利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法
2023-04-29 12:01:56 1
利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法
【專利摘要】一種利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，包含：在藍寶石襯底表面上先製備一包含銦組分的薄III族氮化物合金層和一低溫薄氮化鎵層的應力調控結構層；將藍寶石矽襯底加熱溫度升高；製備一氮化鎵基發光二極體器件結構層；降溫，形成的多孔薄III族氮化物弱鍵合層處自分離；在氮化鎵基發光二極體器件結構層上製備一反射/歐姆金屬層；再鍵合一鍵合襯底；將藍寶石襯底沿多孔薄III族氮化物弱鍵合層處剝離去除；製備第一歐姆電極層；製備第二歐姆電極層；將上述材料切割、分選和封裝後得到垂直結構氮化鎵基發光二極體器件。
【專利說明】利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體材料和器件領域，尤其是涉及一種利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法
【背景技術】
[0002]氮化鎵(GaN)是研製短波長發光二極體器件(LED)最常用的半導體材料，由於其同質襯底難於製備且價格昂貴，GaN單晶材料和LED器件結構的製備主要是通過異質外延方式利用異質襯底製備。其中，藍寶石(Al2O3)、碳化矽(SiC)和矽(Si)是製備GaN和LED器件結構材料最常用的三種襯底材料。隨著近年來室內外通用照明、大屏幕戶外屏、高清液晶電視和顯示器背光及特種照明等眾多領域對長壽命、超高亮度的大功率LED器件需求的持續增長，如何利用這三種襯底製備得到更低成本的垂直結構大功率GaN基LED器件，則成為LED器件研究開發的一個重要方向。其中，利用藍寶石襯底製備GaN基LED器件發展得最早。藍寶石相比Si更容易實現GaN材料大面積無裂紋高結晶質量生長，且價格比SiC低廉。可是，由於藍寶石不導電且導熱性能差，早期的GaN基LED器件需要將電極製備在晶片的同一側，這不僅大大減少了出光面積，而且難以通過增加注入電流的方式提高發光效率和增大輸出功率。為了克服藍寶石不導電且導熱性能差的缺點和獲得長壽命、超高亮度的垂直結構大功率GaN基LED器件，近年來發展了藍寶石襯底雷射剝離和倒裝器件工藝。具體工藝流程如下:(1)先在藍寶石襯底上製備的GaN基LED器件結構層上製備一反射/歐姆金屬層；(2)再利用金屬鍵合技術將另一具有良好導熱導電性能的鍵合襯底(如Si或金屬銅)金屬鍵合到反射/歐姆金屬層上；(3)接下來將材料倒置並用雷射剝離去除藍寶石襯底。藍寶石襯底雷射剝離工藝的原理:先用雷射掃描輻照倒置到上面的藍寶石襯底一側，雷射穿透透明的藍寶石襯底會先燒蝕界面處的GaN外延層而形成多孔或分離的弱鍵合結構。界面處GaN外延層包含的缺陷和位錯最多易於先被燒蝕分解，通過調控雷射的功率和輻照時間來控制界面處GaN外延層的燒蝕深度和程度。然後用很小機械力沿雷射掃描燒蝕形成的多孔或分離的弱鍵合結構處將藍寶石襯底從倒裝的GaN基LED器件結構層上剝離去除；
(4)將剝離了藍寶石襯底且倒裝到上面的η型GaN層表面粗化後鍍上η型透明電極；(5)將下面的鍵合襯底的下表面鍍上P型金屬電極；(6)將上述包含LED器件結構的材料切割、分選和封裝後得到出光面積大、可通大電流的大功率垂直結構GaN基LED器件。但這種用雷射剝離的方式去除藍寶石襯底工藝也存在著技術不足:(I)使用高功率可見光雷射器設備剝離襯底，雷射設備投入高無法進一步降低器件成本；(2)雷射剝離的襯底面積越大，效率和成品率越低；(3)高功率雷射局部加熱還會對GaN基LED器件結構造成不同程度損傷，致使大功率LED器件良率難提高。隨著近年來SiC襯底和Si襯底GaN基LED器件的質量不斷提高及成本不斷降低，如要繼續保持藍寶石襯底GaN基LED器件的綜合性價比優勢，還需要不斷發展新的可實用的藍寶石襯底GaN基LED外延材料製備技術及藍寶石襯底剝離去除技術，以能夠與新興起的SiC或Si襯底垂直結構GaN基LED器件製備技術競爭。