[发明专利]一种基于衬底剥离的氮化镓基发光器件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种氮化镓基发光器件的制作方法，特别是一种基于衬底剥离的氮化镓基发光器件的制作方法。

背景技术

氮化镓(GaN)基化合物半导体是目前商业化生产蓝、绿光和紫外光发光二极管的重要材料。传统的GaN基材料主要是外延生长在蓝宝石衬底上，但蓝宝石衬底的导热性能较差，导致GaN基发光二极管器件的可靠性降低。对此问题较好的解决方法是剥离蓝宝石衬底。

现有剥离蓝宝石衬底的方法主要有两种：激光剥离法(Laser Lift-Off，LLO)和湿法蚀刻牺牲层剥离法。

激光剥离法是采用紫外脉冲激光透过蓝宝石衬底背面照射GaN基外延层和蓝宝石衬底界面，使得界面附近一定厚度范围内的GaN基外延层发生热分解，从而实现蓝宝石衬底与GaN基外延层的分离。激光剥离法是目前普遍采用的衬底剥离技术，但该方法在应用过程中会产生热冲击，导致外延层损伤、破裂并且形成粗糙的剥离界面。

湿法蚀刻牺牲层剥离法是指通过湿法蚀刻外延层与蓝宝石衬底之间的牺牲层实现蓝宝石衬底与外延层的分离。传统的湿法蚀刻牺牲层一般在生长GaN基外延层之前，先在蓝宝石衬底上生长一非GaN基材料系的牺牲层(同时作为缓冲层)，然后在芯片制作过程中，使用特定的溶液蚀刻该牺牲层，而对于GaN基外延层则不发生蚀刻，通过选择性蚀刻牺牲层即可实现GaN基外延层与蓝宝石衬底的分离。采用该方法可以获得无损伤的剥离效果及平滑的界面，较激光剥离法更加优越。目前已知的牺牲层材料有TiN(中国专利申请号200710003186.6)和CrN(J-S Ha，S.W.Lee，H-J Lee，et al.，The Fabrication of VerticalLight-Emitting Diodes Using Chemical Lift-Off Process，IEEE Photon.Technol.Lett.，Vol.20，No.3，pp175-177，2008)。然而，对于传统的湿法蚀刻牺牲层剥离法，由于所采用的牺牲层与GaN基外延层属于不同材料系，即互为异质，当以该牺牲层作为缓冲层并在其上生长GaN基外延层时，异质缓冲层会导致晶体质量变差，对于发光器件，更会降低其内量子效率，从而导致发光效率降低。

发明内容

本发明旨在提出一种基于衬底剥离的氮化镓基发光器件的制作方法，以GaN基材料作为湿法蚀刻牺牲层并同时作为发光层材料外延生长的缓冲层，通过采用同质牺牲层(缓冲层)，制作出基于湿法蚀刻牺牲层剥离衬底的氮化镓基发光器件，同时，保持较高的发光层晶体质量。

本发明解决其问题所提出的一种基于衬底剥离的氮化镓基发光器件的制作方法，包括步骤：

1)以蓝宝石作为外延生长衬底，在其上依次外延生长缓冲层、湿法蚀刻停止层、发光层，其中，缓冲层为未掺杂的GaN基材料，湿法蚀刻停止层为p型GaN基材料，发光层依次至少包括n型GaN基外延层、有源层和p型GaN基外延层；

2)定义发光台面区域和切割道区域，并采用干法蚀刻去除切割道区域上的p型GaN基外延层、有源层以及部分的n型GaN基外延层，暴露出n型GaN基外延层；

3)在发光台面区域的p型GaN基外延层上制作一多层金属组合，多层金属组合覆盖p型GaN基外延层；

4)采用光辅助电化学蚀刻去除切割道区域的n型GaN基外延层，并且使得蚀刻停止于湿法蚀刻停止层；

5)制作一湿法蚀刻保护层，使其完全覆盖发光层侧壁；

6)采用干法蚀刻去除切割道区域上的湿法蚀刻停止层和缓冲层；

7)制作一永久性衬底，使其与发光台面区域的多层金属组合实现接合；

8)采用光辅助电化学蚀刻去除发光台面区域的缓冲层，使得蓝宝石衬底和发光台面区域的外延层实现分离；

9)采用干法蚀刻去除发光台面区域的湿法蚀刻停止层，暴露出n型GaN基外延层；

10)制作电极，包括分别在永久性衬底上制作一正电极，在n型GaN基外延层之上制作一负电极。