基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法
2023-06-07 08:44:51 2
基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法
【專利摘要】本發明公開基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，包括：在p型GaN上依次製作歐姆接觸層、金屬層，並製作新的支撐基底；在拋光後的藍寶石表面按LED晶片尺寸進行雷射刻槽，槽深度至所述新的支撐基底；將放置有掩膜板的藍寶石樣品進行區域雷射剝離；將樣品放置於腐蝕溶液中，溶液通過刻槽進入到與藍寶石基底交界處的GaN層，並對其進行側向腐蝕，最終完全去除藍寶石基底，並且對GaN表面進行粗化；在去除基底的GaN表面上製作n型電極、鈍化層，形成垂直結構LED晶片。本發明避免了傳統雷射剝離時由於雷射光斑的不均勻性和光斑之間的交疊對GaN外延片的損傷，同時避免了傳統的腐蝕技術要求較厚GaN厚度的弊端。
【專利說明】基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉一種GaN基LED的製備方法，具體涉及一種基於雷射剝離和化學腐蝕的LED晶片製備方法。
【背景技術】
[0002]由於藍寶石基底與GaN材料晶格失配較小，且價格低廉，目前是生長GaN基外延層的主要基底。但由於其導電性差，因此傳統GaN基LED為同側電極結構。而同側電極不僅增加了電流流經路徑和工作電壓，還導致了電流擁堵效應，增加了器件產熱。而低熱導率的藍寶石基底致使器件內部熱量無法及時散出，從而導致LED器件發光功率下降以及壽命減少等問題。因此傳統結構LED不適於製作大功率或大電流密度工作的器件。為了解決這個問題，常用的方法是利用鍵合(或電鍍)，將GaN基LED外延層結合到另一熱導率高，導電性好的基底上，並通過雷射剝離的方法去除藍寶石基底，從而製作出垂直結構LED，改善器件散熱特性。然而用於雷射剝離藍寶石基底的準分子雷射器的光斑不均勻，特別是中心和邊界光強相差較大(CHIN.PHYS.LETT., 27，127303，2010)，這就導致了雷射剝離過程中GaN材料分解不均勻。為使得GaN材料都實現分解，則需要增加入射雷射的能量，然而這樣會導致光斑中心附近能量過大而對GaN材料造成損傷，如產生位錯或缺陷等。因此雷射剝離後的器件通常具有較大的漏電流，這無疑會降低器件的抗靜電能力和壽命。然而近幾年發展出的化學腐蝕氮化鎵層，去除藍寶石基底方法(RSC Adv.，3，10934，2013，)，由於側向腐蝕長度較長，而側向腐蝕的同時，也會發生縱向腐蝕，這就要求GaN材料具有較厚的厚度，通常需要10 μ m以上，增加了製作成本。
[0003]
【發明內容】
[0004]為了解決上述GaN基外延薄膜在雷射剝離過程中由於雷射光斑能量不均勻導致的材料質量下降的問題，以及避免化學腐蝕對GaN材料厚度的要求，以不損傷去除藍寶石基底後GaN基外延薄膜質量，提高成品率，本發明旨在提出基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，利用區域雷射剝離和化學腐蝕的技術，製備垂直結構GaN基LED。
[0005]本發明所述的基於區域雷射剝離和化學腐蝕的垂直結構GaN基LED製備方法包括以下步驟:
基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，其特徵在於包括如下步驟:
(O提供藍寶石為基底的GaN基發光外延片，其外延層依次包括η型GaN層、有源層、AlGaN 層、P 型 GaN 層；
(2)在P型GaN上依次製作歐姆接觸層、金屬層，並利用電鍍或鍵合的方式製作新的支撐基底；
(3)將藍寶石基底基底減薄拋光至20μ m至100 μ m ;
(4)在拋光後的藍寶石表面按LED晶片尺寸進行雷射刻槽，槽深度至所述新的支撐基底；
(5)製作鏤空的與晶片形狀相同的且橫向和縱向尺寸均比晶片小5°/Γ50%的掩模板，將掩模板對準置於藍寶石上方；