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是針對現有利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體器件的技術不足，提供一種既能提高材料質量和器件製備效率，又能簡化藍寶石襯底剝離工藝且與現有材料和器件製備工藝兼容的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法。
[0004]本發明提供一種利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，包含如下步驟:
[0005]步驟1:將一藍寶石矽襯底置入材料生長設備的生長室內；
[0006]步驟2:在藍寶石襯底表面上先製備一包含銦組分的薄III族氮化物合金層和一低溫薄氮化鎵層的應力調控結構層；
[0007]步驟3:將藍寶石矽襯底加熱溫度升高，利用升溫退火將應力調控結構層中包含有銦組分的薄III族氮化物合金層中的銦組分加熱分解和完全析出變成多孔薄III族氮物弱鍵合層、低溫薄氮化鎵層則變成高溫薄氮化鎵單晶模板層；
[0008]步驟4:在升溫退火後的應力調控結構層上製備一氮化鎵基發光二極體器件結構層；
[0009]步驟5:將藍寶石矽襯底的溫度降到室溫，通過調控降溫速率使上面的氮化鎵基發光二極體器件結構層沿應力調控結構層升溫退火後形成的多孔薄III族氮化物弱鍵合層處自分離；
[0010]步驟6:將上述材料放入另一材料生長設備的生長室內，在氮化鎵基發光二極體器件結構層上製備一反射/歐姆金屬層；
[0011]步驟7:將上述材料放入到金屬鍵合設備中，在反射/歐姆金屬層上面金屬鍵合一鍵合襯底；
[0012]步驟8:將上述材料整體倒置，利用機械力將倒裝到上面且已從氮化鎵基發光二極體器件結構層上自分離的藍寶石襯底沿多孔薄III族氮化物弱鍵合層處剝離去除；
[0013]步驟9:將倒裝且去除藍寶石襯底的氮化鎵基發光二極體器件結構層的表面粗化後製備第一歐姆電極層；
[0014]步驟10:在鍵合襯底的下表面上製備第二歐姆電極層；
[0015]步驟11:將上述材料切割、分選和封裝後得到垂直結構氮化鎵基發光二極體器件。
[0016]本發明對提高利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體器件的質量和簡化藍寶石襯底剝離工藝具有積極效果，既提高了材料和器件的製備質量和效率，又大幅度降低了材料和器件的製備成本。同時，還與現有的氮化鎵材料和氮化鎵基發光二極體器件製備工藝兼容。因此，具有非常好的實用價值和市場推廣前景。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]為進一步說明本發明的具體技術內容，以下結合實施例及附圖詳細說明，如後，其中:
[0018]圖1A為實施例1藍寶石襯底上製備應力調控結構層2的示意圖，其中應力調控結構層2由一低溫薄氮化鎵層201、一包含銦組分薄III族氮化物合金層202、一低溫薄氮化鎵層201依次疊加而成；
[0019]圖1B為實施例1應力調控結構層2升溫退火後的結構示意圖，其內部的包含銦組分薄III族氮化物合金層202變成多孔薄III族氮化物弱鍵合層204，低溫薄氮化鎵層201變成高溫薄氮化鎵單晶模板層203 ；
[0020]圖1C為實施例1在升溫退火後應力調控結構2上依次製備氮化鎵基發光二極體器件結構層3、反射/歐姆金屬層401、金屬鍵合鍵合襯底102的結構示意圖。其中，氮化鎵基發光二極體器件結構層3由第一類型限制層301、發光層302、第二類型限制層303依次疊加而成；
[0021]圖1D為實施例1將圖1C的結構倒裝並用較小機械力將藍寶石襯底101和一高溫薄氮化鎵單晶模板層203沿多孔薄III族氮化物弱鍵合層204處從氮化鎵基發光二極體器件結構層3上剝離去除的結構示意圖；
[0022]圖1E為實施例1將倒裝的氮化鎵基發光二極體器件結構層3的上表面粗化後製備第一歐姆電極層402和在鍵合襯底102底面製備第二歐姆電極層403的結構示意圖。
