專利名稱：一種大功率垂直發(fā)光二極管的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件制造技術(shù)領(lǐng)域，特別是GaN基大功率垂直結(jié)構(gòu)LED芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
GaN基LED作為固態(tài)照明光源，具有光電轉(zhuǎn)換效率高、綠色環(huán)保、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。隨著以GaN為基礎(chǔ)的高亮度LEDs的開發(fā)和應(yīng)用，新一代綠色環(huán)保型固體照明光源GaN基LEDs已成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。由于用于生長(zhǎng)的藍(lán)寶石基板不導(dǎo)電，傳統(tǒng)的GaN基 LED采用平面電極結(jié)構(gòu)，P型和η型接觸電極都在上表面，η型電極采用光刻_刻蝕法刻到η 型來制備。正裝LED結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于加工，但是由于該結(jié)構(gòu)犧牲了較大的發(fā)光面積，并且由于P型GaN載流子濃度低，需要在其上鍍上半透明或透明的電流擴(kuò)散層。同時(shí)該種結(jié)構(gòu)由于需要通過藍(lán)寶石散熱，所以正裝芯片的出光效率和散熱效率均不高，局部區(qū)域電流過大， 影響了器件電學(xué)、光學(xué)特性及長(zhǎng)期可靠性。目前，垂直結(jié)構(gòu)LED成為研究的熱點(diǎn)問題。現(xiàn)有技術(shù)中，垂直結(jié)構(gòu)芯片主要采用的是以金屬或者Si等導(dǎo)電導(dǎo)熱的材料作為藍(lán)寶石基板，通過準(zhǔn)分子激光剝離的方法去除原先的藍(lán)寶石藍(lán)寶石基板，經(jīng)過切割分離后形成垂直結(jié)構(gòu)芯粒。同傳統(tǒng)的正裝結(jié)構(gòu)和倒裝結(jié)構(gòu)相比，垂直結(jié)構(gòu)的芯片的N電極和P電極分別在上下兩個(gè)面上，N電極或者P電極和芯片的外延層完全接觸，使芯片具有更好的電流注入效率和導(dǎo)熱性。但是，在激光剝離的過程中由于GaN的分解而產(chǎn)生熱沖擊，容易造成外延的損傷和破裂，同時(shí)電鍍產(chǎn)生的金屬藍(lán)寶石基板由于內(nèi)應(yīng)力的作用而產(chǎn)生開裂、翹曲的現(xiàn)象，使芯粒的良率減少，增大了生產(chǎn)成本。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題，本發(fā)明的目的是提供一種大功率垂直發(fā)光二極管的制造方法。它能提高垂直結(jié)構(gòu)LED的穩(wěn)定性，提高成品芯粒的良率。為了達(dá)到上述發(fā)明目的，本發(fā)明的技術(shù)方案以如下方式實(shí)現(xiàn)一種大功率垂直發(fā)光二極管的制造方法，它的步驟為1)在藍(lán)寶石基板上依次生長(zhǎng)N型GaN基半導(dǎo)體層、量子阱有源區(qū)和P型GaN基半導(dǎo)體層外延片；2)在P型GaN基半導(dǎo)體層上蒸鍍反射金屬層，在氮?dú)獾沫h(huán)境下高溫退火，使反射金屬層與P型GaN基半導(dǎo)體層之間形成歐姆接觸；3)用刻蝕法在器件上表面形成臺(tái)面，沉積多層介質(zhì)膜，并通過刻蝕在N電極區(qū)形成電流阻擋層，并在溝槽的側(cè)壁形成保護(hù)型鈍化層；4)用刻蝕法在兩個(gè)相對(duì)的鈍化層之間位置形成向下延伸的隔離溝槽，最終刻蝕停止在藍(lán)寶石基板上表面；5)在隔離溝槽內(nèi)填充光刻膠一；6)在器件表面沉積一層擴(kuò)散阻擋層并再電鍍一層種子層，化學(xué)腐蝕露出隔離溝槽部位的擴(kuò)散阻擋層并