[发明专利]一种垂直结构氮化镓基发光元件的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体发光元件的制作方法，更具体地是一种垂直结构氮化镓基发光元件的制作方法。

背景技术

近年来，为了提高氮化镓（GaN）基发光二极管的发光功率和效率，在传统水平结构GaN基发光二极管芯片技术的基础上，发展了基于衬底转移的垂直结构GaN基发光二极管芯片技术，例如在蓝宝石衬底上外延沉积GaN基发光外延层，然后把发光外延层通过晶圆键合或电镀技术键合或者黏结到半导体基板或金属基板上，再把蓝宝石衬底用激光剥离、研磨或者蚀刻方式去除。这样一方面可以通过在GaN基发光外延层和基板之间加一个反射镜来提高反射率，另一方面由于GaN基材料的氮极性面容易通过化学腐蚀方法获取粗糙的出光面构造，以上两方面使垂直结构GaN基发光二极管具有更高的出光效率，同时衬底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垂直结构GaN基发光二极管在大电流应用上具有较大的优势。

图1~6展示了一种传统垂直结构GaN基发光二极管元件制作过程，其制作方法具体如下：

如图1所示，利用MOCVD在临时衬底100上（例如蓝宝石或碳化硅）上依次成长n型氮化镓基半导体层111，发光层112及p型氮化镓基半导体层113；

如图2所示，利用黄光微影技术及电感耦合等离子体干蚀刻技术（ICP）将芯粒与芯粒间的外延打穿，形成电学隔离区；

如图3所示，利用黄光微影技术及真空电子束蒸发镀膜在分离后的芯粒上制作高反射电极230，作为P型氮化镓基欧姆接触电极；

如图4所示，利用真空电子束蒸发镀膜沉积一层键合金属240，利用晶元键合设备将临时衬底上的外延层与导电衬底102键合，以及利用激光剥离技术将生长衬底剥离；

如图5所示，利用KOH液粗化N型氮化镓基外延层，并在其上制作N型氮化镓基欧姆接触电极，并作为N极性焊线电极；

如图6所示，减薄导电衬底，并利用真空电子束蒸发镀膜在元件背面沉积一层背面金属，以作为P型焊线电极，然后切割导电衬底，分开芯粒。

上述传统垂直结构GaN基发光二极管芯片制程复杂，制程良率低，主要有以下几点：第一，由于键合界面不平整导致键合良率低；第二，由于芯粒与芯粒间的隔离区存在缝隙，导致激光剥离生长衬底时发生半导体层边缘破裂等状况；第三，多道黄光微影工艺，导致整体良率较低。

发明内容

本发明旨在提供一种垂直结构氮化镓基发光元件的制作方法，其采用离子注入、激光剥离等手段完成主要工艺步骤。其中，利用离子注入技术在p型氮化镓基外延层上形成芯粒与芯粒间的隔离区，但此隔离区域仅是利用离子注入使其钝化绝缘，并无外延材料上的损失，可保证外延层表面的平整。利用此方法形成隔离区，可使整体制程简化，能有效解决上述传统垂直结构氮化镓基LED芯片制程良率低的问题。

一种垂直结构氮化镓基发光元件的制作方法，包括步骤：提供一临时衬底，在其上外延生长氮化镓基发光外延层，并且所述氮化镓基发光外延层自下而上包括：n型层，发光层和p型层；在所述发光外延层上定义绝缘区，利用离子注入法将所述绝缘区的发光外延层钝化绝缘；在所述发光外延层上依次形成金属反射镜、金属键合层；提供一导电衬底，将其与临时衬底上的发光外延层键合；移除所述临时衬底，露出一发光外延层的表面；在所述露出的发光外延层表面上定义切割道，所述切割道位于绝缘区内，利用激光划片沿所述切割道将发光外延层分割为一系列单元，从导电衬底的背面劈裂形成芯粒。

在本发明中，临时衬底采用蓝宝石、碳化硅、硅、氮化铝、氮化镓其中的一种或者组合；导电衬底采用硅、碳化硅、氧化锌、锗、铜、镍、钴、钨其中的一种或者组合；以到达n型层为最低注入深度，最佳注入深度为整体外延深度，利用离子注入法将所述绝缘区的发光外延层纯化绝缘；在所述发光外延层的整个上表面上形成金属反射镜；所述切割道的面积小于绝缘区的面积，所述形成的芯粒的侧壁由钝化绝缘的发光外延层保护；为了提高萃取效率，在移除临时衬底之后，还可以在露出的发光外延层表面做粗化处理。

在本发明的垂直结构氮化镓基发光元件的制作方法中，先将切割道部分的发光外延层绝缘化，使得切割道部分的PN结被隔离，并保证外延层表面的平整，在后续制作步骤中针对切割道的处理，都不会造成芯片短路或者漏电。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。