[发明专利]一种制备氮化镓基垂直结构发光二极管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体光电子器件制造技术领域，具体涉及一种采用选择性合金电镀方法制备氮化镓基垂直结构发光二极管(VE-LED)的方法。

背景技术

发光二极管作为固态照明光源，具有光电转换效率高、绿色环保、寿命长、响应速度快、色彩丰富、全固体化、体积小等优点，是人类照明史上继爱迪生发明白炽灯之后的又一次革命。虽然近些年氮化镓基功率型发光二极管的发光效率得到了很大程度上的提高，但与完全替代传统光源的要求还相距甚远。目前，量子效率、电流分布均匀性和器件散热能力已经成为制约发光二极管性能进一步提高的主要技术瓶颈。

垂直结构发光二极管技术解决了传统蓝宝石衬底上氮化镓基发光二极管存在的诸如散热，电流聚集以及出光效率低的一系列问题，是清除上述照明应用障碍的最有潜力的技术之一，成为近些年氮化镓基发光二极管领域研究的热点。与传统平面结构比较，垂直结构氮化镓基发光二极管具有电流分布一致性好，有源区利用率高，电流密度小，串联电阻小等优势；另外，通过采用低热阻衬底材料，使得垂直结构与传统结构发光二极管芯片相比散热更高效，从而增加了器件最大工作电流和饱和输出功率。

垂直结构中的使用电镀镍钨合金作为新型支撑衬底，改善了芯片在传统蓝宝石衬底上散热不佳，蓝宝石衬底与氮化镓之间热失配度较大，蓝宝石衬底导电性能差等一系列问题。

在制作氮化镓基功率型垂直结构发光二极管时，采用厚胶作为掩蔽层，然后用ICP干法刻蚀的方法形成台面，厚胶掩蔽层减小了ICP干法刻蚀过程对发光有源区的损伤和器件的漏电的大小。光阻材料填充跑道的引入，避免了激光剥离过程中暴露的有源区造成器件短路的隐患。P，N电极分居于氮化镓基片的两侧，有别于P，N电极位于氮化镓基片同侧的传统发光二极管器件，有效地解决了电流扩展不均的问题。在发光二极管器件的氮化镓基片中，电镀镍钨合金衬底可以改善发光二极管的散热和导电性能，减小了衬底与氮化镓之间的热失配度的差别，同时避免键合工艺中温度和压力对基片的影响。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是在于提供一种采用选择性合金电镀方法制备氮化镓基垂直结构发光二极管的方法，以制备垂直结构发光二极管中的支撑衬底，改变蓝宝石衬底较差的导电和散热性能对发光二极管电学以及光学性能的影响，减小衬底与氮化镓之间的热失配度的差别。

(二)技术方案

为达到上述目的，本发明提供了一种制备氮化镓基垂直结构发光二极管的方法，该方法包括：

步骤1：在蓝宝石衬底1上依次外延生长N-GaN层2、有源层3和P-GaN层4；

步骤2：在P-GaN层4上涂敷一层光刻胶形成掩蔽层5，光刻该掩蔽层5形成台面掩蔽区，露出P-GaN层4的部分上表面6；

步骤3：刻蚀该上表面6直至蓝宝石衬底1的上表面，形成台面7；

步骤4：去除剩余的掩蔽层5形成氮化镓基片，并对该氮化镓基片进行清洗；

步骤5：在清洗后的氮化镓基片表面淀积一层钝化层8，光刻形成P电极区域10；

步骤6：在形成P电极区域10的氮化镓基片表面蒸发镍/钌，并进行金属剥离和合金，形成透明电极镍/钌11；

步骤7：光刻腐蚀出P型加厚电极区域13，蒸发金属并去除光刻胶，形成加厚的电极铬/银/金14；

步骤8：在跑道中填充光阻材料15，然后在P型氮化镓4的表面电镀镍/钨合金，形成镍钨合金支撑衬底16；

步骤9：将蓝宝石衬底从氮化镓基片上剥离，得到镍钨合金支撑衬底的垂直结构发光二极管基片；

步骤10：在得到的镍钨合金支撑衬底的垂直结构发光二极管基片的背面光刻和腐蚀出N电极区域18，蒸发金属并进行金属剥离，形成N电极铬/银/金19。

上述方案中，步骤2中所述在P-GaN层4上涂敷一层光刻胶，涂敷的是一层厚胶，其厚度至少为50微米。

上述方案中，步骤2中所述露出P-GaN层4的部分上表面6，是P-GaN层4上表面靠近周边的部分。

上述方案中，步骤6中所述合金，具体包括：将表面蒸发镍/钌的氮化镓基片放入退火炉中进行合金，合金氛围为氮气∶氧气＝2∶1(体积比)，温度为500摄氏度。

上述方案中，步骤8中所述在跑道中填充光阻材料15采用光刻方式实现。

上述方案中，步骤8中所述电镀，具体包括：将在跑道中填充完光阻材料15的氮化镓基片在镍钨合金电镀液中，以电流密度500mA，温度80℃的条件进行电镀，电镀24小时后，形成镍钨合金支撑衬底16。

上述方案中，步骤9中所述将蓝宝石衬底从氮化镓基片上剥离，采用氟化氪激光剥离设备实现。