[发明专利]一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，具体涉及一种发光二极管芯片及其制造方法，特别涉及一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片及其制造方法。

背景技术

LED芯片一般有两种基本结构，横向结构（Lateral）和垂直结构（Vertical）。横向结构LED芯片的两个电极在LED芯片的同一侧，电流在n-和p-类型限制层中横向流动不等的距离。垂直结构的LED芯片的两个电极分别在LED外延层的两侧，由于图形化电极和全部的p-类型限制层作为第二电极，使得电流几乎全部垂直流过LED外延层，极少存在横向流动的电流，因而可以改善平面结构的电流分布问题，提高发光效率；也可以解决P极的遮光问题，提升LED的发光面积。另由于蓝宝石基板的导热系数差，影响 LED的发光效率。为了解决LED的散热难题，未来可能将主要采用垂直结构LED的架构，促进LED产业的技术发展。

氮化镓发光二极管（GaN LED）作为实现固态照明的核心器件，自问世以来其技术发展很快，但是为了快速推广固态照明的应用，仍然需要在大幅度降低生产成本同时提高GaN LED的性能。自从美国的旭明光电（SemiLEDs）推出基于激光剥离技术而实现的垂直结构LED芯片以来，目前已证明垂直结构LED芯片具有非常优秀的电流扩展特性、优良的散热效果、良好的抗静电能力，以及很高的外量子效率，因而能够实现更高的流明效率和更可靠、更长的器件寿命。

目前主要有四种方法能够实现垂直结构GaN LED技术。第一种方法是SemiLEDs提出的激光剥离蓝宝石法，但因其所需的激光剥离设备十分昂贵，而且工艺复杂、控制困难，导致良品率不高。第二种方法是使用机械研磨方式去除蓝宝石或是碳化硅（SiC）衬底，但是SiC衬底的硬度十分大，而又由于外延层很薄，导致机械研磨剥离过程的良率不高，而且成本昂贵。第三种方法是先使用机械研磨法使蓝宝石、Si（硅）或是SiC衬底减薄，然后对衬底进行打洞，深入到N型GaN，制造电极实现垂直结构器件。该方法虽然避开了前两种完全剥离技术所引起的工艺难度大、成本高的问题，但是因仍保留一部分衬底，导致出光效率并不能充分体现出垂直结构的特点，整体而言性价比不高。第四种是有文献报道的用所谓外延牺牲层（比如金属或是其它介质材料）来生长GaN。但是根据GaN的材料生长特性，要求外延牺牲层具有非常好的晶格匹配和热化学稳定性，因此如何选择合适的外延牺牲层材料以及制造工艺，是当前研究的热点前沿。

氮化镓发光二极管（GaN-LED ）作为实现固态照明的核心器件，外量子效率低是其进一步发展的一个主要障碍。为改善GaN-LED的外量子效率，多年来人们作了大量的研究工作，使用TCL（Transparent Conductive Layer，透明导电层）是目前所知提高外量子效率最有效的一种方法。

目前GaN-LED的TCL主要采用Ni/Au（镍金合金）或是ITO(Indium Tin Oxides，锡掺杂的铟锡氧化物膜)材料，镀膜方法为电子束蒸发。Ni/AuTCL为了保障电流均匀扩散，要求TCL有一定的厚度，而在保障了电流扩散均匀的情况下，Ni/Au在可见光波段的光透过率最高仅为76%，这极大限制了Ni/Au TCL在背光源、大功率照明等领域的应用。而对于ITO TCL，虽已证明其具有高可见光透光率和较低的电阻率，并且已大量应用在光电器件行业，然而ITO中的重原子In（铟）在中高温下容易扩散，从而导致ITO TCL的性能变差，使得其在大功率应用领域受到限制。同时In还是贵重稀缺金属，在未来固态照明普遍使用下，将面临资源枯竭而不可维系的问题。

ZnO（氧化锌）材料不仅具有与GaN几乎完全匹配的晶格，还具有很高的可见光透过率，较低的电阻率等特性，而且还具有原料价格低廉、材料无毒环保等特点，是未来取代Ni/Au和ITO，成为新一代TCL的主要可选材料。但是，目前ZnO TCL的生长大多数使用溅射技术，不能精准控制外延的薄膜质量和形貌结构，仅能满足基本的导电和透明特性。

综上所述，现有垂直结构氮化镓发光二极管芯片及其制造方法需要改进。

发明内容

本发明所要解决的技术问题之一是提供一种垂直结构氮化镓发光二极管芯片。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：