[0023]圖2A為實施例2藍寶石襯底上製備應力調控結構層2的示意圖，其中應力調控結構層2由一包含銦組分薄III族氮化物合金層202、一低溫薄氮化鎵層201依次疊加而成；
[0024]圖2B為實施例2應力調控結構層2升溫退火後的結構示意圖，其內部的包含銦組分薄III族氮化物合金層202變成多孔薄III族氮化物弱鍵合層204，低溫薄氮化鎵層201變成高溫薄氮化鎵單晶模板層203 ；
[0025]圖2C為實施例2在升溫退火後應力調控結構2上依次製備氮化鎵基發光二極體器件結構層3、反射/歐姆金屬層401、金屬鍵合鍵合襯底102的結構示意圖。其中，氮化鎵基發光二極體器件結構層3由第一類型限制層301、發光層302、第二類型限制層303依次疊加而成；
[0026]圖2D為實施例2將圖2C的結構倒裝並用較小機械力將藍寶石襯底101沿多孔薄III族氮化物弱鍵合層204處從氮化鎵基發光二極體器件結構層3上剝離去除的結構示意圖；
[0027]圖2E為實施例2將倒裝的氮化鎵基發光二極體器件結構層3的上表面粗化後製備第一歐姆電極層402和在鍵合襯底102底面製備第二歐姆電極層403的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]請參閱圖1A-E所示，本發明提供一種利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，包含如下步驟:
[0029]步驟1:將一用於支撐個材料製備生長的藍寶石襯底101置入金屬有機物化學氣相沉積材料生長設備的生長室內；
[0030]步驟2:在藍寶石襯底上製備一包含有銦組分的薄III族氮化物合金層202的應力調控結構層2。所述的應力調控結構層2是由一低溫薄氮化鎵層201、一包含銦組分的薄III族氮化物合金層202、一低溫薄氮化鎵`層201的三層結構依次疊加而成，或是由一包含銦組分的薄III族氮化物合金層202和一低溫薄氮化鎵層201的二層結構依次疊加而成。其中，所述的包含銦組分的薄III族氮化物合金層202僅限於InxGai_xN、InxAl1^xN,InxAlyGa1^N中的一種，銦組分濃度x的數值為0.05至0.95，厚度為5至500nm，生長溫度450°C至950°C ;所述的低溫薄氮化鎵層303的厚度10至500nm，製備生長溫度不高於包含銦組分的薄III族氮化物合金層202的生長溫度；
[0031]步驟3:將襯底加熱溫度升高，通過調控升溫速度和幅度，利用升溫退火將應力調控結構層2中包含有銦組分的薄III族氮化物合金層202中的銦組分加熱分解和完全析出變成多孔薄III族氮物弱鍵合層204，低溫薄氮化鎵層201經升溫退火變成高溫薄氮化鎵單晶模板層203。其中，升溫幅度要高於包含銦組分的薄III族氮化物合金層302的製備生長溫度至少100至600°C ；
[0032]步驟4:在升溫退火後的應力調控結構層2上製備一氮化鎵基發光二極體器件結構層3，所述的氮化鎵基發光二極體器件結構層3是由第一類型限制層301、發光層302、第二類型限制層303依次疊加而成；所述的發光層302由GaN、InGaN、AlGaN、InAlN、InAlGaN、GaN/InGaN多量子講、GaN/AlGaN多量子講、GaN/InAIN多量子講、GaN/InAIGaN多量子講、AlGaN/InGaN 多量子阱、AlGaN/InAIN 多量子阱、AlGaN/InAlGaN 多量子阱、InGaN/InAIN 多量子阱、InGaN/InAlGaN多量子阱、InAlN/InAlGaN多量子阱、GaN量子點、InGaN量子點、AlGaN量子點、InAlN量子點、InAlGaN量子點中的一種或多種材料組合構成；所述的第一類型限制層301是由η型的GaN、InGaN, AlGaN, InAlN, InAlGaN中的一種或幾種材料組合疊加構成，層厚不低於2微米；所述的第二類型限制層303是由P型的GaN、InGaN, AlGaN,InAlN, InAlGaN中的一種或幾種材料組合疊加構成；
