專利名稱：GaN基功率型LED的N型歐姆接觸電極的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于半導(dǎo)體光電子器件制造技術(shù)領(lǐng)域，具 體涉及到一種GaN基功率型發(fā)光二極管(LED)中N-GaN 電極體系設(shè)計和制作方法。
背景技術(shù)：
以InGaN/GaN MQW藍光芯片激發(fā)黃光熒光粉(YAG:
Ce3 +)是』1常用的制備白光LED的方法，白光LED具有
節(jié)厶匕 目g、環(huán)保、冷光源、顯色指數(shù)高、響應(yīng)速度快、體
積小和工作壽命長等突出優(yōu)點。隨著InGaN/GaN MQW
光材料的研究深入和功率型白光LED器件制備性能
的:t化 穩(wěn)步提高，LED已經(jīng)從應(yīng)用于電子產(chǎn)品的背光源、交
通燈、顯示標志、景觀照明走向白光照明等領(lǐng)域，半
導(dǎo)體固體照明光源作為新 一 代照明革命的綠色固體光
源顯示出巨大的應(yīng)用潛力。
在制作氮化鎵(GaN)基功率型LED時， 一般釆用 二氧化硅(Si02)作為掩蔽層，然后等離子氣相干法刻 蝕方法(ICP)形成N— GaN電極的臺面，制作N金屬 歐姆接觸電極，等離子化學(xué)氣相沉積方法(PECVD)沉 積Si02掩蔽層過程中對GaN基片的射頻損傷大小，以 及沉積的S i 02掩蔽層的致密性和絕緣強度，決定了 ICP 刻蝕過程對發(fā)光有源區(qū)的損傷和器件的漏電的大小。N —GaN摻雜濃度比較高， 一 般采用Ti/Al/Ti/Au作金屬 電極，容易形成歐姆接觸，但是金屬Al本身的熔點低、 易氧化等不穩(wěn)定性，以及Al與Au之間的互擴散產(chǎn)生 Kirderdall效應(yīng)，尤其是在長時間工作條件下，Ti層 對保護層Au擴散的阻擋作用有限，Au的內(nèi)擴散都會導(dǎo) 致電極熱穩(wěn)定性變差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是在于，提供 一 種GaN基功率型LED 的N型歐姆接觸電極的制備方法，提高了 GaN基功率 型發(fā)光二極管的發(fā)光效率，解決了在PECVD沉積Si02 掩蔽層過程中對GaN基片的射頻損傷，以及N — GaN電 極合金體系熱穩(wěn)定性差等主要技術(shù)問題。
本發(fā)明 一 種GaN基功率型LED的N型歐姆接觸電 極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟
步驟l: 在藍寶石襯底上依次外延N-GaN層、有 源層和P-GaN層，形成GaN基功率型LED的材料結(jié)構(gòu)；
步驟2 :在GaN基功率型LED的材料結(jié)構(gòu)上的 P-GaN層上采用PECVD沉積 一 層厚度5 0 0 0 A的Si02 掩蔽層，所采用的PECVD的方法沉積Si02掩蔽層的方 法，具有對GaN基片的射頻損傷小，以及沉積Si02掩 蔽層致密性好和絕緣強度高的優(yōu)點；
步驟3 :用光刻和濕法腐蝕出叉指狀N — GaN電極， 腐蝕掉Si02掩蔽層，暴露需要刻蝕的N—GaN電極臺面；
步驟4 :去除光刻膠，采用ICP刻蝕出N— GaN電
極的臺面；
步驟5 :濕法去除剩余Si02掩蔽層，對ICP刻蝕 的GaN基片進行清洗；
步驟6 :在經(jīng)過ICP刻蝕并清洗的GaN基片表面 采用PECVD方法沉積一層厚度2 0 0 0 A的Si02隔離 層，該S i 02隔離層具有高的致密性和絕緣性，能夠阻 止在制備的P 、 N電極之間產(chǎn)生漏電；
步驟7:用光刻和濕法腐蝕出優(yōu)化設(shè)計的N-GaN 電極，電子束蒸發(fā)叉指狀N— GaN電極的金屬化體系， 優(yōu)化設(shè)計的叉指裝N— GaN電極結(jié)構(gòu)解決了 ICP刻蝕去 掉的有源層對光的損失和增加出光面積之間的矛盾， 提高GaN基功率型LED的發(fā)光功率，電極剝離；
步驟8: 電極剝離后，在溫度6 5 0'CAr氛圍中 進行合金化處理3min，減小N—GaN電極與N— GaN層 的接觸電阻，提高N— GaN電極的熱穩(wěn)定性；
