專利名稱：有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN基垂直LED功率芯片制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半導(dǎo)體器件的制造工藝方法，特別是涉及一種有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN基垂直LED功率芯片的制備方法。
背景技術(shù)：
大功率高亮度發(fā)光二極管(LED)具有取代白熾燈的巨大前途。其出現(xiàn)，大大擴(kuò)展了LED在各種信號顯示和照明光源領(lǐng)域的應(yīng)用。尤其具有代表性的應(yīng)用汽車燈和交通信號燈。功率型白光LED已開始用與汽車和飛機(jī)內(nèi)的閱讀燈，在便攜式照明光源如鑰匙燈、手電筒、及礦工燈等產(chǎn)品也得到越來越多的應(yīng)用。此外，功率型LED在建筑物裝飾光源、舞臺燈光、商場櫥窗、庭院草坪照明等方面的應(yīng)用也越來越廣泛。使用超高亮度功率型紅、綠、藍(lán)三基色LED，可制成結(jié)構(gòu)緊湊發(fā)光效率比傳統(tǒng)白熾燈光源高的多的數(shù)字式調(diào)色調(diào)光光源，配合計(jì)算機(jī)控制技術(shù)，可得到極其豐富多彩的發(fā)光效果。超高亮度功率型LED所具有的低電壓、低功耗、體積小、重量輕、壽命長、高可靠等優(yōu)點(diǎn)，在軍事上還可作為野戰(zhàn)、潛水、航天、航空所需的特種固體光源。
工業(yè)上，產(chǎn)生白光的途徑之一是利用熒光粉覆蓋藍(lán)光LED。藍(lán)寶石晶片被作為生長襯底生長氮化鎵基LED。該LED的兩個(gè)電極在氮化鎵外延層的同一側(cè)，面臨電流擁塞(currentcrowding)，電流分布不均勻和不能充分利用發(fā)光層材料的問題。另外，藍(lán)寶石襯底的導(dǎo)熱性能低，這種結(jié)構(gòu)的LED芯片熱阻較大。因此，大功率氮化鎵基LED急需解決下述問題(1)散熱效率低；(2)成本高；(3)出光效率和發(fā)光功率仍需提高。這些問題在很大程度上取決于LED的結(jié)構(gòu)和生長襯底。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN高功率芯片的制備方法，它可使大功率LED倒裝芯片電流分布均勻，發(fā)光層的材料得以充分利用，使LED的電流密度增大，產(chǎn)生的熱量減少，出光效率提升，從而提高芯片的質(zhì)量和性能。


圖1是所發(fā)明垂直LED功率芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是有電流阻擋層和無電流阻擋層結(jié)構(gòu)的高功率芯片的P-I特性。
圖3是有凹凸散射層和無凹凸散射層結(jié)構(gòu)的高功率芯片的P-I特性。
具體實(shí)施例方式
如圖1所示，本發(fā)明有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN基垂直LED功率芯片，由第一電極、電流擴(kuò)展層、GaN基LED外延發(fā)光層、電流阻擋層和第二電極組成；GaN外延層包括N-GaN層，發(fā)光層和P-GaN層。
對于一般高功率倒裝芯片元件，兩個(gè)電極在氮化鎵外延層/藍(lán)寶石生長襯底的同一側(cè)。由于P-GaN層的電阻率高，電流不能均勻分布而大部分電流將局限在其電極之下。另外，當(dāng)電流自下流上經(jīng)過P型層然后至發(fā)光層以產(chǎn)生光，接著經(jīng)過N型層而局限在N電極周圍，發(fā)生電流擁塞現(xiàn)象。
有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN高功率倒裝芯片結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)電流從第一電極向上流時(shí)，因電流擴(kuò)展層的高導(dǎo)電率可使電流不擁擠在其周圍而能均勻?qū)㈦娏鳈M向分布傳播至整個(gè)元件。在第二電極和N型GaN層之間制作電流阻擋層，亦避免了電流再次擁塞、局限在第二電極周圍。當(dāng)電流從第一電極向上流時(shí)，由于電流擴(kuò)展層，電流得以展開均勻地自下流上經(jīng)過P-GaN層和發(fā)光層，然后經(jīng)N型層至第二電極，發(fā)光層的材料得以充分應(yīng)用，使電流密度增大，LED工作電壓和電阻降低，產(chǎn)生的熱量減少，出光效率提高，有效地改善了電流分布，使熱源分布和發(fā)光強(qiáng)度更加均勻。
圖2為有電流阻擋層結(jié)構(gòu)的倒裝芯片和無電流阻擋層結(jié)構(gòu)倒裝芯片的輸出功率-電流特性(P-I)的比較圖。對于有電流阻擋層的元件，其光輸出在中高電流時(shí)(I≥60mA)已有明顯改善。前者相對于后者增加了20％～30％。
