[发明专利]用于制作氮化镓基发光器件的非平面键合方法

说明书

技术领域

本发明涉及氮化镓基发光器件，尤其是涉及一种用于制作氮化镓基发光器件的非平面键合方法。

背景技术

氮化镓基材料属于直接带隙半导体材料且具有连续可调的带隙，室温下发光波长涵盖了近红外，可见及深紫外波段。由于其稳定的机械和化学性能，基于氮化镓基材料制作的发光器件在照明、全色显示、光学存储、激光打印以及通讯等领域具有广泛的应用前景。其中氮化镓基垂直腔面发射激光器、谐振腔LED、大功率LED是当前研究颇为关注的热点。

由于很难获得质量良好的氮化镓单晶衬底，目前氮化镓材料外延生长工艺中，具有与氮化镓晶格失配和热失配较小且价格经济的蓝宝石衬底占了主导地位。但是由于蓝宝石的导热性差，使得氮化镓基器件的散热问题比较严重，尤其是大电流密度注入下，高的产热量使器件温度升高从而严重影响器件性能。为了改善这种情况，利用金属键合和激光剥离技术将氮化镓基外延结构转移到导热性好的衬底上是实现大电流密度注入下氮化镓基发光器件的关键（S.J.Wang,K.M.Uang,et al.,Use of patterned laser liftoff process and electroplating nickel layer for the fabrication of vertical-structured GaN-based light-emitting diodes,Appl Phys Lett,2005,87(1):0111111;R.H.Horng,C.C.Chiang,et al.,Enhanced thermal dissipation and light output of GaN/Sapphire light-emitting diode by direct Cu electroplating,Electrochem Solid ST,2008,11(11):H300-H302）。一般报道的金属键合技术，主要应用于表面平整的垂直结构LED，而在垂直腔面发射激光器和谐振腔LED中，需要采用高反射率（R>99%）的反射镜，该反射镜通常由厚度为四分之一波长的两种具有不同折射率的材料交替生长而成的分布布拉格反射镜（DBR）构成，而该DBR一般是绝缘性和绝热性的，通常要将DBR做成区域状的非平面结构，制成结构的台阶高度通常有1μm以上，采用一般报道的金属键合技术很难实现。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于制作氮化镓基发光器件的非平面键合方法。

本发明包括以下步骤：

1)制作具有蓝宝石基底的GaN基外延片；

2)在外延片上制作导电层、电流限制层、金属接触层和分布布拉格反射镜中的至少一种，形成非平面结构；

3)在非平面结构上制作金属层；

4)在制作金属层后的非平面结构的表面进行抛光处理，形成第一含金属层；

5)在导热性好的基底上制备第二含金属层；

6)在真空或者氮气氛围，贴合所述第一含金属层与第二含金属层，将氮化镓基非平面结构发光芯片与第二含金属层的基底键合在一起。

在步骤2)中，所述制作可采用剥离、腐蚀、刻蚀等方法；所述导电层可为透明导电层或半透明导电层；所述导电层可选自铟锡氧化物层、铟锌氧化物层、氧化锌层、掺铝氧化锌层、掺镓氧化锌层、镍金层等中的一种；所述电流限制层可选自氧化硅电流限制层、氮化硅电流限制层、氧化铝电流限制层、氧化钽电流限制层等中的一种。

在步骤3)中，所述制作金属层可采用蒸发或溅射方法制作金属层；所述金属层的厚度至少超过非平面结构的最高厚度。

在步骤4)中，所述进行抛光处理后，去除了突起的金属层，使其形成一个平整表面。

在步骤4)和步骤5)中，所述第一含金属层和第二含金属层的组成可为Au、In、Sn、Cu、Pb等键合金属中的至少一种金属，或者至少两种金属的合金。

在步骤5)中，所述导热性好的基底可选自硅、铜、陶瓷或其它热导率高的金属和非金属材料。

在步骤6)中，所述键合的压强可为0～10MPa，所述键合的温度可为100～400℃，所述键合的时间为5～90min。

本发明采用上述键合方法可以将具有非平面结构的氮化镓基薄膜转移到具有良好导热和导电性好的衬底上，如硅和铜等衬底，从而改善发光器件的散热情况，提高器件可工作的电流密度，增大光功率。

本发明中所提及的非平面键合，主要是氮化镓外延片上制作出了不同厚度的各种结构，这种结构形成的台阶高度通常有1μm以上，一般报道的键合方式不能满足这种非平面结构的键合。