[0033]步驟5:將襯底加熱溫度由較高的生長溫度降到室溫，通過調控降溫速率使上面的氮化鎵基發光二極體器件結構層3沿應力調控結構層2升溫退火後形成的多孔薄III族氮化物弱鍵合層204處自分離；
[0034]步驟6:將降溫取出的材料放入另一磁控濺射設備的生長室內，在氮化鎵基發光二極體器件結構層3上製備一反射/歐姆金屬層401。所述的反射/歐姆金屬層401是由對藍光、綠光、黃光、紫光、紫外光、白光中的一種或多種光具有高反射率的金屬材料構成，包括但不限於金屬銀、金屬鋁、金屬金、金屬銅、金屬鐵、金屬鎳、金屬鈦中的一種或多種材料組合；
[0035]步驟7:將步驟I至6製備得到的材料取出放入到金屬鍵合設備中，在反射/歐姆金屬層401上面金屬鍵合一用於導電、導熱和起支撐作用的鍵合襯底102。所述的鍵合襯底102是由具有良好導電和導熱性能的材料構成，包括但不限於矽、碳化矽、金屬銅、金屬鋁、金屬鐵、不鏽鋼中的一種或多種材料組合；
[0036]步驟8:將步驟I至7製備的材料整體倒置，用較小機械力將倒裝到上面且已從氮化鎵基發光二極體器件結構層3上自分離的藍寶石襯底101沿多孔薄III族氮化物弱鍵合層204處剝離去除；
[0037]步驟9:將倒裝且去除藍寶石襯底101的氮化鎵基發光二極體器件結構層3的表面粗化後製備第一歐姆電極層402，所述的第一歐姆電極層402是由對藍光、綠光、黃光、紫光、紫外光、白光中的一種或多種光具有高透射率且具有良好導電性能的材料構成，包括但不限於ΙΤ0、氧化鋅、石墨烯、透明導電聚合物中的一種或多種材料組合；
[0038]步驟10:在鍵合襯底102的下表面上製備第二歐姆電極層403 ；
[0039]步驟11:將步驟I至10製備的材料切割、分選和封裝，得到垂直結構氮化鎵基發光二極體器件。[0040]本發明的一種利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，具有如下特點和有益效果:
[0041](I)相比已有的藍寶石襯底氮化鎵材料製備方法。本發明的特點是先設計製備具有合適厚度和銦組分的薄III族氮化物合金層、具有合適厚度和生長溫度的低溫薄氮化鎵層的多層應力調控結構層，再採用升溫退火工藝將包含銦組分薄III族氮化物合金層自分解變成一多孔薄III族氮化物弱鍵合層、將低溫薄氮化鎵層變成高溫薄氮化鎵單晶模板層，這樣僅通過調控薄III族氮化物合金層的銦組分濃度和層厚就可實現其上高溫薄氮化鎵單晶模板層與下面的藍寶石襯底之間解耦合程度的調控。而該多孔薄III族氮化物弱鍵合層更重要的作用有三方面:一是能夠用於後續氮化鎵發光二極體器件結構層製備生長過程產生的晶格失配應力和熱膨脹係數差異引起的熱應力的調控，進而起到降低位錯密度和表面起伏作用而改善提高材料製備生長質量；二是能夠用於材料製備生長完成後的大幅度降溫過程因藍寶石襯底和氮化鎵材料之間熱膨脹係數差異所產生的熱應力的調控，進而起到降低膜層彎曲和提高器件良率作用；三是如解耦合程度合適，還可將降溫過程產生的熱應力先集中在多孔薄III族氮化物弱鍵合層處釋放，進而造成上面的氮化鎵基發光二極體器件結構層與藍寶石襯底之間的自分離，進而簡化襯底剝離工藝，提高器件製備效率和良率及降低成本。
[0042](2)本發明相比現有的藍寶石襯底氮化鎵材料製備方法，更利於提高氮化鎵材料製備生長質量並實現氮化鎵材料表面平整、高結晶質量、無應力製備生長；
[0043](3)本發明相比現有的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體器件方法，不用高功率雷射剝離就能夠很容易地剝離去除用於支撐和材料製備生長的藍寶石襯底，既簡化了藍寶石襯底剝離工藝，又利於提高器件的製備效率和良率；
[0044]下面介紹利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體器件方法。應該理解，以下描述的製備方法僅為利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體器件的具體實例。本領域的工程技術人員可以在本發明指導下根據需要及其他因素做出改變。
