專利名稱：一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管制作方法，特別是一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制 作方法。
背景技術(shù)：
近年來，為了提高氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管(LED)的發(fā)光效率和散熱性能，業(yè)界 陸續(xù)推出了基于襯底轉(zhuǎn)移的薄膜(Thin-film)芯片技術(shù)。在薄膜GaN基芯片制作過程中， η型GaN基外延層在襯底轉(zhuǎn)移后其表面一般呈氮極性，雖然可以在氮極性面的η型GaN基 外延層之上獲得非合金的歐姆接觸，但非合金的接觸電極存在熱穩(wěn)定性差和黏附不牢等諸 多問題?，F(xiàn)有的技術(shù)一般通過快速熱退火或者高溫爐管熔合的方式，使得接觸電極與η型 GaN基外延層之間形成合金接觸，以解決上述問題。然而，熱退火或者熔合過程會破壞薄膜 GaN基LED芯片結(jié)構(gòu)，這是因為薄膜芯片必須經(jīng)過襯底轉(zhuǎn)移，而襯底轉(zhuǎn)移一般是通過金屬鍵 合或者電鍍金屬襯底得到，由于金屬與氮化鎵的熱膨脹系數(shù)存在較大差異，所以無論是鍵 合界面還是電鍍襯底都無法承受熱退火或者熔合過程中的高溫。雖然可以通過降低制程溫 度制作合金歐姆接觸，但其接觸電阻較大且熱穩(wěn)定性也達不到要求。

發(fā)明內(nèi)容
為解決上述現(xiàn)有技術(shù)在氮極性面n-GaN基材料上制作熱穩(wěn)定良好的歐姆接觸電 極所存的問題，本發(fā)明旨在提供一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法。本發(fā)明是這樣子實現(xiàn)的，一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于 包括如下步驟
1)提供一臨時襯底，在其上生長GaN基發(fā)光外延層，自下而上依次包括η型GaN基 外延層、有源層和P型GaN基外延層；
2)提供一永久襯底，將其與GaN基發(fā)光外延層通過金屬層形成粘合；
3)去除臨時襯底，暴露出η型GaN基外延層；
4)在η型GaN基外延層上制作接觸電極；
5)采用紫外脈沖激光照射，造成η型GaN基外延層表層吸收并熱分解，從而產(chǎn)生瞬 間900°C以上高溫，通過熱傳導(dǎo)形成的溫度場空間分布使得部分區(qū)域的接觸電極與η型GaN 基外延層形成合金并獲得歐姆接觸。上述GaN基發(fā)光外延層的厚度大于5微米。上述去除臨時襯底后暴露出η型GaN基外延層呈氮極性面。上述接觸電極材料包含鈦、鋁或者鉻。上述激光能量密度介于閾值的1倍到2倍之間。上述激光照射后，對η型GaN基外延層采用酸性或者堿性溶液進行清洗以去除表 面氧化物。上述η型GaN基外延層去除表面氧化物后，采用紫外脈沖激光多次照射接觸電極與η型GaN基外延層形成合金歐姆接觸。。本發(fā)明第5)步驟為本發(fā)明的創(chuàng)新之處，采用上述方案，即通過紫外脈沖激光照射 GaN基外延層表面，可以造成吸收深度(一般不超過IOOnm)內(nèi)GaN外延層熱分解，并在脈寬 內(nèi)產(chǎn)生瞬間900°C以上的高溫。有限的熱量通過熱傳導(dǎo)在外延層中形成一瞬態(tài)溫度場分布。 通過理論計算，可以得出在激光能量高于閾值條件下，以某個吸收點為中心，半徑至少1微 米以內(nèi)的空間區(qū)域溫度介于500 900°C，而這個溫度區(qū)間剛好是常用的熱退火或者熔合 形成合金的條件，處于這個空間區(qū)域內(nèi)的接觸電極和外延層則因此間接地形成合金并獲得 歐姆接觸。由于接觸電極的線條寬度一般是幾個微米，所以為了使得大部分的接觸電極和 外延層形成合金，可以通過提高激光能量密度，從而擴大滿足合金條件的溫度分布空間半 徑；采用2倍于閾值的激光能量密度進行照射，可以得到以吸收點為中心處于500 900°C 區(qū)間的空間半徑約為2微米。氮化鎵基外延發(fā)光層的厚度在5微米以上，也就是說鍵合界 面(或者電鍍襯底)距離激光吸收層5微米以上，如此的距離完全可以確保鍵合界面(或者電 鍍襯底)區(qū)域附近的溫度幾乎不發(fā)生大的變化，所以這樣的過程對于經(jīng)過襯底轉(zhuǎn)移的薄膜 芯片結(jié)構(gòu)不會造成不利影響。另外，表面吸收層的GaN基外延層分解后會形成Ga氧化物殘 留在表面，可以采用酸性或者堿性溶液進行清洗去除。為了得到更為優(yōu)化的歐姆接觸，可以 根據(jù)需要進行多次紫外脈沖激光照射，但必須在照射前進行清洗以去除表面氧化物。本發(fā)明的有益效果是在薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作過程中，采用紫外脈沖 激光照射間接性輔助歐姆接觸合金形成且不影響鍵合界面(或者電鍍襯底)，從而解決了熱 退火或者高溫熔合等合金工藝的缺陷。采用本發(fā)明制作工藝的薄膜發(fā)光二極管，其η型歐 姆接觸具備低阻和高穩(wěn)定性，其工作電壓不隨外界溫度的變化而變化，保持了發(fā)光二極管 的發(fā)光效率和可靠性。



圖 1
面示意圖。
圖5是本發(fā)明優(yōu)選實施例的一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作過程的截
圖中部件標識如下。
100藍寶石襯底。
101緩沖層。
102:n-GaN 層。
103:MQW。
