[发明专利]一种具有倒置式N电极分布的薄膜GaN基发光器件的制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及薄膜GaN LED器件的制造方法，尤其是一种具有倒置式N电极分布的薄膜GaN基发光器件的制造方法。 

背景技术

目前为提高GaN芯片的发光功率及效率，一般在芯片制造工艺上采用衬底转移技术予于实现，例如：在蓝宝石衬底上通过MOCVD沉积GaN基薄膜，然后把GaN基薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上，再把蓝宝石衬底用激光剥离方法去除；或者在SiC或者Si衬底上沉积GaN基薄膜，然后把GaN基薄膜通过晶圆键合技术或电镀技术黏结到半导体或金属基板上，再把SiC或者Si衬底用化学腐蚀方法去除。这样一方面可以通过在外延薄膜和基板之间加一个反射层，另一方面由于氮极性面的GaN上容易通过光化学腐蚀方法获取粗糙的出光面，以上两方面使薄膜GaN芯片具有更高的出光效率，同时转移后的基板具有优良的导热特性，因此转移到散热基板上的GaN基薄膜芯片在大电流应用上具有较大的优势。 

然而，去除生长衬底后暴露的GaN薄膜表面一般为氮极性面，而氮极性面的欧姆接触特性与镓极性面不同，例如：镓极性面的N型GaN的欧姆接触电极一般采用Ti/Al欧姆接触电极，而氮极性面的N型GaN的接触电极若仍然采用Ti/Al电极，则在初始时间，Ti/Al与N型GaN呈现出比镓极性面更优的欧姆接触特性，但经过150度(芯片制程及封装制程的典型温度)左右的温度后，其 接触特性即劣化为肖特基接触，表现为其正向工作电压升高，严重制约了薄膜GaN芯片的光效。关于其形成原因的探讨较具有代表性的有：Hyunsoo Kim等人(APPLIED PHYSICS LETTERS 93，192106，2008)认为是氮空位与表面镓空位以及C、O原子反应导致表面氮空位减少；Ho Won Jang等人(APPLIED PHYSICSLETTERS 94，182108，2009)认为是体内的氮原子向表面扩散补偿了氮空位导致表面氮空位减少。目前为止，这两个研究团队亦未提出在氮极性面上制作N型GaN欧姆接触电极的有效方法。Philips Lumileds Lighting Company推出的薄膜倒装(TFFC)发光二极管，其N型欧姆接触电极仍然制作在镓极性面N型GaN上，即可以继续沿用Ti/Al欧姆接触电极，因此TFFC的一个显著优点是可以完全避开上述讨论氮极性面的问题，但因薄膜上P、N电极需要分别黏结在基板上对应的正负电极区域，因此对芯片倒装技术要求较高；另为避免激光剥离蓝宝石衬底薄膜破裂，需要保证薄膜表面在激光剥离蓝宝石瞬间承受均匀的冲击力，因此在激光剥离蓝宝石衬底前需要在薄膜与倒装粘结基板之间填充介质，而介质缓冲材料填充的一致性难以控制，影响器件的成品率。 

发明内容

为解决上述因氮面N型GaN上欧姆接触电极易受温度裂化所导致的薄膜GaN基发光器件工作电压的可靠性问题，本发明创新地提出一种具有倒置式N电极分布的薄膜GaN基发光器件的制造方法。 

本发明是这样实现的，一种具有倒置式N电极分布的薄膜GaN基发光器件的制造方法，包括步骤： 

1)在蓝宝石衬底(0001)上依次外延生长N型GaN基半导体层、活性层和P型GaN基半导体层以构成GaN基LED发光材料； 

2)采用干法或湿法蚀刻去除部分区域的P型GaN基半导体层、活性层，裸露出镓面N型GaN基半导体，露出的区域形成相互连通的第一凹槽； 

3)在P型GaN基半导体表面沉积P型欧姆接触电极； 

4)在第一凹槽内沉积相互连通的N型欧姆接触条状电极； 

5)填充绝缘材料裹住N型欧姆接触电极并与P型欧姆接触电极上表面平齐； 

6)在P型欧姆接触电极及绝缘材料上方沉积上焊接金属，包含Au或者Au的合金； 

7)经过上述步骤形成的GaN基外延膜连接到导热基板上； 

8)将蓝宝石衬底剥离去除，露出氮面N型GaN半导体； 

9)采用干法或湿法蚀刻去除部分区域的N型GaN半导体，裸露出部分N型欧姆接触条状电极、绝缘材料及剩余厚度的GaN基外延，露出的区域形成第二凹槽； 

10)在第二凹槽内沉积N焊盘金属； 

11)在导热基板下表面沉积下电极。