(6)將上述放置有掩膜板的藍寶石樣品進行區域雷射剝離，具體為:採用紫外波長的脈衝雷射器，將出射雷射通過透鏡匯聚成與晶片形狀相同的光斑；將待剝離樣品藍寶石面向上，置於可控制移動的平移臺上方，平移臺每次移動距離為兩晶片中心的間距；調整入射雷射能量、頻率和平移臺移動速度，使得每次雷射能照射到鏤空處且鏤空處的GaN發生分解；
(7)配質量濃度為5°/Γ40%的KOH腐蝕溶液，並置於60°C?80°C的恆溫水浴內，將步驟
(6)得到的樣品放置於腐蝕溶液中，溶液通過刻槽進入到與藍寶石基底交界處的GaN層，並對其進行側向腐蝕，最終完全去除藍寶石基底，並且對GaN表面進行粗化；
(8)在去除基底的GaN表面上製作η型電極、鈍化層，形成垂直結構LED晶片。
[0006]進一步地，步驟(I)所述藍寶石為基底的GaN基發光外延片通過如下步驟獲得:在藍寶石基底上利用金屬有機氣相化學沉積方法，依次沉積低溫緩衝層、未摻雜的GaN層、摻Si的η型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源層、摻Mg的AlGaN層和摻Mg的p型GaN層，並在外延生長後進行Mg激活。
[0007]進一步地,步驟(2)具體包括:在P型GaN上依次製作0.98 mm*0.98 mm大小的區域狀Ni/Ag/Ni/Au歐姆接觸層，同時作為金屬反射鏡層；並在P型GaN —側上蒸發一整層Ni/Au作為種子層，並在Ni/Au上電鍍Cu作為支撐基底。
[0008]進一步地,步驟(5)中所述掩膜板對200nnT400nm波長發光透過率低於10%。
[0009]與現有技術相比，本發明具有如下優點和技術效果:
本發明結合藍寶石背部刻槽，區域雷射剝離、腐蝕GaN層，最終去除藍寶石基底，避免了傳統雷射剝離時由於雷射光斑的不均勻性和光斑之間的交疊對GaN外延片的損傷，同時避免了傳統的腐蝕技術要求較厚GaN厚度的弊端，可應用於GaN基垂直結構晶片的製備上。
[0010]
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]圖1是在藍寶石基底上製作製作歐姆接觸層、金屬層和支撐基底後的結構示意圖。
[0012]圖2是在圖1所示結構的基礎上進行雷射刻槽的示意圖。
[0013]圖3是掩膜板的俯視圖。
[0014]圖4是進行進行區域雷射剝離後的樣品結構示意圖。
[0015]圖5是為樣品放置於腐蝕溶液中的示意圖。
[0016]圖6為具有垂直結構LED晶片截面圖。
[0017]圖中，11:藍寶石基底；12:GaN基外延層；13:區域狀Ni/Ag/Ni/Au ；14:Ni/Au種子層；15 =Cu基底；21:拋光後的藍寶石基底；22:槽；31掩膜板；41:雷射器光斑；42:平移臺；51:Κ0Η腐蝕溶液；52:恆溫水浴鍋；53:部分雷射剝離的樣品；61:n型電極；62 =S12鈍化層。
[0018]
【具體實施方式】
[0019]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚明白，下面結合附圖和實施例，對本發明進一步詳細說明。在以下的描述中闡述了更多的細節便於充分理解本發明，但是本發明能夠以多種不同於此描述的其它方式實施，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護範圍。
[0020]I)在藍寶石基底11上利用金屬有機氣相化學沉積方法，依次沉積低溫緩衝層、未摻雜的GaN層、摻Si的η型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源層、摻Mg的AlGaN層和摻Mg的P型GaN層等GaN基外延層12，並在外延生長後進行Mg激活，以提高空穴濃度。
[0021]2)在上述P型GaN上依次製作0.98 mm*0.98 mm大小的區域狀Ni/Ag/Ni/Au歐姆接觸層13，同時作為金屬反射鏡層，並在500°C氧氣氛圍內退火I min，使其形成良好的歐姆接觸。
[0022]3)在上述退火後的樣品P型GaN —側上蒸發一整層Ni/Au 14作為種子層，並在Ni/Au上電鍍10ym厚度的Cu 15作為支撐基底，圖1所示為截面圖。
