CN109755356B - 一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，包括如下步骤：a)将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗；b)将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀；c)沉积一层二氧化硅；d)去除二氧化硅层；e)对N型GaN外延层外露的表面进行等离子体处理；f)形成N型欧姆接触；g)将GaN外延片进行衬底剥离、键合、电极焊盘制作，并测试芯片的正向电压。可有效防止后续高温键合对N型欧姆接触产生不利影响而导致电压升高的现象，有效改善键合后欧姆接触性能降低、芯片电压升高的现象，提高产品良率和器件的光电性能，提升器件光电参数和使用寿命。

Description

一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法
技术领域
本发明涉及光电子技术领域，具体涉及一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法。
背景技术
LED因具有节能、环保、寿命长、体积小、响应速度快、抗振性好等优点，自问世以来便受到各界专家学者的广泛认可，成为21 世纪最具发展潜力的高技术领域之一。其中，蓝光LED的出现使白光照明成为了可能，近几年白光LED已逐步走入各行各业、千家万户，逐渐被人们熟知和认可。
蓝光LED芯片从最初的蓝宝石衬底水平结构发展至目前的硅衬底新型垂直结构，不但增加了芯片的导热性能，加快热量传输，使衬底散热更快，延长使用寿命，而且电流扩展性能好、发光效率更高，利于大功率器件的实现，但这种新型垂直结构也同时存在一些缺点，如N电极吸光造成外量子效率低，特别是在高电流注入下尤为明显。为改善这一缺陷，人们发明将N电极从P型接触面垂直贯穿内置于芯片结构中，直接与基底N型GaN层接触，同时采用绝缘材料将芯片两个电极分离开，这种结构有效改善了N电极对光子的吸收效应，同时增强了电流扩展，利于高电流注入下电流密度的均匀性。但该技术的缺点在于内置N电极的制作是在晶圆键合前完成，因此需经过高温键合过程，容易导致N型欧姆接触产生退化、电压升高。
目前尚无有关改善发光二极管内置N电极欧姆接触特性的相关技术，通用的方法为严格控制键合温度，防止键合过程对N型欧姆接触造成伤害，但由于多种因素的影响，实际并不能百分之百避免，导致实际量产过程中产品质量的不稳定、一致性差。
发明内容
本发明为了克服以上技术的不足，提供了一种操作简便、效率高、对芯片无污染，可有效改善键合后欧姆接触性能降低、芯片电压升高的现象，提高产品良率和器件的光电性能的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法。
本发明克服其技术问题所采用的技术方案是：
一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，包括如下步骤：
a)将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗，去除GaN外延片表面污染物和氧化物；
b)将化学清洗后的GaN外延片表面的正面蒸镀反射镜，将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀，直至N型GaN外延层露出；
c)利用等离子体增强化学气相沉积法在GaN外延片正面沉积一层二氧化硅，形成绝缘层；
d)去除N型GaN外延层表面沉积的二氧化硅层；
e)利用反应离子刻蚀法对N型GaN外延层外露的表面进行等离子体处理；
f) 在N型GaN外延层表面蒸镀N电极，形成N型欧姆接触；
g)将 GaN外延片进行衬底剥离、键合、电极焊盘制作，并测试芯片的正向电压。
优选的，上述步骤c)中的二氧化硅层的厚度为0.5-1.5μm。
优选的，上述步骤c)中的沉积中温度为150-220℃，功率为20-30W，沉积时间为20-25min。
优选的，上述步骤d)中的采用光刻法或腐蚀法去除N型GaN外延层表面沉积的二氧化硅层。
优选的，步骤e)中反应气体为
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE002
或Ar或
Figure 100002_DEST_PATH_IMAGE004
。
优选的，步骤e)中等离子体处理功率为40-100W，处理时间3-10min。
优选的，步骤f)中N电极中包含Cr、Al、Ti、Pt、Au。
优选的，步骤f)中采用电子束蒸镀法和电极剥离法在N型GaN外延层表面蒸镀N电极或采用磁控溅射法和电极剥离法在N型GaN外延层表面蒸镀N电极。
优选的，步骤f)中N电极厚度为1.0-1.5μm。