[0045]實施例1:`[0046]請參閱圖1A-E所示，為本發明的第一實施例，本發明利用藍寶石襯底製備垂直結構藍光氮化鎵(GaN)基發光二極體器件的工藝流程如下:
[0047]步驟1:將一用於支撐和材料生長的c面藍寶石襯底101置入金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)材料生長設備的生長室內；
[0048]步驟2:採用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)工藝，在c面藍寶石襯底101上，依次以以550°C至850°C的低溫製備生長溫度製備一 5nm至500nm厚的低溫薄氮化鎵層201，以550°C至850°C的低溫製備一 5nm至500nm厚且銦組分濃度x為0.05至0.75的薄銦鎵氮(InxGa1JO合金層202,以與InxGa^xN相同的生長溫度製備一 5nm至500nm厚的低溫薄氮化鎵層201，由此得到擁有三層結構的應力調控結構層2。
[0049]步驟3:將襯底加熱溫度由低溫氮化鎵(GaN)的生長溫度550至850°C的低溫升到1000至1200°C的高溫，通過升溫退火將應力調控結構層2中的薄銦鎵氮(InxGahN)合金層202中的銦(In)組分加熱分解和完全析出，由此變成多孔氮化鎵弱鍵合層204，而低溫薄氮化鎵層經升溫退火後則變成高溫薄氮化鎵單晶模板層203，由此得到包含多孔氮化鎵弱鍵合層204的新三層結構的應力調控結構層2 ；[0050]步驟4:採用金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)工藝，在升溫退火後的應力調控結構層2上，依次以1000至1100°C的襯底加熱溫度製備一厚度I至3 μ m厚的η型氮化鎵第一類型限制層301，以750至1050°C的襯底加熱溫度溫製備一 3至10個周期的GaN/InGaN多量子阱藍光發光層302，以750至950°C的襯底加熱溫度製備一厚度5至IOOOnm的p型氮化鎵第二類型限制層303，由此得到一多層結構藍光氮化鎵基發光二極體器件結構層3 ；
[0051]步驟5:將襯底加熱溫度由較高的750至950°C的高溫，以5至50°C /分鐘的降溫速率降到室溫，並使上面的藍光氮化鎵基發光二極體器件結構層3沿應力調控結構層2升溫退火後形成的多孔氮化鎵弱鍵合層204處自分離；
[0052]步驟6:將步驟I至5製備的材料由金屬有機物化學氣相沉積(MOCVD)生長室取出後放入另一磁控濺射設備的生長室內，在藍光氮化鎵基發光二極體器件結構層3上製備一對藍光具有高反射率的金屬銀鋁合金(Ag/Al)反射/歐姆層401 ；
[0053]步驟7:將步驟I至6製備的材料放入到金屬鍵合設備中，在金屬銀鋁合金(Ag/Al)反射/歐姆層401上面金屬鍵合一用於導電、導熱和起支撐作用的矽鍵合襯底102 ；
[0054]步驟8:將步驟I至7製備得到的材料整體倒置，用較小的機械力將倒裝到上面且已從藍光氮化鎵基發光二極體器件結構層3上自分離的c面藍寶石襯底101沿多孔氮化鎵弱鍵合層204處剝離去除；
[0055]步驟9:將倒裝且去除c面藍寶石襯底101的藍光氮化鎵基發光二極體器件結構層3的η型氮化鎵(η-GaN)層的表面粗化後製備一對藍光投射率高的透明的摻鋁氧化鋅(ZnO:A1)第一歐姆電極層402 ；
[0056]步驟10:在矽鍵合襯底102的下表面上製備一金屬第二歐姆電極層403 ；
[0057]步驟11:將步驟I至10製備的材料切割、分選和封裝，得到垂直結構藍光氮化鎵基發光二極體器件。
[0058]實施例2:
[0059]請參閱圖2A-E所示，為本發明的第二實施例，本發明利用藍寶石襯底製備垂直結構紫外光鋁鎵氮鎵(AlGaN)基發光二極體器件的工藝流程如下:
[0060]步驟1:將一用於支撐和材料生長的藍寶石襯底101置入分子束外延(MBE)設備的生長室內；
[0061]步驟2:採用分子束外延(MBE)工藝，在藍寶石襯底101表面上，以相同的550至7500C的生長溫度依次製備5至200nm厚且銦(In)組分濃度x為0.05至0.75的薄銦鋁氮(InxAVxN)合金層202，5至200nm厚的低溫薄氮化鎵層201，由此得到擁有二層結構的應力調控結構層2。
