[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

说明书

技术领域

本发明涉及GaN基半导体光电器件，特别是一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件及其制备方法。

背景技术

目前大多数的GaN基外延主要生长在蓝宝石衬底上，由于蓝宝石导电性能差，普通的GaN基发光器件采用横向结构，即两个电极在器件的同一侧，电流在N-GaN层中横向流动距离不等，存在电流堵塞并产生热量的问题；另外，蓝宝石衬底的导热性能低，因此限制了GaN基器件的发光功率及效率；将蓝宝石去除并把发光器件做成垂直结构可以有效解决散热、出光以及抗静电等问题，目前，较受推崇的当属采用激光剥离蓝宝石衬底(LLO，Laser Lift-off)方法；在激光剥离去除蓝宝石衬底之前，首先必须将GaN基外延膜粘接到另外一种支撑部件上，一种广泛被研究的方法是采用晶片键合(wafer-bonding)的方式将GaN基外延膜粘接到具有高导电和导热性能的GaAs、Ge、Si等支撑部件上，但目前采用晶片键合技术制造垂直结构GaN基发光二极管的成品率还比较低，因此大多数厂家还停留在研发阶段。而其中影响成品率最主要的原因是：为防止激光剥离过程导致外延裂缝的产生，普遍的做法是按一定的间隔去除GaN基外延层，这样各单元GaN基发光器件间形成凹槽，GaN基发光器件和支撑部件键合界面存在空隙而无法紧密粘接，在激光剥离过程中，受激光冲击波的影响，GaN基发光器件容易脱离支撑部件或产生裂缝，致使成品率降低。

发明内容

为解决上述GaN基发光器件与支撑部件键合不良的问题，提高激光剥离后的成品率，本发明旨在提出一种无缝隙式键合过程GaN基发光器件及其制备方法。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：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。

本发明的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；钝化膜材料为SiO₂或Si₃N₄绝缘材料；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。

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；