优选的，步骤g)中测试正向电压时的测试电流为350mA。
本发明的有益效果是：由于在对N电机蒸镀前的N型GaN外延层表面进行等离子体处理，等离子体轰击N型GaN外延层表面可以有效将污染物和氧化层进行清除，清除干净，操作简便、效率高，对芯片无污染，可有效防止后续高温键合对N型欧姆接触产生不利影响而导致电压升高的现象，有效改善键合后欧姆接触性能降低、芯片电压升高的现象，提高产品良率和器件的光电性能，提升器件光电参数和使用寿命。
具体实施方式
下面对本发明做进一步说明。
一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，包括如下步骤：
a)将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗，去除GaN外延片表面污染物和氧化物；
b)将化学清洗后的GaN外延片表面的正面蒸镀反射镜，将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀，直至N型GaN外延层露出；
c)利用等离子体增强化学气相沉积法在GaN外延片正面沉积一层二氧化硅，形成绝缘层；
d)去除N型GaN外延层表面沉积的二氧化硅层；
e)利用反应离子刻蚀法对N型GaN外延层外露的表面进行等离子体处理；
f) 在N型GaN外延层表面蒸镀N电极，形成N型欧姆接触；
g)将 GaN外延片进行衬底剥离、键合、电极焊盘制作，并测试芯片的正向电压。
由于在对N电机蒸镀前的N型GaN外延层表面进行等离子体处理，等离子体轰击N型GaN外延层表面可以有效将污染物和氧化层进行清除，清除干净，操作简便、效率高，对芯片无污染，可有效防止后续高温键合对N型欧姆接触产生不利影响而导致电压升高的现象，有效改善键合后欧姆接触性能降低、芯片电压升高的现象，提高产品良率和器件的光电性能，提升器件光电参数和使用寿命。
进一步的，步骤c)中的二氧化硅层的厚度为0.5-1.5μm。步骤c)中的沉积中温度为150-220℃，功率为20-30W，沉积时间为20-25min。
进一步的，步骤d)中的采用光刻法或腐蚀法去除N型GaN外延层表面沉积的二氧化硅层。
进一步的，步骤e)中反应气体为
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
或Ar或
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
。步骤e)中等离子体处理功率为40-100W，处理时间3-10min。
进一步的，步骤f)中N电极中包含Cr、Al、Ti、Pt、Au。步骤f)中采用电子束蒸镀法和电极剥离法在N型GaN外延层表面蒸镀N电极或采用磁控溅射法和电极剥离法在N型GaN外延层表面蒸镀N电极。步骤f)中N电极厚度为1.0-1.5μm。
进一步的，步骤g)中测试正向电压时的测试电流为350mA。
下面通过三个实施例对本发明作进一步说明：
实施例1：
其步骤中的工艺参数如下：
（1）将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗，去除GaN外延片表面污染物和氧化物；
（2）将化学清洗后的GaN外延片表面的正面蒸镀反射镜，将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀，直至N型GaN外延层露出；
（3）利用等离子体增强化学气相沉积技术在外延片P面沉积一层0.7μm的二氧化硅作为绝缘层，沉积温度200℃，功率23W，沉积时间20min；
（4）采用光刻法或腐蚀法去除N型GaN表面沉积的二氧化硅层；
（5）利用反应离子刻蚀技术对N型GaN层外露的表面进行等离子体处理，反应气体为O2，功率55W，处理时间5min；
（6）利用电子束蒸镀（或磁控溅射技术）和电极剥离技术在N型GaN表面蒸镀包含Cr、Al、Ti、Pt、Au的N电极，形成N型欧姆接触，N电极总厚度为1.7μm；
（7）N电极制作完成后，后续根据传统工艺完成衬底剥离、键合、电极制作，并在350mA下测试相同结构下未经等离子体处理和经等离子体处理过的芯片正向电压。测量结果如下表所示：
是否等离子体处理 反应气体 测试电流 正向电压
否 — 350mA 3.20
是 O<sub>2</sub> 350mA 2.95
实施例2：
其步骤中的工艺参数如下：
（1）将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗，去除GaN外延片表面污染物和氧化物；
（2）将化学清洗后的GaN外延片表面的正面蒸镀反射镜，将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀，直至N型GaN外延层露出；
