一种GAN基LED芯片的制作方法.pdf

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1、(10)申请公布号 CN 102789976 A (43)申请公布日 2012.11.21 C N 1 0 2 7 8 9 9 7 6 A *CN102789976A* (21)申请号 201210308097.3 (22)申请日 2012.08.28 H01L 21/324(2006.01) H01L 33/00(2010.01) (71)申请人厦门市三安光电科技有限公司 地址 361009 福建省厦门市思明区吕岭路 1721-1725号 (72)发明人陈顺平 潘群峰 曾晓强 黄少华 (54) 发明名称 一种GaN基LED芯片的制作方法 (57) 摘要 本发明公开了一种具有低串联电阻和良好p。

2、 型欧姆接触的GaN基LED制作方法，包括步骤：1） 提供一GaN基LED外延片；2）清洁所述GaN基LED 外延片，并将其干燥；3）在所述外延片p-GaN表面 上沉积一镓空位诱导层；4）将前述GaN基LED外 延片进行退火；5）去除所述GaN基LED外延片表 面的镓空位诱导层；6）在经过以上处理的GaN基 LED外延片上制作p型欧姆接触层以及P、N电极； 7）将所述GaN基LED外延片分割成LED芯粒。 (51)Int.Cl. 权利要求书1页 说明书4页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 4 页 1/1页 2 1.。

3、一种GaN基LED芯片制作方法，包括步骤： 1）提供一GaN基LED外延片，包括n-GaN层、发光层和p-GaN层； 2）清洁所述GaN基LED外延片，并将其干燥； 3）在所述外延片p-GaN表面上沉积一镓空位诱导层； 4）将前述GaN 基LED外延片进行退火，提高p-GaN表面空穴浓度； 5）去除所述GaN 基LED外延片表面的镓空位诱导层； 6）在经过以上处理的GaN 基LED外延片上制作p型欧姆接触层以及P、N电极； 7）将所述GaN 基LED外延片分割成LED芯粒。 2.根据权利要求1所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：所述步骤2）中 包含HCl清洗，BOE清洗和王水清洗。

4、。 3.根据权利要求1所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：所述镓空位诱 导层的材料选自Ni、Pt、Au、Ag、Pd中的一种或其组合。 4.根据权利要求3所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：所述镓空位诱 导层为Ni/Au金属薄膜。 5.根据权利要求4所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：步骤3）中，所 述Ni/Au金属薄膜厚度为1020nm，其中Ni，Au厚度比介于1：10与1：1之间。 6.根据权利要求1所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：步骤4）中，所 述退火温度介于500650C之间，气氛为空气、O 2 、N 2 或Ar。 7.根据权利。

5、要求1所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：步骤5）中，Ni/ Au金属薄膜的去除方法为：先将所述GaN基LED外延片置于KI或者王水中去除Au层，然 后用稀硝酸去除Ni层。 8.根据权利要求1所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：步骤6）中，所 述p型欧姆接触层为透明导电的材料。 9.根据权利要求1所述的一种GaN基LED芯片制作方法，其特征在于：步骤6）中，所 述p型欧姆接触层为具有高反射性的p型镜面反射结构。 权 利 要 求 书CN 102789976 A 1/4页 3 一种 GaN 基 LED 芯片的制作方法 技术领域 0001 本发明涉及一种半导体发光元件制作。

6、方法，更具体地是一种具有低串联电阻和良 好p型欧姆接触的GaN基LED芯片的制作方法。 背景技术 0002 固态发光器件的发光二极管具有低能耗，高寿命，稳定性好，体积小，响应速度快 以及发光波长稳定等良好光电特性，被广泛应用于照明、家电、显示屏及指示灯等领域。此 类型发光器件在光效、使用寿命等方面均已有可观的进步，有希望成为新一代照明及发光 器件主流。 0003 虽然GaN基器件在近年来取得了相当大的进展，但是由于较难实现低阻的p型GaN 欧姆接触，GaN基高温大功率器件的研制一直受到限制。 0004 传统的LED采用Ni/Au作为p型GaN的接触材料，而几个纳米厚的Ni/Au接触是半 透明的。

7、，其在可见光波段的透射率只有6075。虽然可以通过减小接触层的厚度来提 高透射率，但是太薄的接触层会带来热稳定性和可靠性的问题。ITO（indium tin oxide） 由于在可见光波段的高透明度（约90）和低阻（510 -4 Wcm）而广泛地用作透明导体。 ITO用作n型GaN的接触材料可以获得透明的低阻欧姆接触，但是ITO直接用作p型GaN的 接触材料实际上是整流性的接触，其接触电阻并不如直接用Ni/Au低。对于采用p型接触 材料做反射电极的GaN垂直或者倒装发光器件，接触材料的反射率对于发光器件的性能亦 十份关键，传统的垂直或者倒装LED芯片只用Ni，Pt等功函数较大的金属作为高反射系。

8、数 镜面结构的欧姆接触层，同时亦作为反射层Ag，Al与GaN的粘附层，由于要兼顾接触电阻和 粘附性，Ni，Pt厚度不能太薄，如此则必须以降低镜面的反射率为代价。 发明内容 0005 本发明旨在提出一种具有低串联电阻和良好p型欧姆接触的GaN基LED制作方 法。 0006 本发明解决上述问题的技术方案为：一种GaN基LED芯片制作方法，包括步骤：1） 提供一GaN基LED外延片；2）清洁所述GaN基LED外延片，并将其干燥；3）在所述外延片 p-GaN表面上沉积一镓空位诱导层；4）将前述GaN 基LED外延片进行退火；5）去除所述GaN 基LED外延片表面的镓空位诱导层；6）在经过以上处理的Ga。

