[发明专利]减少GaN基垂直结构LED漏电的器件工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种半导体工艺，尤其是一种避免激光剥离导致GaN基垂直结构LED漏电的器件工艺。

背景技术

近年来，作为大功率白光LED极具潜力的器件方案，GaN基垂直结构LED正得到业界的极大关注，开发相关的器件工艺一直是其研发的重心。在诸多尚待解决的难题当中，至关重要的一项便是降低器件漏电。

众所周知，GaN（氮化镓）材料化学特性十分稳定，不易与酸碱溶液反应，只能使用有损的干法蚀刻制作器件。大量研究表明干法蚀刻形成的器件侧壁存在表面缺陷，是造成器件漏电的主要来源之一；此外，外延材料内部的电活性位错也是导致漏电的另一主要来源。

有别于传统侧向结构LED，垂直结构LED需要剥离蓝宝石衬底形成上下电极结构，如附图1所示。图1是GaN基垂直结构LED芯片，包括n型焊垫电极(pad电极)1，n-GaN层（即n型GaN层）2，SiO₂钝化层3，量子阱区4，p-GaN层（即p型GaN层）5，p型反射欧姆电极6，p型键合电极7，基板键合电极8，导电基板9。目前相对成熟的工艺是采用激光剥离，即以单光子能量介于GaN和蓝宝石带隙的脉冲激光辐照蓝宝石衬底面，导致生长界面处的GaN发生热分解剥离衬底。该工艺虽然简单高效，但受其作用机理所限，亦存在一些固有问题尚待解决：（1）作用时间极短（ns量级），瞬时产生的N₂剧烈释放形成爆炸冲击，往往会对相对脆弱的侧壁区域造成破坏，侧壁及其表面钝化层的破损都会形成新生的表面漏电通道；（2）剥离过程中剧烈的力学和热学冲击亦会在GaN剥离面产生大量的新生电活性缺陷。适用于激光剥离工艺的脉冲激光源有两大类：准分子气体激光器和固体激光器，两者扫描剥离方式的差异见附图2，其中准分子气体激光器能量稳定性差于固体激光器，研究表明GaN剥离面缺陷数量和损伤深度对脉冲激光剥离能量十分敏感，通常±10%幅度的能量波动就可造成明显的损伤差异。准分子气体激光器剥离束斑面积较大（×mm²数量级），远大于固体激光器剥离束斑面积（×10²-10⁴μm²数量级），因此前者在剥离过程中的冲击作用也远大于后者，产生损伤的几率也较高。

综上所述，如不在工艺方法上考虑避免上述负面效应，将直接导致器件漏电的劣化，使得器件注入效率变低。因此，迫切需要开发一整套避免激光剥离损伤的新工艺，提升GaN基垂直结构LED器件的光电特性以及外观良率。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种减少GaN基垂直结构LED漏电的器件工艺，能够减少剥离面及侧壁由于激光剥离导致的损伤缺陷，降低LED器件侧壁破损概率，有效遏制器件新生漏电通道的产生。本发明采用的技术方案是：

一种减少GaN基垂直结构LED漏电的器件工艺，包括下述步骤：

步骤(1).首先提供一外延晶圆，该外延晶圆由蓝宝石衬底面上依次生长n-GaN层、量子阱区和p-GaN层构成；

步骤(2).光刻外延晶圆，干法蚀刻外延晶圆的p-GaN层、量子阱区和部分n-GaN层，形成LED器件第一台面；

步骤(3).继续光刻外延晶圆，向衬底方向干法蚀刻剩余n-GaN层，形成LED器件第二台面，第二台面的底部达到衬底，第二台面的外缘尺寸大于第一台面的外缘尺寸；LED器件间为刻蚀后形成的沟槽；

步骤(4).在LED器件侧壁形成钝化层，钝化层覆盖第一台面侧壁以及第一台面侧壁和顶部结合处；

步骤(5).随后在外延晶圆的p-GaN层上依次蒸镀p型反射欧姆电极及p型键合电极；

步骤(6).在LED器件间的沟槽中制作侧壁缓冲保护结构，侧壁缓冲保护结构覆盖第一台面和第二台面侧壁，高度高于第一台面上p型键合电极，侧壁缓冲保护结构之间留有排气通道；

步骤(7).采用低温高压键合工艺，温度不高于侧壁缓冲保护结构的耐受温度，将导电基板上的基板键合电极与外延晶圆上的p型键合电极键合；

步骤(8).采用固体激光器，以小束斑相互交叠逐点扫描剥离衬底；

步骤(9).采用干法蚀刻减薄剥离衬底后的n-GaN层，终止位置超过第二台面位置，将剥离面至第二台面之间的剥离损伤层去除；

步骤(10).最后使用去胶液将侧壁缓冲保护结构去除。

进一步地，所述步骤(1)中，蓝宝石衬底是双面抛光衬底。

进一步地，所述步骤(2)中，干法蚀刻方法为ICP刻蚀方法。