（3）利用等离子体增强化学气相沉积技术在外延片P面沉积一层1.0μm的二氧化硅作为绝缘层，沉积温度170℃，功率25W，沉积时间23min；
（4）采用光刻法或腐蚀法去除N型GaN表面沉积的二氧化硅层；
（5）利用反应离子刻蚀技术对N型GaN层外露的表面进行等离子体处理，反应气体为N2，功率75W，处理时间7min；
（6）利用电子束蒸镀（或磁控溅射技术）和电极剥离技术在N型GaN表面蒸镀包含Cr、Al、Ti、Pt、Au的N电极，形成N型欧姆接触，N电极总厚度为4.0μm；
（7）N电极制作完成后，后续根据传统工艺完成衬底剥离、键合、电极制作，并在350mA下测试相同结构下未经等离子体处理和经等离子体处理过的芯片正向电压。测量结果如下表所示：
是否等离子体处理 反应气体 测试电流 正向电压
否 — 350mA 3.22
是 N<sub>2</sub> 350mA 3.01
实施例3：
其步骤中的工艺参数如下：
（1）将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗，去除GaN外延片表面污染物和氧化物；
（2）将化学清洗后的GaN外延片表面的正面蒸镀反射镜，将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀，直至N型GaN外延层露出；
（3）利用等离子体增强化学气相沉积技术在外延片P面沉积一层1.2μm的二氧化硅作为绝缘层，沉积温度150℃，功率30W，沉积时间25min；
（4）采用光刻法或腐蚀法去除N型GaN表面沉积的二氧化硅层；
（5）利用反应离子刻蚀技术对N型GaN层外露的表面进行等离子体处理，反应气体为Ar，功率90W，处理时间10min；
（6）利用电子束蒸镀（或磁控溅射技术）和电极剥离技术在N型GaN表面蒸镀包含Cr、Al、Ti、Pt、Au的N电极，形成N型欧姆接触，N电极总厚度为2.5μm；
（7）N电极制作完成后，后续根据传统工艺完成衬底剥离、键合、电极制作，并在350mA下测试相同结构下未经等离子体处理和经等离子体处理过的芯片正向电压。测量结果如下表所示：
是否等离子体处理 反应气体 测试电流 正向电压
否 — 350mA 3.23
是 Ar 350mA 2.91

Claims (8)

1.一种提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于，包括如下步骤：
a)将在硅衬底上生长完毕的GaN外延片表面进行化学清洗，去除GaN外延片表面污染物和氧化物；
b)将化学清洗后的GaN外延片表面的正面蒸镀反射镜，将蒸镀反射镜后的GaN外延片的正面图形化并进行刻蚀，直至N型GaN外延层露出；
c)利用等离子体增强化学气相沉积法在GaN外延片正面沉积一层二氧化硅，形成绝缘层；
d)去除N型GaN外延层表面沉积的二氧化硅层；
e)利用反应离子刻蚀法对N型GaN外延层外露的表面进行等离子体处理，反应气体为
Figure DEST_PATH_IMAGE002
或Ar或
Figure DEST_PATH_IMAGE004
，等离子体处理功率为40-100W，处理时间3-10min；
f) 在N型GaN外延层表面蒸镀N电极，形成N型欧姆接触；
g)将 GaN外延片进行衬底剥离、键合、电极焊盘制作，并测试芯片的正向电压。
2.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：所述步骤c)中的二氧化硅层的厚度为0.5-1.5μm。
3.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：所述步骤c)中的沉积中温度为150-220℃，功率为20-30W，沉积时间为20-25min。
4.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：所述步骤d)中的采用光刻法或腐蚀法去除N型GaN外延层表面沉积的二氧化硅层。
5.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：步骤f)中N电极中包含Cr、Al、Ti、Pt、Au。
6.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：步骤f)中采用电子束蒸镀法和电极剥离法在N型GaN外延层表面蒸镀N电极或采用磁控溅射法和电极剥离法在N型GaN外延层表面蒸镀N电极。
7.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：步骤f)中N电极厚度为1.0-1.5μm。
8.根据权利要求1所述的提升GaN基发光二极管内置欧姆接触性能的方法，其特征在于：步骤g)中测试正向电压时的测试电流为350mA。
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