[0062]步驟3:將襯底加熱溫度由550至750°C的低溫升到750至950°C的高溫，通過升溫退火將應力調控結構層2中的薄銦鋁氮(InxAllxN)合金層202中的銦組分加熱分解和完全析出，由此變成多孔氮化鋁(AlN)弱鍵合層204，將上層的低溫薄氮化鎵層201經升溫退火後則變成高溫薄氮化鎵單晶模板層203，由此得到包含多孔氮化鋁(AlN)弱鍵合層204新的二層結構的應力調控結構層2 ；
[0063]步驟4:採用分子束外延工藝，在升溫退火後的應力調控結構層2上，依次以750至950°C的襯底加熱溫度製備一厚度500至2000nm厚的η型鋁鎵氮(AlGaN)第一類型限制層301，以750至950°C的襯底加熱溫度製備一 3到10個周期的GaN/AlGaN多量子阱紫外光發光層302，以750至950°C的襯底加熱溫度製備一厚度5至500nm的p型鋁鎵氮第二類型限制層303，由此得到一多層結構的紫外光鋁鎵氮基發光二極體器件結構層3 ；
[0064]步驟5:將襯底加熱溫度由較高的750至950°C的高溫，以5至50°C /分鐘的降溫速率降到室溫，並使上面的鋁鎵氮基發光二極體器件結構層3沿應力調控結構層2升溫退火後形成的多孔氮化鋁弱鍵合層204處自分離；
[0065]步驟6:將步驟I至5製備得到的材料由分子束外延生長室取出後放入另一磁控濺射設備的生長室內，在鋁鎵氮基發光二極體器件結構層3上製備一對紫外光具有高反射率的金屬銀和鋁合金(Ag/Al)反射/歐姆層401 ；
[0066]步驟7:將步驟I至6製備得到的材料取出放入到金屬鍵合設備中，在金屬銀和鋁合金反射/歐姆層401上面金屬鍵合一用於導電、導熱和起支撐作用的金屬銅鍵合襯底102 ；
[0067]步驟8:將步驟I至7製備的材料整體倒置，用較小機械力將倒裝到上面且已從鋁鎵氮(AlGaN)基發光二極體器件結構層3上自分離的藍寶石襯底101沿多孔氮化鋁(AlN)弱鍵合層204處剝離去除；
[0068]步驟9:將倒裝且去除藍寶石襯底101的氮化鎵基發光二極體器件結構層4的η型鋁鎵氮(n-AlGaN)層的表面粗化後製備一對紫外光透射率高的摻鋁氧化鋅(ZnO:A1)第一歐姆電極層402 ；
[0069]步驟10:在金屬銅鍵合襯底102的下表面上製備一金屬第二歐姆電極層403 ；
[0070]步驟11:將步驟I至10製備的材料切割、分選和封裝，得到垂直結構紫外光鋁鎵氮(AlGaN)基發光二極體器件。
[0071]以上所述的具體實施例，對本發明的目的、技術方案和有益效果進行了進一步詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發明的具體實施例而已，並不用於限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍內。
【權利要求】
1.一種利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，包含如下步驟: 步驟1:將一藍寶石矽襯底置入材料生長設備的生長室內； 步驟2:在藍寶石襯底表面上先製備一包含銦組分的薄III族氮化物合金層和一低溫薄氮化鎵層的應力調控結構層； 步驟3:將藍寶石矽襯底加熱溫度升高，利用升溫退火將應力調控結構層中包含有銦組分的薄III族氮化物合金層中的銦組分加熱分解和完全析出變成多孔薄III族氮物弱鍵合層、低溫薄氮化鎵層則變成高溫薄氮化鎵單晶模板層； 步驟4:在升溫退火後的應力調控結構層上製備一氮化鎵基發光二極體器件結構層；步驟5:將藍寶石矽襯底的溫度降到室溫，通過調控降溫速率使上面的氮化鎵基發光二極體器件結構層沿應力調控結構層升溫退火後形成的多孔薄III族氮化物弱鍵合層處自分離； 步驟6:將上述材料放入另一材料生長設備的生長室內，在氮化鎵基發光二極體器件結構層上製備一反射 /歐姆金屬層； 步驟7:將上述材料放入到金屬鍵合設備中，在反射/歐姆金屬層上面金屬鍵合一鍵合襯底； 步驟8:將上述材料整體倒置，利用機械力將倒裝到上面且已從氮化鎵基發光二極體器件結構層上自分離的藍寶石襯底沿多孔薄III族氮化物弱鍵合層處剝離去除； 步驟9:將倒裝且去除藍寶石襯底的氮化鎵基發光二極體器件結構層的表面粗化後製備第一歐姆電極層； 步驟10:在鍵合襯底的下表面上製備第二歐姆電極層； 步驟11:將上述材料切割、分選和封裝後得到垂直結構氮化鎵基發光二極體器件。
