[发明专利]一种制备具有金属衬底的InGaAlN发光二极管的方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管的制造。更具体而言，本发明涉及一种在硅衬底上制备铟镓铝氮(InGaAlN)半导体材料并将这种材料转移至金属衬底上的技术。

背景技术

由InGaAlN半导体材料制备的发光二极管(LEDs)作为背光、固态发光器件已大量用于大屏幕显示、交通灯、光源等应用中。通常InGaAlN多层结构是在蓝宝石或SiC衬底上外延制得，且电极常被置于InGaAlN多层结构的同侧。

已有多种方法开发应用于LED的制造。尽管如此，利用这些方法制备的InGaAlN LED通常具有发光效率低和导热性低的缺点，原因在于透明导电层会吸收有源区发射出的光。此外，同侧电极结构往往导致器件表面面积利用率低。

器件的另一种结构是垂直电极结构。在这种结构中一个电极被置于外延结构上，而另一电极置于导电衬底(如Si衬底)的背面。然而，即使具有垂直电极结构，不透明衬底和欧姆接触层内的吸光问题仍然存在。此外，由于氮化铝(AlN)缓冲层的存在，垂直电极结构会增大LED的启动电压。

制备InGaAlN的一种方法就是采用结合湿法刻蚀技术的晶片邦定法。在这种方法中，InGaAlN多层结构在硅生长衬底上制备，接着InGaAlN结构和导电衬底被压焊至金属邦定层上，然后通过湿法刻蚀剥离硅生长衬底，InGaAlN因此被转移至导电衬底上。这种倒装芯片制备技术制造的器件结构具有两个电极在器件两侧的垂直电极结构，因而与利用其他常规方法制备的LED相比，所制备的LED具有更高的发光效率，更低的启始电压以及更高的表面利用率。但是，在压焊过程期间，由于InGaAlN结构和导电衬底暴露在相对高的压力和温度下，导致LED的可靠性降低，因此对这种方法而言压焊过程的稳定是主要的关切。

尽管蓝宝石也可作为生长衬底材料，但是蓝宝石衬底比硅衬底更贵且更难加工，因此在硅衬底上制备InGaAlN LED更具商业价值。

发明内容

本发明的一个实施例提供一种制备发光二极管的方法。该方法包括在生长衬底上刻蚀凹槽，从而在所述生长衬底上形成台面。该方法进一步包括在所述每个台面上制备铟镓铝氮(InGaAlN)多层结构，其中该结构包含p-型层、多量子阱层以及n-型层。该方法还包括在所述InGaAlN多层结构之上沉积一层或多层金属衬底层。此外，方法包括剥离所述生长衬底。该方法进一步包括在所述InGaAlN多层结构的两侧上制造电极，从而形成垂直电极结构。

在该实施例的一个变型中，制备所述InGaAlN多层结构包括应用金属有机化学汽相沉积。

在该实施例的一个变型中，沉积所述一层或多层金属衬底层进一步包括制备欧姆接触层，对具有欧姆接触层的所述InGaAlN多层结构进行退火，以及形成腐蚀保护层。

在进一步的变型中，所述欧姆接触层由基于铂-金、铂-铑、镍-金氧化物或铟-锡氧化物的合金组成。

在进一步的变型中，所述欧姆接触层由基于镍-金氧化物、铟-锡氧化物或镍-金氧化物与铟-锡氧化物的组合的透明材料组成。

在进一步的变型中，所述腐蚀保护层由金、铂、钯、铑或不锈钢组成。

在该实施例的一个变型中，所述金属衬底层由适合选择性刻蚀的不同材料组成。

在进一步的变型中，所述金属衬底层包括夹于两个铜层之间的银层。

在该实施例的变型中，剥离所述生长衬底包括化学刻蚀。

在该实施例的变型中，方法进一步包括粗化n-型层表面。

附图说明

这里包括的图形随附于说明书且构成说明书的一部分，并用于描述本发明的一些特征。通过提及的这些图形中的一个或若干个，并结合这里所作出的陈述可以更好地理解本发明。应注意的是图形中说明的特征并没有必要按规定比例绘制。

图1是根据本发明一个实施例的说明LED制备方法的流程图。

图2是根据本发明一个实施例的在生长衬底上制备的InGaAlN结构的晶片级视图。

图3A是根据本发明一个实施例的在生长衬底上制备的LED的横截面视图。

图3B是根据本发明一个实施例的具有欧姆接触层和在p-型层上制备的腐蚀保护层的LED的横截面视图。

图3C-1是根据本发明一个实施例的具有多层金属衬底和在腐蚀保护层上制备的保护层的LED的横截面视图。

图3C-2是根据本发明一个实施例的具有一层金属衬底和在腐蚀保护层上制备的保护层的LED的横截面视图。

图3D是根据本发明一个实施例的具有从硅衬底被转移至金属衬底上的InGaAlN多层结构的LED的横截面视图。