[发明专利]一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种GaN基半导体发光器件及其制造方法，特别是一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件及其制造方法。

背景技术

目前大多数的GaN基外延主要是生长在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石导电性能差，普通的GaN基发光器件采用横向结构，即两个电极在器件的同一侧，电流在N-GaN层中横向流动不等的距离，存在电流堵塞，产生热量；另外，蓝宝石衬底的导热性能低，因此限制了GaN基器件的发光功率及效率。

将蓝宝石去除将发光器件做成垂直结构可以有效解决散热、出光以及抗静电等问题，目前，较受推崇的当属采用激光剥离蓝宝石衬底(LLO，LaserLift-off)方法。为防止激光剥离过程导致外延裂缝的产生，需要在剥离前将各单元GaN基发光器件彼此隔开，现在一般的做法是按一定的间隔干法蚀刻去除GaN基外延层或采用激光划开GaN外延层的方式形成多个独立分隔的单元GaN基发光器件。然而，这样的做法有存在如下问题：首先，GaN基外延层总厚度一般在4-10μm之间，若单纯通过干法蚀刻去除全部GaN基外延层，则存在蚀刻工艺实现困难及重复性差等缺点，而且很难判断GaN基外延层是否完全去除干净，因此很难实现各单元GaN基发光器件的绝对分隔，导致激光剥离过程裂缝的产生率将会很高；其次，若单纯采用激光划开GaN外延层形成分隔的多个GaN基发光器件，虽然容易实现绝对的隔离，但会引入因激光导致的GaN基发光器件电学和光学性能的退化；另外，在激光剥离蓝宝石衬底过程中，激光是采取扫描照射的方式，激光束交叠照射区域容易产生裂缝，此处的裂缝和损伤将有可能延伸并破坏其发光器件。

发明内容

为解决上述问题，降低激光剥离过程裂缝的发生率和保护发光器件的性能，本发明旨在提出一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件及其制造方法。

本发明解决上述问题采用一种应用合成分隔法激光剥离GaN基发光器件的制造方法，包括下列步骤：

1)在蓝宝石衬底上生长具有N半导体层、活性层和P半导体层结构的GaN基外延膜；

2)采用合成分隔法分离各单元GaN基发光器件，即采用干法蚀刻按预定的间隔去除部分GaN基外延层，在蓝宝石衬底上形成两种不同尺寸的多个单元GaN基发光区，其中，较大尺寸区域保留作为发光器件，较小尺寸区域作为激光剥离牺牲区，牺牲区尺寸在40～200μm之间，干蚀刻形成的凹槽深度在0.5～2μm之间，凹槽宽度在5～20μm之间，在激光剥离牺牲区用激光并列先后按一定的间隔划开两道，隔离激光剥离牺牲区，并分隔各单元GaN基发光器件，激光波长小于GaN半导体材料的发光波长，包含266nm和355nm波长的激光；采用合成分隔法最主要的目的是可以保证各单元GaN基发光器件间的绝对分隔，降低激光剥离过程裂缝的产生率，另一方面，在各单元GaN基发光器件间预留区域作为激光剥离牺牲区，并与单元发光器件作隔离，目的是完全保护发光器件，即避免在激光剥离过程中，激光束交叠照射产生的裂缝延伸并破坏其发光器件。

3)在P半导体层顶部形成欧姆接触及金属反射层，其反射金属膜材料优选Ag，厚度在80-300nm之间，也可以由Al、Ag、Ni、Au、Cu、Pd、Rh金属所形成的任一种合金制成，可以通过高温退火改善金属膜与P半导体层的欧姆接触特性和附着力，至此，在激光剥离牺牲区形成金属环裹绕；这个设计的作用是在后续激光剥离激光剥离牺牲区的GaN外延残骸可以很容易随金属环的蚀刻而被去除。

4)在凹槽内沉积钝化膜，填平凹槽，钝化膜材料是SiO₂或Si₃N₄等绝缘材料，厚度在0.5～2μm之间；

5)在金属反射层上沉积多层金属膜，此多层金属层的作用主要是保护反射金属膜；

6)通过粘接材料将GaN基外延连接到支撑部件上，支撑部件具有良好的导热和导电性能，支撑部件由GaAs、Ge、Si，Cu其中任一材料制成；

7)通过LLO方法将蓝宝石衬底与GaN基发光器件分离；

8)通过化学蚀刻将激光剥离牺牲区的金属环去除，随之对应区域的氮化物半导体材料残骸也一起除去；

9)清洁并蚀刻去除顶部部分GaN半导体层，去除凹槽对应位置的N层半导体材料；

10)沉积钝化膜，钝化膜材料是SiO₂或Si₃N₄等绝缘材料，厚度在80～500nm之间；