步驟9 :用光刻和濕法腐蝕的方法腐蝕掉S i 02掩 蔽層，暴露出P— GaN電極臺面；
步驟l 0:電子束蒸發(fā)制備P—GaN半透明電極金 屬化體系NiAu，電極剝離；
步驟1 1 :電極剝離后，在N2: 02= 2 : 1 min氛 圍合金溫度5 0 0 'C進行合金化處理5min，減小 P — GaN半透明電極的金屬化體系NiAu與P— GaN層之間的
歐姆接觸電阻，提高P— GaN半透明電極與P-GaN的接
觸強度和熱穩(wěn)定性；
步驟1 2 :最后光刻出P-GaN加厚電極，電子束
依次蒸發(fā)P加厚電極的金屬化體系NiAu，電極剝離，
兀成p、N電極的制備；采取先制作N _ GaN電極，然
后制作p-一 GaN半透明電極的金屬化體系NiAu與P-GaN
加厚電極，避免了 N— GaN電極在較高溫度6 5 0 °C合
金化時鍵合保護層金的內(nèi)擴散，以及對P—GaN歐姆電
極執(zhí) "、、穩(wěn)定性的影響。
中N—GaN電極的金屬化體系包括依次生長的歐
姆接觸層鈦、高反射層鋁、阻擋層鉑和鍵合保護層金；
其中的該阻擋層鉑阻止了鍵合保護層金的內(nèi)擴散，避
免了 N—GaN電極在合金化或者長期工作過程中接觸電 阻增大和反向漏電增加，提高N — GaN電極熱穩(wěn)定性， 傳輸線方法計算的比接觸電阻率7 * 1 0—8Qcm2。
其中所述的PECVD沉積Si02掩蔽層和Si02隔離 層，在PECVD真空室內(nèi)抽真空至壓力為小于l 0 —5Pa， 升溫3 0 O'C并保持穩(wěn)定，是在真空室內(nèi)升溫至3 0 0 °C并保持穩(wěn)定，給真空室充入氣體流量3 9 2 sccm 的N2 、 15 0sccm 的SiH4禾口 1 4 2 0 sccm的N20 至腔室壓力為0 . 7 torr，施加2 0 W射頻功率啟輝2 秒，然后射頻功率降低至1 5 W開始沉積S i 0 2掩膜層。


為了進一步的說明本發(fā)明的內(nèi)容，以下結(jié)合具體 的實施方式對本發(fā)明作詳細的描述，其中
圖1是GaN基功率型LED外延材料結(jié)構(gòu)剖面示意
圖2是在圖1上PECVD沉積 一 層厚度5 0 0 OA 的Si02掩蔽層5的示意圖3是在圖2上光刻和濕法腐蝕出N—GaN電極2 0的形狀，腐蝕掉Si02掩蔽層5，暴露要刻蝕的N — GaN電極2 0的臺面6的示意圖4是圖3 ICP干法刻蝕的后，N— GaN電極2 0
GaN電極2 0的臺面7的示意圖6是在圖5上采用PECVD方法沉積 一 層厚度2 0 0 0 A Si02隔離層8示意圖7是在圖6電子束蒸發(fā)N—GaN2 0電極的金屬 化體系的示意圖8是在圖7上電子束蒸發(fā)制備P—GaN電極半透 明1 3的金屬化體系的示意圖9是在圖8上電子束蒸發(fā)EB制備P — GaN加厚 電極l4的金屬化體系示意圖1 0是本發(fā)明叉指狀N — GaN電極2 0和P — GaN 電極3 0結(jié)構(gòu)俯視圖。
具體實施例方式
一種GaN基功率型LED的N型歐姆接觸電極及制 備方法，其制作的過程一般是在藍寶石襯底l上采用 外延的方法形成N-GaN層2 、有源層3和P-GaN層4 , 形成GaN基功率型LED的材料結(jié)構(gòu)4 0 ，如圖1所示。
在藍寶石襯底1外延GaN基功率型LED的材料結(jié) 構(gòu)(冊lj除4 0 )的上表面P— GaN層4上采用 PECVD
后
層
2
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除
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圖 濕
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的是
7 5
面 圖
的 方法沉積一層厚度5 0 0 OA的 Si02掩蔽層5，如圖 2所示，其中所述的PECVD沉積Si02掩蔽層5 ， PECVD 真空室內(nèi)抽真空至壓力小于l 0- 5Pa，升溫3 0 0 °C 并保持穩(wěn)定，是在真空室內(nèi)升溫至3 0 0 "C并保持穩(wěn) 定，給真空室充入氣體流量3 9 2sccra的N2， 1 5 0 sccm的SiH4 和l 4 2 0sccm的10至腔室壓力為 0 . 7 torr,施加2 0 W射頻功率啟輝2秒，然后射頻功 率降低至1 5 W開始沉積Si02掩膜層5和Si02隔離層 8 。所采用的PECVD沉積Si02掩蔽層的方法，具有對 GaN基片的射頻損傷小，以及沉積Si02掩蔽層致密性 好和絕緣強度高的優(yōu)點。