2.根據權利要求1所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的應力調控結構層是由一低溫薄氮化鎵層、一包含銦組分的薄III族氮化物合金層和一低溫薄氮化鎵層的三層結構依次疊加而成，或是由一包含銦組分的薄III族氮化物合金層和一低溫薄氮化鎵層的二層結構依次疊加而成。
3.根據權利要求1或2所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的包含銦組分的薄III族氮化物合金層的材料為InxGahN、InxAlhN或InxAlyGa1^N中的一種，銦組分濃度x的數值為0.05至0.95，厚度為5至500nm，生長溫度450 至 950 0C ο
4.根據權利要求1或2所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的低溫薄氮化鎵層的厚度10至500nm，製備生長溫度等於或低於包含銦組分的薄III族氮化物合金層的製備生長溫度。
5.根據權利要求1所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的藍寶石襯底加熱溫度由低溫升至高溫的升溫速率為10至100°C /分鐘，升溫幅度為100至600°C，以實現應力調控結構中的包含銦組分的薄III族氮化物合金層中的銦組分被加熱分解和完全析出，變成多孔的薄III族氮化物弱鍵合層，同時其中的低溫薄氮化鎵層經升溫退火結晶質量變好變成高溫薄氮化鎵單晶模板層。
6.根據權利要求1所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的氮化鎵基發光二極體器件結構層是由第一類型限制層、發光層和第二類型限制層依次疊加而成。
7.根據權利要求1或6所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的發光層的材料為GaN、InGaN, AlGaN, InAlN, InAlGaN, GaN/InGaN多量子阱、GaN/AlGaN多量子講、GaN/InAIN多量子講、GaN/InAlGaN多量子講、AlGaN/InGaN多量子講、AlGaN/InAIN 多量子阱、AlGaN/InAlGaN 多量子阱、InGaN/InAIN 多量子阱、InGaN/InAlGaN多量子阱、InAlN/InAlGaN多量子阱、GaN量子點、InGaN量子點、AlGaN量子點、InAlN量子點或InAlGaN量子點中的一種或多種材料組合構成。
8.根據權利要求1或6所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的第一類型限制層的材料為η型的GaN、InGaN、AlGaN、InAlN或InAlGaN中的一種或幾種材料組合疊加構成，層厚等於或大於I μ m。
9.根據權利要求1或6所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的第二類型限制層的材料為P型的GaN、InGaN、AlGaN、InAlN或InAlGaN中的一種或幾種材料組合疊加構成。
10.根據權利要求1所述的利用藍寶石襯底製備垂直結構氮化鎵基發光二極體的方法，其中所述的鍵合襯底的材料為矽、碳化矽、金屬銅、金屬鋁、金屬鐵或不鏽鋼中的一種或多種材料組合。`
【文檔編號】H01L33/00GK103633199SQ201310651999
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年12月5日 優先權日:2013年12月5日
【發明者】楊少延, 張恆, 魏鴻源, 焦春美, 趙桂娟, 汪連山, 劉祥林, 王佔國 申請人:中國科學院半導體研究所