由圖3為有凹凸散射層結(jié)構(gòu)的倒裝芯片和無凹凸散射層結(jié)構(gòu)倒裝芯片的輸出功率-電流特性(P-I)的比較圖。對于有凹凸散射層的元件，其光輸出在中高電流時(shí)(I≥60mA)已有明顯改善。前者相對于后者增加了20％～40％。
下面結(jié)合一個(gè)具體實(shí)施例對本發(fā)明所述的有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN高功率倒裝芯片制作工藝方法進(jìn)行說明本發(fā)明垂直LED芯片的制備方法包括如下步驟，首先在藍(lán)寶石生長襯底上生長一金屬層(金、銦、鈦等)，在金屬層上生長中間媒介層和GaN外延層，在GaN外延層的P-GaN層上生長電流擴(kuò)展限制層和第二電極。加溫致金屬層熔化，分離藍(lán)寶石生長襯底和氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)。然后，在氮化鎵基LED剝離層生長第一電極。LED倒裝芯片制備完成后采用芯片測試機(jī)進(jìn)行測試，分析光、電、熱參數(shù)。
采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)生長一金屬層(金、銦、鈦等)；在金屬層上運(yùn)用MOCVD(金屬有機(jī)化學(xué)氣相淀積)設(shè)備外延生長中間媒介層和GaN基外延片；采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)在GaN外延層的P-GaN層上生長電流擴(kuò)展層；電流擴(kuò)展層為多層金屬膜，包括Au、W、Al、Ag、In、Ti、Cu；凹凸散射層的多層金屬膜，凹凸形貌結(jié)構(gòu)為外周尺寸大小1μm～10μm，深度0.3μm～1.5μm。
加溫致金屬層熔化，分離藍(lán)寶石生長襯底和氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)；采用PECVD(等離子增強(qiáng)化學(xué)汽相淀積)生長電流阻擋層；電流阻擋層為SiO2、TiO2、SixNy、ZrO2等介質(zhì)膜。
由P-GaN層和N-GaN層采用磁控濺射或電子束蒸發(fā)分別形成第一、二電極。
權(quán)利要求
1.一種有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN基垂直LED功率芯片的制備方法包括如下步驟，首先在藍(lán)寶石生長襯底上生長一金屬層(金、銦、鈦等)，在金屬層上生長中間媒介層和GaN外延層，在GaN外延層的P-GaN層上生長電流擴(kuò)展層和第二電極。加溫致金屬層熔化，分離藍(lán)寶石生長襯底和氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)。然后，在氮化鎵基LED剝離層生長第一電極。
2.如權(quán)利要求1所述的垂直LED功率芯片的制備方法，其特征在于本發(fā)明有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN高功率芯片，由第一電極、電流阻擋層、GaN外延層、電流擴(kuò)展限制層和第二電極組成。
3.如權(quán)利要求1所述的GaN高功率芯片的制備方法，其特征在于所述電流擴(kuò)展層為多層金屬膜，包括Au、W、Al、Ag、In、Ti、Cu各種金屬組合。
4.如權(quán)利要求1所述的GaN高功率芯片的制備方法，其特征在于所述電流擴(kuò)展層為有凹凸散射層的多層金屬膜，凹凸形貌結(jié)構(gòu)為凹、凸橫向周期尺寸大小1μm～10μm，深度0.3μm～1.5μm。
5.如權(quán)利要求1所述的GaN高功率芯片的制備方法，其特征在于所述電流阻擋層為SiO2、TiO2、SixNy、ZrO2等介質(zhì)膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一有電流擴(kuò)展層和阻擋層的GaN基垂直LED功率芯片的制備方法，首先在藍(lán)寶石生長襯底上生長一金屬層(金、銦、鈦等)，在金屬層上生長中間媒介層和GaN外延層，在GaN外延層的P－GaN層上生長電流擴(kuò)展層和第二電極。加溫致金屬層熔化，分離藍(lán)寶石生長襯底和氮化鎵基LED的結(jié)構(gòu)。然后，在氮化鎵基LED剝離層生長第一電極?？捎行Ц纳齐娏鞣植?，充分利用發(fā)光層的材料，使熱源分布和發(fā)光強(qiáng)度更加均勻。提高大功率LED倒裝芯片的電流密度、電流分布均勻性及散熱能力；為此本發(fā)明還要提供一種制作該芯片的工藝方法。
文檔編號H01L33/00GK101075651SQ20061012444
公開日2007年11月21日 申請日期2006年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月5日
發(fā)明者董志江, 靳彩霞, 黃素梅, 姚雨 申請人:武漢迪源光電科技有限公司