[发明专利]铟镓铝氮半导体发光器件及其制备方法

说明书

发明领域

本发明涉及半导体发光器件的制造。更具体而言，本发明涉及一种基于铟镓铝氮(InGaAlN)薄膜发光器件的制造方法，铟镓铝氮薄膜最初在硅(Si)衬底上生长且随后被转移至新衬底上。

背景技术

铟镓铝氮(InGaAlN，或In_xGa_yAl_1-x-yN，0≤x≤1，0≤y≤1)半导体发光器件，特别是发光二极管(LED)，已经被广泛地应用于诸如全彩大屏幕显示，交通灯，显示背光源和照明等多种应用中。

一般来说，InGaAlN材料在蓝宝石衬底上外延生长且一般被制成横向电极结构的LED。这种器件常常效率低且散热能力弱。此外，由于这些器件中的P型导电层常常吸收一定量的光，因而对横向电极发光器件的光电特性产生不良影响。另外，蓝宝石的高成本和制备困难，使其难以实现低成本的大规模LED生产。

Si衬底价廉且制备容易，所以基于在Si衬底上外延生长的InGaAlN薄膜来制备LED很经济。然而，横向电极结构LED存在一些问题，如芯片面积利用率低、Si衬底和P型电极吸收光等。虽然可以在Si衬底的背面粘附电极以制造垂直电极LED，从而增加芯片面积利用率，但是光吸收问题仍然没有得到解决。此外，InGaAlN外延薄膜中AlN缓冲层的存在常常导致LED更高的工作电压。

可以结合湿法刻蚀和晶片邦定技术，将在Si衬底生长的InGaAlN外延薄膜转移至新的、低电阻的金属衬底上，然后利用被转移的薄膜制备垂直电极LED。这种方法包括压焊新金属衬底至InGaAlN外延薄膜上和湿法刻蚀Si衬底。这样一种方法可以提高LED的发光效率，增加芯片面积利用率并且降低其串联电阻。然而，虽然湿法刻蚀过程自身是简单的一步操作，但前提是金属衬底和压焊金属层都耐Si刻蚀剂的腐蚀。否则，需要耐Si刻蚀液腐蚀的保护金属层。但是，耐Si刻蚀液腐蚀的金属往往价格昂贵。因此，使用湿法刻蚀和晶片邦定相结合的方法可能成本高且复杂。此外，湿法刻蚀去除Si衬底会阻碍P面钝化层的实现，从而限制了LED的性能。

发明内容

本发明所要解决的第一个技术问题是：提供一种铟镓铝氮半导体发光器件的生产方法，该方法在不使用湿法刻蚀的情况下，达到去除Si衬底的目的。

本发明所要解决的第二个技术问题是：提供一种铟镓铝氮半导体发光器件，该器件在去Si衬底的过程中没有使用湿法刻蚀工艺，形成的压焊金属层和金属衬底均无需具有耐Si刻蚀剂的性能要求。

为了解决本发明的第一个技术问题，本发明的一个实施例提供一种铟镓铝氮半导体发光器件的制备方法。该方法包括：

在硅生长衬底上外延生长铟镓铝氮多量子阱半导体发光薄膜，其中所述铟镓铝氮多量子阱半导体发光薄膜包括P型掺杂层，N型掺杂层以及多量子阱发光层；

在所述铟镓铝氮多量子阱半导体发光薄膜上形成金属衬底；

机械研磨所述硅生长衬底，将所述硅生长衬底厚度减薄至2～50μm；以及

应用干法刻蚀技术蚀刻掉所述已减薄的硅生长衬底，由此完成铟镓铝氮多量子阱半导体发光薄膜从所述硅生长衬底至所述金属衬底的转移。

为了解决本发明的第二个技术问题，本发明的一个实施例提供一种铟镓铝氮半导体发光器件。该器件包括金属衬底，位于金属衬底上的InGaAlN多量子阱(MQW)半导体发光薄膜，位于P型掺杂层和金属衬底之间的P型欧姆接触金属层，以及与N型掺杂层相连的N型电极。InGaAlN MQW半导体发光薄膜包括P型掺杂层，位于P型掺杂层上的N型掺杂层，以及位于N型掺杂层和P型掺杂层之间的MQW发光层。此外，InGaAlN MQW半导体发光薄膜在Si生长衬底上外延生长，随后用下面两步操作去除Si生长衬底：机械研磨Si生长衬底，使其厚度减薄至2～50μm，然后利用干法刻蚀技术蚀刻掉已减薄的Si生长衬底。位于P型掺杂层和金属衬底之间的P型欧姆接触金属层；以及与N型掺杂层相连的N型电极。

在该实施例的一个变型中，干法刻蚀技术包括选择性离子反应刻蚀法(RIE)，且InGaAlN MQW半导体发光薄膜和金属衬底都耐RIE腐蚀。

在该实施例的一个变型中，Si生长衬底的电阻大于100Ω·m，且其生长平面和晶体平面的偏斜小于1°