專利名稱：一種適合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及適合利用激光剝離技術(shù)制作GaN基LED芯片的外延結(jié)構(gòu)，屬于發(fā) 光二極管(LED)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著大功率GaN系列藍(lán)綠光LED的發(fā)展，逐步實(shí)現(xiàn)了半導(dǎo)體照明技術(shù)。發(fā)光二極 管在裝飾照明、景觀照明、背光源等應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展促使人們尋找各種制作大功率LED器 件的方法。目前制作GaN系列LED研究最早的還是藍(lán)寶石襯底，技術(shù)和工藝相對(duì)比較成熟， 大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)一般自下至上依次包括藍(lán)寶石襯底、UGaN層(非摻雜高溫GaN 層)、N型GaN層、N型AlGaN層、MQW層(多量子阱層)、P型AlGaN、P型GaN層和電流擴(kuò)展層。但是藍(lán)寶石的熱導(dǎo)率和電學(xué)性能限制了功率型器件的發(fā)展。藍(lán)寶石的熱導(dǎo)率只 有35W/mK，且不導(dǎo)電，在大電流工作時(shí)LED發(fā)光區(qū)產(chǎn)生的熱量散不出去，提高了器件工作溫 度，降低了其可靠性和應(yīng)用范圍。目前為解決散熱問(wèn)題除選用新型基板外大多采用激光剝 離技術(shù)(LL0)。激光剝離技術(shù)(LL0)是利用激光能量分解外延結(jié)構(gòu)和藍(lán)寶石襯底界面處的GaN緩 沖層，從而實(shí)現(xiàn)LED外延片與藍(lán)寶石襯底分離，將發(fā)光的外延結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到導(dǎo)熱更好的基板 材料上，這些導(dǎo)熱基板材料主要包括硅、碳化硅、金屬及金屬合金等。激光剝離一般選用高功率的脈沖激光極性掃描，激光透過(guò)藍(lán)寶石襯底被GaN吸 收，發(fā)熱使得GaN分解。因激光能量密度非常高，在激光掃描過(guò)程中很難精確控制GaN的熔 融深度，剝離困難，造成GaN層表面的損傷，影響出光效率。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型針對(duì)現(xiàn)有大功率GaN系列LED制作過(guò)程中利用激光剝離藍(lán)寶石襯底造 成GaN層損傷的問(wèn)題，提供一種利用激光剝離藍(lán)寶石襯底時(shí)能夠防止造成GaN層損傷的適 合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的適合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)采用以下方案該適合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)自下至上包括藍(lán)寶石襯底、U型GaN 層、N型GaN層、N型AlGaN層、MQW層、P型AlGaN、P型GaN層和電流擴(kuò)展層，在U型GaN層 和N型GaN層之間設(shè)有一層剝離腐蝕阻擋層，該剝離腐蝕阻擋層采用A1N或者AlGaN。剝離阻擋層的厚度為100nm-3um。A1N或者AlGaN阻擋層為利用M0CVD(金屬有 機(jī)化學(xué)氣象沉積)設(shè)備進(jìn)行生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度為1000-110(TC。原材料使用為T(mén)MGa(三甲基 鎵)、TMA1 (三甲基鋁)、NH3 (氨氣)，生長(zhǎng)時(shí)腔室壓力范圍在100-200Torr之間，溫度范圍 為975-1100攝氏度之間。 本實(shí)用新型相比于普通LED外延結(jié)構(gòu)在U-GaN和N_GaN之間插入了 一層剝離腐蝕阻擋層；通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)條件，形成無(wú)缺陷平整A1N或者AlGaN表面，同時(shí)可有效 抑制線性位錯(cuò)密度，提高M(jìn)QW的效率。此剝離腐蝕阻擋層的分解溫度在2000度以上，高出 GaN的分解溫度1000度左右，可有效控制激光剝離時(shí)對(duì)N型GaN和LED發(fā)光層的損傷，提高 產(chǎn)品成品率。

