[发明专利]GaN基功率型LED的N型欧姆接触电极的制备方法

说明书

技术领域

本发明用于半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及到一种GaN基功率型发光二极管(LED)中N-GaN电极体系设计和制作方法。

背景技术

以InGaN/GaN MQW蓝光芯片激发黄光荧光粉(YAG:Ce³⁺)是最常用的制备白光LED的方法，白光LED具有节能、环保、冷光源、显色指数高、响应速度快、体积小和工作寿命长等突出优点。随着InGaN/GaN MQW蓝光材料的研究深入和功率型白光LED器件制备性能的稳步提高，LED已经从应用于电子产品的背光源、交通灯、显示标志、景观照明走向白光照明等领域，半导体固体照明光源作为新一代照明革命的绿色固体光源显示出巨大的应用潜力。

在制作氮化镓(GaN)基功率型LED时，一般采用二氧化硅(SiO₂)作为掩蔽层，然后等离子气相干法刻蚀方法(ICP)形成N-GaN电极的台面，制作N金属欧姆接触电极，等离子化学气相沉积方法(PECVD)沉积SiO₂掩蔽层过程中对GaN基片的射频损伤大小，以及沉积的SiO₂掩蔽层的致密性和绝缘强度，决定了ICP刻蚀过程对发光有源区的损伤和器件的漏电的大小。N-GaN掺杂浓度比较高，一般采用Ti/Al/Ti/Au作金属电极，容易形成欧姆接触，但是金属Al本身的熔点低、易氧化等不稳定性，以及Al与Au之间的互扩散产生Kirderdall效应，尤其是在长时间工作条件下，Ti层对保护层Au扩散的阻挡作用有限，Au的内扩散都会导致电极热稳定性变差。

发明内容

本发明的目的是在于，提供一种GaN基功率型LED的N型欧姆接触电极的制备方法，提高了GaN基功率型发光二极管的发光效率，解决了在PECVD沉积SiO₂掩蔽层过程中对GaN基片的射频损伤，以及N-GaN电极合金体系热稳定性差等主要技术问题。

本发明一种GaN基功率型LED的N型欧姆接触电极的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1：在蓝宝石衬底上依次外延N-GaN层、有源层和P-GaN层，形成GaN基功率型LED的材料结构；

步骤2：在GaN基功率型LED的材料结构上的P-GaN层上采用PECVD沉积一层厚度的SiO₂掩蔽层，所采用的PECVD的方法沉积SiO₂掩蔽层的方法，具有对GaN基片的射频损伤小，以及沉积SiO₂掩蔽层致密性好和绝缘强度高的优点；

步骤3：用光刻和湿法腐蚀出叉指状N-GaN电极，腐蚀掉SiO₂掩蔽层，暴露需要刻蚀的N-GaN电极台面；

步骤4：去除光刻胶，采用ICP刻蚀出N-GaN电极的台面；

步骤5：湿法去除剩余SiO₂掩蔽层，对ICP刻蚀的GaN基片进行清洗；

步骤6：在经过ICP刻蚀并清洗的GaN基片表面采用PECVD方法沉积一层厚度的SiO₂隔离层，该SiO₂隔离层具有高的致密性和绝缘性，能够阻止在制备的P、N电极之间产生漏电；

步骤7：用光刻和湿法腐蚀出优化设计的N-GaN电极，电子束蒸发叉指状N-GaN电极的金属化体系，优化设计的叉指装N-GaN电极结构解决了ICP刻蚀去掉的有源层对光的损失和增加出光面积之间的矛盾，提高GaN基功率型LED的发光功率，电极剥离；

步骤8：电极剥离后，在温度650℃Ar氛围中进行合金化处3min，减小N-GaN电极与N-GaN层的接触电阻，提高N-GaN电极的热稳定性；

步骤9：用光刻和湿法腐蚀的方法腐蚀掉SiO₂掩蔽层，暴露出P-GaN电极台面；

步骤10：电子束蒸发制备P-GaN半透明电极金属化体系NiAu，电极剥离；

步骤11：电极剥离后，在N₂∶O₂＝2∶1min氛围合金温度500℃进行合金化处理5min，减小P-GaN半透明电极的金属化体系NiAu与P-GaN层之间的欧姆接触电阻，提高P-GaN半透明电极与P-GaN的接触强度和热稳定性；

步骤12：最后光刻出P-GaN加厚电极，电子束依次蒸发P加厚电极的金属化体系NiAu，电极剥离，完成P、N电极的制备；采取先制作N-GaN电极，然后制作P-GaN半透明电极的金属化体系NiAu与P-GaN加厚电极，避免了N-GaN电极在较高温度650℃合金化时键合保护层金的内扩散，以及对P-GaN欧姆电极热稳定性的影响。