在其上涂覆厚光刻膠二；7)在器件上方電鍍形成金屬支撐層，退火消除內(nèi)應(yīng)力；8)將器件翻轉(zhuǎn)180度，對(duì)藍(lán)寶石基板與器件進(jìn)行剝離，并清洗；9)在N型GaN基半導(dǎo)體層表面進(jìn)行表面粗化，刻蝕出N型電極槽，用電子束蒸發(fā)法蒸鍍N型電極；10)對(duì)器件從隔離溝槽中心進(jìn)行切割形成芯粒；11)對(duì)藍(lán)寶石基板表面進(jìn)行研磨和拋光，同時(shí)對(duì)分割好的芯粒進(jìn)行光電參數(shù)的測(cè)試和分選。在上述制造方法中，所述在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)外延片采用金屬有機(jī)氣相化學(xué)沉淀法。在上述制造方法中，所述反射金屬層是由Al、Ag、Pd、Pt、Ti、Ni、Au、Cu、Cr中的一種或多種元素的合金構(gòu)成，厚度為1000-10000A;所述種子層是由Ni、Al、Cr、Ta、Au、Ag、 Cu,Sn,Ti中的一種或多種元素的合金構(gòu)成。所述金屬支撐層是由Ni、Cu、Au、Fe、Co、Mo中的一種或多種任意組合的合金構(gòu)成。所述多層介質(zhì)膜是由Si02、SiN, TiO2, Al2O3中的任意一種或多種介質(zhì)構(gòu)成。在上述制造方法中，所述金屬支撐層退火溫度在100-500°C以下，退火時(shí)間 10-100min。在上述制造方法中，所述將藍(lán)寶石基板與器件剝離是通過鐳射剝離技術(shù)LLO處理。在上述制造方法中，所述刻蝕的方法采用電感耦合等離子體ICP法或者反應(yīng)離子刻蝕RIE法。在上述制造方法中，所述對(duì)器件進(jìn)行切割采用正切或者背切的方法。本發(fā)明由于采用了上述方法，它用兩步刻蝕的方法刻蝕GaN，使芯粒相互隔離，并用光刻膠將隔離溝槽填滿形成隔離緩沖區(qū)，不僅可以降低激光剝離時(shí)產(chǎn)生的沖擊波和方便芯片的切割，同時(shí)還可以防止后道的厚膠工序由于基片表面的不平整而出現(xiàn)的氣泡現(xiàn)象； 多層介質(zhì)膜形成的鈍化層不僅可以保證鈍化層與芯粒的結(jié)合能力，還能避免有源層的短路現(xiàn)象，降低鈍化層的內(nèi)應(yīng)力；擴(kuò)散阻擋層可以防止種子層上的金屬擴(kuò)散而破壞歐姆接觸，還可以保證反射金屬層和光刻膠的結(jié)合力，有利于電鍍工藝的穩(wěn)定；通過鍍率和鍍液成分的調(diào)節(jié)形成不同結(jié)構(gòu)、成分和硬度的金屬支撐層，金屬支撐層形成之后，再通過慢退火進(jìn)一步消除藍(lán)寶石基板的內(nèi)應(yīng)力，減少翹曲度；種子層上的厚光刻膠隔離結(jié)構(gòu)可以有效地降低切割藍(lán)寶石基板的難度，有利于芯片的分離。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的垂直結(jié)構(gòu)有效地避免了制造過程中的不穩(wěn)定因素對(duì)LED器件性能的影響，減少了 N面的工藝步驟，降低了藍(lán)寶石基板的平整度對(duì)工藝性能的影響，具有良率高，功率大，電流分散性好等優(yōu)點(diǎn)，符合LED芯片大規(guī)模生產(chǎn)的需要。下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明。