[0023]4)將藍寶石基底11減薄拋光至20μπι至10ym,形成拋光後的藍寶石基底21 ；
5)在拋光後的藍寶石表面按LED晶片尺寸進行雷射刻槽，槽22深度至Cu基底，圖2所示為截面圖；
6)製作雷射剝離時的不鏽鋼材質的掩膜板31，其中掩膜板鏤空處的尺寸0.95 mm*0.95_。將掩膜板置於藍寶石上方，並與晶片位置對準。圖3所示為掩膜板俯視圖。
[0024]7)將發光波長為248 nm的脈衝雷射器光斑聚焦至I mm*l mm 41，其中雷射能量密度為，600mJ/cm2，然後將上述樣品置於可調節移動速度和移動步長的平移臺42上，調整樣品位置和雷射頻率，使得每次雷射光斑均可輻照到掩膜板鏤空處，且GaN發生分解，如圖4所示。
[0025]8)配質量濃度為10%的KOH腐蝕溶液51，並置於80°C的恆溫水浴鍋52內，將上述部分雷射剝離的樣品53放置於腐蝕溶液中20 min，去除藍寶石基底，如圖5所示；
9)在上述去除基底後的樣品表面上製作η型電極61、S12鈍化層62，形成LED晶片，圖6所示為截面圖。
[0026]如上即可較好地實現本發明並取得所述的技術效果。
【權利要求】
1.基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，其特徵在於包括如下步驟: (O提供藍寶石為基底的GaN基發光外延片，其外延層依次包括η型GaN層、有源層、AlGaN 層、P 型 GaN 層； (2)在P型GaN上依次製作歐姆接觸層、金屬層，並利用電鍍或鍵合的方式製作新的支撐基底； (3)將藍寶石基底基底減薄拋光至20μ m至100 μ m ; (4)在拋光後的藍寶石表面按LED晶片尺寸進行雷射刻槽，槽深度至所述新的支撐基底； (5)製作鏤空的與晶片形狀相同的且橫向和縱向尺寸均比晶片小5°/Γ50%的掩模板，將掩模板對準置於藍寶石上方； (6)將上述放置有掩膜板的藍寶石樣品進行區域雷射剝離，具體為:採用紫外波長的脈衝雷射器，將出射雷射通過透鏡匯聚成與晶片形狀相同的光斑；將待剝離樣品藍寶石面向上，置於可控制移動的平移臺上方，平移臺每次移動距離為兩晶片中心的間距；調整入射雷射能量、頻率和平移臺移動速度，使得每次雷射能照射到鏤空處且鏤空處的GaN發生分解； (7)配質量濃度為5°/Γ40%的KOH腐蝕溶液，並置於60°C?80°C的恆溫水浴內，將步驟(6)得到的樣品放置於腐蝕溶液中，溶液通過刻槽進入到與藍寶石基底交界處的GaN層，並對其進行側向腐蝕，最終完全去除藍寶石基底，並且對GaN表面進行粗化； (8)在去除基底的GaN表面上製作η型電極、鈍化層，形成垂直結構LED晶片。
2.根據權利要求1所述的基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，其特徵在於步驟(I)所述藍寶石為基底的GaN基發光外延片通過如下步驟獲得:在藍寶石基底上利用金屬有機氣相化學沉積方法，依次沉積低溫緩衝層、未摻雜的GaN層、摻Si的η型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源層、摻Mg的AlGaN層和摻Mg的p型GaN層，並在外延生長後進行Mg激活。
3.根據權利要求1所述的基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，其特徵在於步驟(2)具體包括:在P型GaN上依次製作0.98 mm*0.98 mm大小的區域狀Ni/Ag/Ni/Au歐姆接觸層，同時作為金屬反射鏡層；並在P型GaN —側上蒸發一整層Ni/Au作為種子層，並在Ni/Au上電鍍Cu作為支撐基底。
4.根據權利要求1所述的基於區域雷射剝離及化學腐蝕的GaN基LED製備方法，其特徵在於步驟(5)中所述掩膜板對200nnT400nm波長發光透過率低於10%。
【文檔編號】H01L33/20GK104183675SQ201410327316
【公開日】2014年12月3日 申請日期:2014年7月10日 優先權日:2014年7月10日
【發明者】胡曉龍, 王洪, 黃華茂 申請人:華南理工大學