圖1是本實(shí)用新型LED外延結(jié)構(gòu)的示意圖。圖中1、藍(lán)寶石襯底，2、U-GaN層，3、剝離腐蝕阻擋層，4、N-GaN層，5、N_AlGaN層， 6、MQW 層，7、P-AlGaN 層，8、P-GaN 層，9、電流擴(kuò)展層。
具體實(shí)施方式
本實(shí)用新型LED外延結(jié)構(gòu)為基于藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN LED外延結(jié)構(gòu)，如圖1所 示，外延結(jié)構(gòu)自下而上分別為藍(lán)寶石襯底1、U-GaN層2、剝離腐蝕阻擋層3、N_GaN層4、 N-AlGaN 層 5、MQW 層 6、P-AlGaN 層 7、P-GaN 層 8 和電流擴(kuò)展層 9。本實(shí)用新型相比于普通LED外延結(jié)構(gòu)在U-GaN層2和N_GaN層4之間插入了一層 剝離腐蝕阻擋層3 ；剝離腐蝕阻擋層3的材料為A1N或者AlGaN，其中鋁組分可調(diào)，剝離阻擋 層厚度為100nm-3um，可以采用M0CVD設(shè)備直接生長(zhǎng)，生長(zhǎng)溫度為1000-110°C。通過(guò)優(yōu)化生 長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)條件，形成無(wú)缺陷平整A1N或者AlGaN表面，如圖2所示，同時(shí)可有效抑制線 性位錯(cuò)密度，提高M(jìn)QW的效率。此剝離腐蝕阻擋層的分解溫度在2000度以上，高出GaN的 分解溫度1000度左右，可有效控制激光剝離時(shí)對(duì)N型GaN和LED發(fā)光層的損傷，提高產(chǎn)品 成品率。芯片制作過(guò)程首先制作反射良好金屬反射鏡面，采用大面積鍵合技術(shù)，利用金錫、 銀錫、鉛錫等高溫焊料將外延材料鍵合到導(dǎo)熱導(dǎo)電良好的基板上；利用激光剝離技術(shù)將藍(lán) 寶石襯底剝離掉；然后利用ICP刻蝕技術(shù)將剝離阻擋層A1N或者AlGaN層刻蝕掉，露出N型 GaN面；采用濕法腐蝕或者干法刻蝕的方法對(duì)N型GaN進(jìn)行表面粗化；在表面上蒸鍍Ti、Al、 Ni.Au等制作LED電極。
權(quán)利要求一種適合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，自下至上包括藍(lán)寶石襯底、U型GaN層、N型GaN層、N型AlGaN層、MQW層、P型AlGaN、P型GaN層和電流擴(kuò)展層，其特征在于在U型GaN層和N型GaN層之間設(shè)有一層剝離腐蝕阻擋層，該剝離腐蝕阻擋層采用AlN或者AlGaN。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的適合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，其特征在于 所述剝離阻擋層厚度為100nm-3um。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種適合激光剝離的大功率GaN基LED外延結(jié)構(gòu)，該外延結(jié)構(gòu)自下至上包括藍(lán)寶石襯底、U型GaN層、N型GaN層、N型AlGaN層、MQW層、P型AlGaN、P型GaN層和電流擴(kuò)展層，在U型GaN層和N型GaN層之間設(shè)有一層剝離腐蝕阻擋層，該剝離腐蝕阻擋層采用AlN或者AlGaN。本實(shí)用新型相比于普通LED外延結(jié)構(gòu)在U-GaN和N-GaN之間插入了一層剝離腐蝕阻擋層；通過(guò)優(yōu)化生長(zhǎng)溫度和生長(zhǎng)條件，形成無(wú)缺陷平整AlN或者AlGaN表面，同時(shí)可有效抑制線性位錯(cuò)密度，提高M(jìn)QW的效率。此剝離腐蝕阻擋層的分解溫度在2000度以上，高出GaN的分解溫度1000度左右，可有效控制激光剝離時(shí)對(duì)N型GaN和LED發(fā)光層的損傷，提高產(chǎn)品成品率。
文檔編號(hào)H01L33/44GK201667345SQ20102016723
公開(kāi)日2010年12月8日 申請(qǐng)日期2010年4月23日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月23日
發(fā)明者任忠祥, 劉長(zhǎng)江, 張成山, 徐現(xiàn)剛 申請(qǐng)人:山東華光光電子有限公司