圖1至圖11本發(fā)明制造方法的流程示意圖；圖11是本發(fā)明垂直LED的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方法本發(fā)明的方法步驟為1)參看圖1，采用金屬有機(jī)物化學(xué)氣相沉積方法在藍(lán)寶石基板301上依次生長(zhǎng)N 型GaN基半導(dǎo)體層302、量子阱有源區(qū)303和P型GaN基半導(dǎo)體層304 ；2)參看圖2，在P型GaN基半導(dǎo)體層304上蒸鍍反射金屬層305，厚度為 1000-10000A;在氮?dú)獾沫h(huán)境下高溫退火10-30min，使反射金屬層305與P型GaN基半導(dǎo)體層304之間形成歐姆接觸，并增強(qiáng)二者之間的結(jié)合力；3)參看圖3，采用電感耦合等離子ICP刻蝕形成臺(tái)面，采用等離子增強(qiáng)化學(xué)氣相沉積法PECVD沉積多層介質(zhì)膜，并通過刻蝕在N電極區(qū)形成電流阻擋層306，用于均勻分散電流分布，并在溝槽的側(cè)壁形成保護(hù)型鈍化層312 ；4)參看圖4，采用電感耦合等離子ICP刻蝕在兩個(gè)相對(duì)的鈍化層312之間位置形成向下延伸的隔離溝槽，最終刻蝕停止在藍(lán)寶石基板301表面，將芯粒之間相互隔離；5)參看圖5，在隔離溝槽內(nèi)填充光刻膠一 307，用于減少激光剝離時(shí)產(chǎn)生的沖擊， 同時(shí)防止后道的厚膠工序由于基片表面的不平整而出現(xiàn)的氣泡；6)參看圖6，在器件表面沉積一層擴(kuò)散阻擋層并再電鍍一層種子層308，化學(xué)腐蝕露出隔離溝槽部位的擴(kuò)散阻擋層并在其上涂覆厚光刻膠309 ；7)參看圖7，通過電鍍工藝形成厚度為幾十至幾百微米的金屬支撐層310，在電鍍時(shí)，通過鍍率和鍍液成分的調(diào)節(jié)形成不同結(jié)構(gòu)、成分和硬度的支撐層，用以消除由于GaN和金屬支撐層310膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力，電鍍完成后，退火IO-IOOmin進(jìn)一步消除內(nèi)應(yīng)力，減少翹曲度；8)參看圖8，將器件翻轉(zhuǎn)掉個(gè)，對(duì)藍(lán)寶石基板301與器件進(jìn)行剝離，用KrF紫外線準(zhǔn)分子激光器對(duì)藍(lán)寶石基板301進(jìn)行剝離；剝離完成后用HCl進(jìn)行表面清洗；9)參看圖9，在N型GaN基半導(dǎo)體層302表面用濕法腐蝕的方法進(jìn)行表面粗化，用以提高器件的表面出光效率，采用電感耦合等離子ICP刻蝕出N型電極槽，用電子束蒸發(fā)法蒸鍍N型電極311 ；10)參看圖10，用正切或背切的方法對(duì)器件從隔離溝槽中心進(jìn)行切割成形成芯粒；11)參看圖11，對(duì)藍(lán)寶石基板301進(jìn)行研磨和拋光以適應(yīng)后道封裝的需要，同時(shí)對(duì)分割好的芯粒進(jìn)行光電參數(shù)的測(cè)試和分選。上述公開了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非用于限定本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的方法及范圍的前提下，對(duì)于本發(fā)明做出的技術(shù)路線一致的各種改進(jìn)，也都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種大功率垂直發(fā)光二極管的制造方法，它的步驟為1)在藍(lán)寶石基板(301)上依次生長(zhǎng)N型GaN基半導(dǎo)體層(302)、量子阱有源區(qū)(303) 和P型GaN基半導(dǎo)體層(304)外延片；2)在P型GaN基半導(dǎo)體層(304)上蒸鍍反射金屬層(305)，在氮?dú)獾沫h(huán)境下高溫退火， 使反射金屬層(305)與P型GaN基半導(dǎo)體層(304)之間形成歐姆接觸；3)用刻蝕法在器件上表面形成臺(tái)面，沉積多層介質(zhì)膜，并通過刻蝕在N電極區(qū)形成電流阻擋層(306)，并在溝槽的側(cè)壁形成保護(hù)型鈍化層(312)；4)用刻蝕法在兩個(gè)相對(duì)的鈍化層(31 