按照叉指狀N— GaN電極2 0結(jié)構(gòu)，腐蝕掉Si02 掩蔽層5，暴露需要刻蝕的N—GaN電極臺面區(qū)域6 ， 如圖3所示；采用ICP千法刻蝕的方法刻蝕出N— GaN 電極的臺面7 ，如圖4所示；濕法去除剩余S i 02掩蔽 層5 ，刻蝕后的GaN基片結(jié)構(gòu)如圖5所示。
在經(jīng)過ICP刻蝕并清洗的GaN基片表面采用PECVD 方法沉積 一 層厚度2 0 0 OA的Si02隔離層8 ，如圖 6所示，該S i 02隔離層8高的致密性和絕緣性，能夠 防止在制備的P 、 N電極之間產(chǎn)生漏電。
光刻和濕法腐蝕出優(yōu)化設(shè)計的叉指狀N — GaN電極 2 0 (參閱圖l 0)，電子束依次蒸發(fā)N—GaN電極2
o的金屬化體系，歐姆接觸層鈦9、高反射層鋁i 0、
阻擋層鉑1 1和鍵合保護層金1 2 ，如圖7所示，電
極剝離后，在溫度6 5 0 。CAr氛圍中進行合金化處理
3 m i，減小N— GaN電極2 0與N—GaN層2的接觸
電阻，提高N— GaN電極的熱穩(wěn)定性，TLM方法計算的
比接觸電阻率7 * 1 0 —8 Q cm2。
N — GaN電極2 0金屬
化體系中阻擋層鉑l l阻止了鍵合保護層金l 2的內(nèi)
擴散，避免了 N— GaN電極2 0在合金化或者長期工作
過程中接觸電阻增大和反向漏電增加，提高N— GaN電
極20執(zhí)穩(wěn)定性；優(yōu)化設(shè)計的叉指裝N— GaN電極結(jié)構(gòu)
2 0解決了 ICP刻蝕去掉的有源層對光的損失和增加
出光面積之間的矛盾，提高GaN基功率型LED的發(fā)光
功率
用光刻和濕法腐蝕的方法腐蝕掉S i 02隔離層8 ， 暴露出P—GaN電極3 0區(qū)域，如圖8所示；電子束依 次蒸發(fā)制備P— GaN半透明金屬化電極體系Ni/Au 1 3， 如圖9所示，電極剝離后，在N2:02= 2 : 1 min氛圍 合金溫度5 0 0 °C進行合金化處理5 min，減小P— GaN 半透明電極體系Ni/Au 1 3與P—GaN層4的歐姆接觸 電阻，提高金屬層與P-GaN層4的接觸強度和熱穩(wěn)定 性；
最后光刻出P-GaN加厚電極1 4 ，電子束依次蒸
發(fā)P電極1 4的加厚電極金屬化體系Ni/Au。釆取先制 作N — GaN電極2 0 ，然后制作P — GaN電極3 0 (參 閱圖1 0 )，避免了 N— GaN電極2 0在較高溫度6 5 0 °C合金化時鍵合保護層金1 2的內(nèi)擴散，以及對P 一 GaN電極3 0熱穩(wěn)定性的影響。
權(quán)利要求
1.一種GaN基功率型LED的N型歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于，包括如下步驟步驟1在藍寶石襯底上依次外N-GaN層、有源層和P-GaN層，形成GaN基功率型LED的材料結(jié)構(gòu)；步驟2在GaN基功率型LED的材料結(jié)構(gòu)上的P-GaN層上采用PECVD沉積一層厚度5000id="icf0001" file="A2006101141930002C1.gif" wi="5" he="8" top= "82" left = "154" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>的SiO2掩蔽層，所采用的PECVD的方法沉積SiO2掩蔽層的方法，具有對GaN基片的射頻損傷小，以及沉積SiO2掩蔽層致密性好和絕緣強度高的優(yōu)點；步驟3用光刻和濕法腐蝕出叉指狀N-GaN電極，腐蝕掉SiO2掩蔽層，暴露需要刻蝕的N-GaN電極臺面；步驟4去除光刻膠，采用ICP刻蝕出N-GaN電極的臺面；步驟5濕法去除剩余SiO2掩蔽層，對ICP刻蝕的GaN基片進行清洗；步驟6在經(jīng)過ICP刻蝕并清洗的GaN基片表面采用PECVD方法沉積一層厚度2000id="icf0002" file="A2006101141930002C2.gif" wi="4" he="7" top= "208" left = "138" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="no"/>的SiO2隔離層，該SiO2隔離層具有高的致密性和絕緣性，能夠阻止在制備的P、N電極之間產(chǎn)生漏電；步驟7用光刻和濕法腐蝕出優(yōu)化設(shè)計的N-GaN電極，電子束蒸發(fā)叉指狀N-GaN電極的金屬化體系，優(yōu)化設(shè)計的叉指裝N-GaN電極結(jié)構(gòu)解決了ICP刻蝕去掉的有源層對光的損失和增加出光面積之間的矛盾，提高GaN基功率型LED的發(fā)光功率，電極剝離；步驟8電極剝離后，在溫度650℃Ar氛圍中進行合金化處理3min，減小N-GaN電極與N-GaN層的接觸電阻，提高N-GaN電極的熱穩(wěn)定性；步驟9用光刻和濕法腐蝕的方法腐蝕掉SiO2掩蔽層，暴露出P-GaN電極臺面；步驟10電子束蒸發(fā)制備P-GaN半透明電極金屬化體系NiAu，電極剝離；步驟11電極剝離后，在N2∶O2＝2∶1min氛圍合金溫度500℃進行合金化處理5min，減小P-GaN半透明電極的金屬化體系NiAu與P-GaN層之間的歐姆接觸電阻，提高P-GaN半透明電極與P-GaN的接觸強度和熱穩(wěn)定性；步驟12最后光刻出P-GaN加厚電極，電子束依次蒸發(fā)P加厚電極的金屬化體系NiAu，電極剝離，完成P、N電極的制備；采取先制作N-GaN電極，然后制作P-GaN半透明電極的金屬化體系NiAu與P-GaN加厚電極，避免了N-GaN電極在較高溫度650℃合金化時鍵合保護層金的內(nèi)擴散，以及對P-GaN歐姆電極熱穩(wěn)定性的影響。
2 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種GaN基功率型LED 的N型歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于，其中N —GaN電極的金屬化體系包括依次生長的歐姆接觸層 鈦、高反射層鋁、阻擋層鉑和鍵合保護層金；其中的 該阻擋層鉑阻止了鍵合保護層金的內(nèi)擴散，避免了 N 一 GaN電極在合金化或者長期工作過程中接觸電阻增 大和反向漏電增加，提高N—GaN電極熱穩(wěn)定性，傳輸 線方法計算的比接觸電阻率7 * 10ˉ8Ω cm2 。
3 .根據(jù)權(quán)利要求1所述的 一 種GaN基功率型LED 的N型歐姆接觸電極的制備方法，其特征在于，其中所 述的PECVD沉積Si02掩蔽層和Si02隔離層，在PECVD 真空室內(nèi)抽真空至壓力為小于l0ˉ5Pa，升溫300℃ 并保持穩(wěn)定，是在真空室內(nèi)升溫至300℃并保持穩(wěn) 定，給真空室充入氣體流量392sccm的N2、150 sccm 的SiH4和 1420 sccm的N20至腔室壓力0.7torr，施加20W射頻功率啟輝2秒，然后射頻功率降 低至15W開始沉積Si02掩膜層。
全文摘要
一種GaN基功率型LED的N型歐姆接觸電極的制備方法，包括在GaN基功率型LED的材料結(jié)構(gòu)上沉積一掩蔽層；腐蝕出叉指狀N-GaN電極；去除光刻膠清洗；在GaN基片表面沉積一隔離層；電極剝離；腐蝕掉SiO₂掩蔽層；電子束蒸發(fā)制備P-GaN半透明電極金屬化體系NiAu；電極剝離后，在N₂∶O₂＝2∶1min氛圍合金溫度500℃進行合金化處理5min，減小P-GaN半透明電極的金屬化體系NiAu與P-GaN層之間的歐姆接觸電阻，提高P-GaN半透明電極與P-GaN的接觸強度和熱穩(wěn)定性；最后光刻出P-GaN加厚電極，完成P、N電極的制備。
文檔編號H01L33/00GK101174661SQ20061011419
公開日2008年5月7日 申請日期2006年11月1日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月1日
發(fā)明者伊?xí)匝? 王良臣, 郭金霞, 宇 陳 申請人:中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所