[发明专利]一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件及其制备方法

权利要求书

1.一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件，包括具有N半导体层、活性层和P半导体层的GaN基外延膜；在P半导体层下形成欧姆接触及金属反射层，其反射金属膜材料优选Ag，厚度是50nm～500nm；在反射金属膜下形成多层金属膜；在多层金属层膜上形成共晶焊料层；共晶焊料层与支撑部件键合；在N半导体层上形成N电极材料层；在支撑部件底部形成P电极材料层；其特征在于：GaN基发光器件侧壁包裹钝化膜，保证器件与深度补偿膜的绝对电阻断，钝化膜厚度为50nm～500nm；钝化膜外围和多层金属空隙中填充满高反射金属材料，厚度为0.5μm～2μm，实现GaN基发光器件与支撑部件的无缝隙式键合，降低激光剥离过程裂缝的发生率，提高成品率；同时发光器件侧壁的高反射率金属材料可减少器件的光损失，提高器件的发光效率并有助于发光器件散热。

2.根据权利要求1所述的一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件，其特征在于：反射金属膜材料还可以由Al、Ag、Ni、Au、Cu、Pd、Rh所形成的任一种合金制成；共晶焊料层是AuSn、Sn、AuGe或AuSi低熔点合金材料；支撑部件由GaAs、Ge、Si其中任一材料制成。

3.根据权利要求1所述的一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件，其特征在于：钝化膜材料为SiO₂或Si₃N₄绝缘材料。

4.根据权利要求1所述的一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件，其特征在于：高反射金属材料优选金属Al，也可以由Ag、Au、Cu、Pt、Pd和Rh中的一种金属制成。

5.一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件的制备方法，其制备步骤如下：

(1)在蓝宝石衬底上生长具有N半导体层、活性层和P半导体层结构的GaN基外延膜；

(2)结合采用干法蚀刻去除部分GaN外延层和激光划开GaN外延层的合成分隔法按预定的间隔分离形成GaN基单元发光器件，形成的凹槽深度为0.5μm～2μm，宽度是20μm～200μm，激光波长小于GaN半导体材料的发光波长，包含266nm和355nm波长的激光；

(3)在P半导体层顶部形成欧姆接触及金属反射层，其反射金属膜材料优选Ag厚度是50nm～500nm，也可以由Al、Ag、Ni、Au、Cu、Pd、Rh金属所形成的任一种合金制成，可以通过高温退火达到欧姆接触特性并增强其与P半导体层的附着力；

(4)在凹槽内壁和除金属反射层的台面边缘包裹钝化膜，钝化膜材料是SiO₂或Si₃N₄等绝缘材料，钝化膜厚度是50nm～500nm，钝化膜的高度与上述金属反射层齐平；

(5)在凹槽内沉积深度补偿膜，沉积高度与金属反射层齐平，深度补偿膜是具有高反射率的金属材料，优选Al，也可以是由Ag、Au、Cu、Pt、Pd和Rh中的一种金属制成，厚度是0.5μm～2μm；

(6)在金属反射层、钝化膜和深度补偿膜顶部覆盖多层金属膜，此多层金属膜的作用主要起到阻挡和保护上述金属反射层的作用；

(7)在厚金属膜上形成共晶焊料层，共晶焊料层共晶焊料层是AuSn、Sn、AuGe或AuSi低熔点合金材料；

(8)通过共晶过程将GaN基外延键合到支撑部件上，支撑部件具有良好的导热和导电性能，支撑部件由GaAs、Ge、Si其中任一材料制成，共晶温度为200℃～500℃，共晶压力是1000N～20000N，至此实现激光剥离蓝宝石衬底前GaN基外延无缝隙的键合到支撑部件上；

(9)通过激光剥离方法将蓝宝石衬底与GaN外延膜分离，优选KrF准分子激光器；

(10)清洁并蚀刻去除顶部部分GaN半导体层，并去除前述凹槽对应位置残留的GaN外延层；

(11)在各单元发光器件N半导体层顶部形成N电极，在支撑部件底部形成P电极；

(12)经过划片处理或切断处理的过程形成垂直结构GaN基发光芯片。