al、Cr、ITO、Pd或Au，或Ti、Al、Cr、ITO、Pd、Au中的几种材料的组合，该N电极70的图形与在台面501内的绝缘薄膜10的图形相同或相近，并且能上下相套。该N电极70的图形面积占台面501总面积的1％至30％，完成氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离的制作。

本发明关键在于使N电极的图形与台面内外延层上的绝缘薄膜图形重合。通过精确的光刻对准工艺实现N电极图形与绝缘薄膜图形重合，使更多的电流注入能出光的区域来提高芯片的发光效率。

请参阅图1及图2所示，本发明提供一种氮化镓基垂直结构发光二极管电极新结构的制作方法，包括：

步骤1：取一具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片100，将该具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片100上的外延层40的四周刻蚀，形成台面501，该台面501是LED的发光区域；

步骤2：在台面501上的外延层40的四周制作绝缘薄膜20，在外延层40的部分上表面区域制作绝缘薄膜10；

步骤3：在台面501的整个上表面制作P电极30，该P电极30覆盖绝缘薄膜10、绝缘薄膜20和外延层40的上表面；

步骤4：然后用键合或电镀的方式，在P电极30的上表面制作转移衬底60；

步骤5：采用激光剥离去除外延片100的蓝宝石衬底50；

步骤6：在去除衬底50后的外延层40的部分表面区域制作N电极70，该部分表面区域是绝缘薄膜10的正上方，完成氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离的制作。

用此方法设计制作的电极能提高垂直结构氮化镓LED的发光效率。

实施例

请参阅图1及图2所示，本发明种氮化镓基垂直结构发光二极管电极新结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤1：取一具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片100，通过光刻技术和ICP刻蚀技术将该具有蓝宝石衬底的氮化镓LED外延片100上的外延层40的四周刻蚀，形成1000um*1000um的台面501，该台面501是LED的发光区域；

步骤2：利用PECVD技术在台面501上沉积2000埃SiO2层，然后通过光刻和腐蚀的办法形成所需要的图形，这样就能在外延层40的四周形成绝缘薄膜20，在外延层40的部分上表面区域形成绝缘薄膜10；

步骤3：通过电子束蒸发技术在整个台面501的上表面沉积金属薄膜Ni/Ag/Ni，其厚度是10/2000/500埃，该金属薄膜就是P电极30，该P电极30覆盖绝缘薄膜20与外延层40的上表面；

步骤4：选用酸性硫酸铜电镀液在P电极30的上表面电镀金属铜，镀层的厚度为300um，该镀层就是转移衬底60，至此该结构已经具备了蓝宝石衬底50和转移衬底60；

步骤5：采用激光剥离技术去除外延片100的蓝宝石衬底50，其中激光束为能量密度是800mj/cm²，大小为1100*1100um的激光光斑，该能量密度要能够使衬底50完全脱离外延层40，但同时不能太大以免对外延层40造成破坏；

步骤6：通过光刻技术、电子束蒸发技术和金属剥离技术在去除衬底50后的外延层40的表面沉积金属薄膜Cr/Au，其厚度是100/3000埃，该金属薄膜就是N电极70，该N电极70位于绝缘薄膜10的正上方，该N电极70的图形与绝缘薄膜10的图形相同或相近，并且能上下相套，完成氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离的制作。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims

1.一种氮化镓基垂直结构发光二极管电极结构的制作方法，包括如下步骤：

步骤5：采用激光剥离去除外延片的蓝宝石衬底；

2.根据权利要求1所述的氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离方法，其中P电极的材料是镍、银、铂、钯、金或ITO，或镍、银、铂、钯、金、ITO中的几种材料的组合。

3.根据权利要求1所述的氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离方法，其中转移衬底的材料为铜、铜-钨合金、镍或硅。

4.根据权利要求1所述的氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离方法，其中绝缘薄膜和绝缘薄膜的材料是氧化硅、氮化硅、氧化铝或绝缘的聚合物。

5.根据权利要求1所述的氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离方法，其中N电极的材料是Ti、Al、Cr、ITO、Pd或Au，或Ti、Al、Cr、ITO、Pd、Au中的几种材料的组合。

6.根据权利要求1所述的氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离方法，其中N电极的图形与绝缘薄膜的图形相同或相近，并且能上下相套。

7.根据权利要求1所述的氮化镓基垂直结构发光二极管芯片隔离方法，其中N电极的图形面积占台面总面积的1％至30％。