之間位置形成向下延伸的隔離溝槽，最終刻蝕停止在藍(lán)寶石基板(301)上表面；5)在隔離溝槽內(nèi)填充光刻膠一(307)；6)在器件表面沉積一層擴(kuò)散阻擋層并再電鍍一層種子層(308)，化學(xué)腐蝕露出隔離溝槽部位的擴(kuò)散阻擋層并在其上涂覆厚光刻膠二(309)；7)在器件上方電鍍形成金屬支撐層(310)，退火消除內(nèi)應(yīng)力；8)將器件翻轉(zhuǎn)180度，對(duì)藍(lán)寶石基板(301)與器件進(jìn)行剝離，并清洗；9)在N型GaN基半導(dǎo)體層(30 表面進(jìn)行表面粗化，刻蝕出N型電極槽，用電子束蒸發(fā)法蒸鍍N型電極(311)；10)對(duì)器件從隔離溝槽中心進(jìn)行切割形成芯粒；11)對(duì)藍(lán)寶石基板(301)表面進(jìn)行研磨和拋光，同時(shí)對(duì)分割好的芯粒進(jìn)行光電參數(shù)的測(cè)試和分選。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述在藍(lán)寶石基板(301)上生長(zhǎng)外延片采用金屬有機(jī)氣相化學(xué)沉淀法。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，所述反射金屬層(305)是由Al、 Ag、Pd、Pt、Ti、Ni、Au、Cu、Cr中的一種或多種元素的合金構(gòu)成，厚度為1000-IOOOOA;所述種子層(308)是由Ni、Al、Cr、Ta、Au、Ag、Cu、Sn、Ti中的一種或多種元素的合金構(gòu)成；所述金屬支撐層(310)是由Ni、Cu、Au、Fe、C0、M0中的一種或多種任意組合的合金構(gòu)成；所述多層介質(zhì)膜是由Si02、SiN、Ti02、Al2O3中的任意一種或多種介質(zhì)構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述金屬支撐層(310)退火溫度在 100-500°C 以下，退火時(shí)間 10-100min。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述將藍(lán)寶石基板(301)與器件剝離是通過鐳射剝離技術(shù)LLO處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述刻蝕的方法采用電感耦合等離子體ICP法或者反應(yīng)離子刻蝕RIE法。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其特征在于，所述對(duì)器件進(jìn)行切割采用正切或者背切的方法。
全文摘要
一種大功率垂直發(fā)光二極管的制造方法，涉及半導(dǎo)體光電器件制造技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的步驟為1)在藍(lán)寶石基板上生長(zhǎng)外延片；2)在P型GaN基半導(dǎo)體層上蒸鍍反射金屬層；3)在N電極區(qū)形成電流阻擋層，并在溝槽的側(cè)壁形成保護(hù)型鈍化層；4)形成隔離溝槽；5)在隔離溝槽內(nèi)填充光刻膠一；6)在器件表面沉積一層擴(kuò)散阻擋層并再電鍍一層種子層，腐蝕露出擴(kuò)散阻擋層并在其上涂覆厚光刻膠二；7)在器件上方形成金屬支撐層；8)對(duì)藍(lán)寶石基板與器件進(jìn)行剝離，并清洗；9)進(jìn)行表面粗化，蒸鍍N型電極；10)對(duì)器件進(jìn)行切割形成芯粒；11)對(duì)藍(lán)寶石基板表面進(jìn)行研磨和拋光。本發(fā)明能提高垂直結(jié)構(gòu)LED的穩(wěn)定性，提高成品芯粒的良率。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102544251SQ20101062220
公開日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2010年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月27日
發(fā)明者劉剛, 張華東, 徐亮, 郭德博 申請(qǐng)人:同方光電科技有限公司