[发明专利]硅基GaN蓝光LED外延材料制作垂直结构LED的工艺

说明书

本发明提出了一种硅基GaN蓝光LED外延材料制作垂直结构LED的工艺，包括如下步骤：(i)硅基GaN蓝光LED外延材料的P型面和新的Si衬底材料分别制作欧姆接触电极，之后分别蒸发Au作为压焊金属层；(ii)将外延片和新的衬底压焊在一起；(iii)用酸去除Si(111)生长衬底，然后用ICP刻蚀掉AlN缓冲层；(ⅳ)制作LED的n型欧姆接触电极；(ⅴ)划片和封装；所述硅基GaN蓝光LED外延材料是用生产型MOCVD系统在2英吋Si(111)衬底上生长的。

技术领域

本发明涉及硅基GaN蓝光LED外延材料制作垂直结构LED的工艺。

背景技术

在第一代半导体Si材料上生长第三代半导体Ga N材料是一项富有挑战性的研究工作，受到了国内外广泛关注。可是，Si和Ga N之间存在巨大的晶格失配使GaN外延层产生大量的失配位错，巨大的热失配引起外延层降温过程中龟裂，Si衬底与活性N很容易形成无定形的SixNy，不利于单晶GaN膜的外延生长。直到最近几年在Si衬底上生长GaN LED外延膜才取得了明显的进展。但目前Si衬底上生长的GaN LED的光电性能，与在蓝宝石衬底或碳化硅衬底上生长的Ga N LED比较，还有明显差距。其原因除了外延材料的晶体质量有差距外，还有以下两方面的重要原因：(i)Si衬底吸收有源区发出的光，使器件出光效率变低。(ii)Si衬底和Ga N外延层之间存在禁带宽度大的Al N缓冲层，如果做成同侧结构LED，会降低芯片利用率，且透明电极也会吸收掉一部分光；如果做成负电极在Si衬底上的垂直结构LED，工作电压会偏大。采用外延片焊接技术把Si衬底上生长的GaN LED外延膜通过金属黏结层转移到新的低阻衬底上，去除原吸收衬底和缓冲层，将GaN基LED做成N型层出光的垂直结构LED,将可以改善出光效率、提高芯片利用率和降低LED的串连电阻。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种硅基GaN蓝光LED外延材料制作垂直结构LED的工艺，采用外延片焊接技术把Si衬底上生长的GaN LED外延膜转移到了新的衬底上，获得了N型层出光的垂直结LED，并对Si衬底上生长的Ga N基同侧结构LED和用外延片焊接技术获得的垂直结构LED的光学性能、电学性能和结构性能进行了比较研究。

根据上述发明目的，本发明通过以下技术方案来实现：

一种硅基GaN蓝光LED外延材料制作垂直结构LED的工艺，包括如下步骤：

(i)硅基GaN蓝光LED外延材料的P型面和新的Si衬底材料分别制作欧姆接触电极，之后分别蒸发Au作为压焊金属层；(ii)将外延片和新的衬底压焊在一起；(iii)用酸去除Si(111)生长衬底，然后用ICP刻蚀掉AlN缓冲层；(ⅳ)制作LED的n型欧姆接触电极；(ⅴ)划片和封装。

作为优选地，所述硅基GaN蓝光LED外延材料是用生产型MOCVD系统在2英吋Si(111)衬底上生长的。

本发明采用外延片压焊和湿法剥离技术将Si(111)衬底上生长的GaN LED外延膜转移到新的Si衬底上，制作了垂直结构LE。该LED的光电性能与不采用外延片焊接技术而直接做成同侧结构的LED相比，具有更优越的电学性能，更高的光输出功率。垂直结构LED在20m A正向电流时，光输出功率为2.8mW，是相同芯片面积的同侧结构LED的3.7倍。垂直结构LED中的Ga N层受到更小的张应力,In Ga N层受到更大的压应力。垂直结构LED的输出功率明显增加的原因，可能不是因为芯片内量子效率的提高，而是因为芯片外量子效率的提高。

附图说明

图1为硅衬底上生长的GaN基LED外延材料在3种不同情况下的X光三晶衍射图谱；

图2为硅衬底上垂直结构和同侧结构GaN MQW LED芯片在正向电流20mA时的电致发光谱；