104p-GaN 層。 =Ag反射鏡。 :Ti/Pt/Au0 :Si襯底。 :Ti/Pt。 =AuSn合金層。 :n電極。 =P電極。
105
106 200 201 202
301
30具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其制作步驟如下
如圖1所示，外延生長GaN基發(fā)光層材料，包括在藍寶石襯底100上采用金屬有機化 學(xué)氣相沉積(MOCVD)依次外延生長緩沖層101、n-GaN層102、多量子阱(MQW)有源層103、 P-GaN層104，發(fā)光層總厚度達8微米。如圖2所示，在p-GaN層104上蒸鍍一 200nm厚的Ag反射鏡105，Ag反射鏡105 不僅起反射作用而且還能與P-GaN層104形成歐姆接觸，接著在Ag反射鏡105上鍍Ti/Pt/ Au金屬層106，厚度為50/50/500nm ；取一 Si片200作為永久襯底，在Si襯底200上蒸鍍 Ti/Pt金屬層201，厚度為50/100nm，接著蒸鍍一 2微米厚的AuSn (80 :20)合金層202 ；將 Ti/Pt/Au金屬層106和AuSn合金層202貼合在一起，加溫加壓，使得外延片和Si襯底200 形成鍵合。如圖3所示，采用激光剝離的方式去除藍寶石襯底100，選用248nm KrF準分子激 光器，脈寬30ns，激光能量密度設(shè)定800-1000mJ/cm2，藍寶石襯底去除后，接著采用感應(yīng)耦 合等離子體(ICP)方式干蝕刻去除緩沖層101，并暴露出n-GaN層102，并且n-GaN層102表 面呈氮極性。如圖4所示，在氮極性面n-GaN層102上制作η電極301，材料選用Ti/Al/Pt/Au， 厚度50/200/50/1500nm ；同樣選用248nm KrF準分子激光器照射n-GaN層102表面，激光能 量密度設(shè)定800-1000mJ/cm2，照射造成n-GaN層102表層20nm左右厚度熱分解，并且產(chǎn)生 瞬間900 1500°C的高溫吸收帶；與此同時接觸電極則不吸收激光，但其下方距離吸收帶 半徑2微米的空間范圍內(nèi)形成一 500 900°C的溫度場分布。處于該溫度場分布的η電極 301與其下方的n-GaN層102形成了合金并獲得良好的歐姆接觸。激光照射后，采用AZ400 堿性顯影溶液對n-GaN層102的表面進行清洗，去除激光照射所形成的氧化物。重復(fù)激光 照射和清洗步驟2 3次，以得到所需要的最佳歐姆接觸效果。如圖5所示，在Si襯底200的背面蒸鍍ρ電極302，材料選用Cr/Pt/Au，厚度 50/50/1500nm。
權(quán)利要求
一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于包括如下步驟1)提供一臨時襯底，在其上生長GaN基發(fā)光外延層，自下而上依次包括n型GaN基外延層、有源層和p型GaN基外延層；2)提供一永久襯底，將其與GaN基發(fā)光外延層通過金屬層形成粘合；3)去除臨時襯底，暴露出n型GaN基外延層；4)在n型GaN基外延層上制作接觸電極；5)采用紫外脈沖激光照射，造成n型GaN基外延層表層吸收并熱分解，從而產(chǎn)生瞬間900℃以上高溫，通過熱傳導(dǎo)形成的溫度場空間分布使得部分區(qū)域的接觸電極與n型GaN基外延層形成合金并獲得歐姆接觸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征是GaN基發(fā)光 外延層的厚度大于5微米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征是去除臨時 襯底后暴露出η型GaN基外延層呈氮極性面。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征是接觸電極 材料包含鈦、鋁或者鉻。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征是激光能量 密度介于閾值的1倍到2倍之間。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征是激光照射 后，對η型GaN基外延層采用酸性或者堿性溶液進行清洗以去除表面氧化物。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，其特征是η型GaN基 外延層去除表面氧化物后，采用紫外脈沖激光多次照射接觸電極與η型GaN基外延層形成 合金歐姆接觸。
全文摘要
一種薄膜氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法，在臨時襯底上面自下而上依次生長由n型GaN基外延層、有源層和p型GaN基外延層構(gòu)成的GaN基發(fā)光外延層；將永久襯底與GaN基發(fā)光外延層通過金屬層形成粘合；去除臨時襯底暴露出n型GaN基外延層；在n型GaN基外延層上制作接觸電極；采用紫外脈沖激光照射，造成n型GaN基外延層表層吸收并熱分解，產(chǎn)生瞬間高溫通過熱傳導(dǎo)形成的溫度場空間分布使部分區(qū)域的接觸電極與n型GaN基外延層形成合金歐姆接觸。本發(fā)明姆接觸合金形成并不影響鍵合界面，解決了傳統(tǒng)合金工藝的缺陷。本發(fā)明的n型歐姆接觸具備低阻和高穩(wěn)定性，其工作電壓不受外界溫度影響，保持了發(fā)光二極管的發(fā)光效率和可靠性。
文檔編號H01L33/00GK101937952SQ20101027316
公開日2011年1月5日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月6日
發(fā)明者吳志強, 潘群峰 申請人:廈門市三安光電科技有限公司