9、N 基LED外延片上制作p型欧 姆接触层以及P、N电极；7）将所述GaN 基LED外延片分割成LED芯粒。 0007 所述步骤2）中包含HCl清洗，BOE清洗，王水清洗。 0008 在步骤3）中，所述镓空位诱导层的材料选自Ni、Pt、Au、Ag、Pd中的一种或其组合。 优选地，所述镓空位诱导层为Ni/Au金属薄膜，其厚度为1020nm，其中Ni，Au厚度比大 于1：10且小于1：1。在 步骤4）中，所述退火温度介于500650C之间，气氛为氮气、氧气或者空气。 0009 在步骤5）中，Ni/Au金属薄膜的去除方法为：先将所述GaN基LED外延片置于KI 说 明 书CN 102789976 A 。

10、2/4页 4 或者王水中去除Au层，然后用稀硝酸去除Ni层。 0010 在步骤6）中，所述p型欧姆接触层为透明导电的材料或者具有高反射性的p型镜 面反射结构。 0011 本发明的创新在于，镓空位诱导层退火降低了电极与p-GaN的接触势垒、芯片电 压，同时退火之后将镓空位诱导层去除，如此并不影响GaN基LED的出光效率。本方法既适 用于采用透明材料做p型接触电极的GaN水平发光器件，亦适用于采用高反射系数材料做 p型接触电极的GaN垂直或者倒装发光器件。 0012 本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变 得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点。

11、可通过在说明书、权利 要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。 附图说明 0013 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按 比例绘制。 0014 图1为根据本发明实施的一种GaN基LED芯片的制备方法的流程图。 0015 图2图5为根据本发明实施的一种GaN基LED芯片制备过程的结构剖面图。 0016 图6为根据本发明的制备方法制得的水平结构LED芯片结构剖面图。 0017 图7为为根据本发明的制备方法制得的垂直结构LED芯片结构剖面图。 0018 图中各标号表示： 100：。

12、外延片；101：生长衬底；102：n-GaN层；103：发光层；104：p-GaN层；200：镓空位 诱导层；300：透明导电层；401：n电极；402：p电极；500：镜面金属键合层；600：支撑衬底； 700：背面金属电极。 具体实施方式 0019 下面将结合示意图对本发明的LED芯片的作方法进行更详细的描述，其中表示了 本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现 本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不 作为对本发明的限制。 0020 下面各实施例公开了一种GaN基LED芯片的制作方法，其主要对p-GaN表面进行。

13、 处理：先在p-GaN上形成一层镓空位诱导层，进行退火处理从而提高p-GaN的空穴载流子浓 度，再去除该镓空位诱导层，一方面防止该层的吸光作用，另一方面直接在P-GaN上制作p 型欧姆接触层，其接触效果更佳。如图1所示，该制备方法包括下面步骤： 步骤S01：提供一LED外延片，该LED外延片包括n-GaN层、发光层和p-GaN层； 步骤S02：清洁、干燥所述LED外延片， 包括HCl清洗，BOE清洗和王水清洗； 步骤S03：在所述外延片p-GaN表面上沉积一镓空位诱导层； 步骤S04：将前述GaN 基LED外延片进行退火，提高p-GaN表面空穴浓度； 步骤S05：去除所述GaN 基LED外延片。

14、表面的镓空位诱导层； 步骤S06：制作p型欧姆接触层以及P、N电极； 说 明 书CN 102789976 A 3/4页 5 步骤S07：分割外延片，形成LED芯片。 0021 在上述方法中，镓空位诱导层主要用于提高p-GaN表面的镓空位浓度，以降低p电 极与p-GaN的接触电阻，其材料可选自Ni、Pt、Au、Ag、Pd中的一种或其组合，如可选用Ni/ Au、Ni/Ag、Pt/Ni/Au、Cr/Au、Pd/Au、Pt/Ru、Pt等。退火氛围可为空气、氧气、氮气或组合气 体。 0022 在一些实施例中，在p-GaN表面上沉积Ni/Au，在氮气环境中500退火。其中Ni/ Au层的厚度为1020nm。

15、，Ni，Au厚度比介于1：10与1：1之间。 0023 在一些实施例中，在p-GaN表面上沉积Pt/Ni/Au，在氮气环境中300退火。 0024 在一些实施例中，在p-GaN表面上沉积Pd/Au，在氮气环境中600退火。 0025 下面通过实施例对本发明的更多细节做说明。 0026 【实施例一】 一种GaN基LED芯片的制作方法具体实施步骤如下： 如图2所示，提供待制作的GaN外延片100（下称样品）,包括生长衬底101、n-GaN层 102，发光层103、p-GaN层104，将样品经过HCl、BOE、王水清洗，并进行干燥处理。 0027 如图3所示，使用离子溅射或真空电子束蒸发镀膜设备在样。

16、品p-GaN表面沉积Ni/ Au金属薄膜作为镓空位诱导层200，Ni的厚度为3nm，Au的厚度为10nm。 0028 如图4所示，将样品置于高温炉管中退火，气氛为氮气，温度为500C。 0029 如图5所示，将样品先后置于KI、稀硝酸溶液，去除p-GaN表面上的Ni/Au。 0030 制作p型欧姆接触层以及P、N电极。首先，采用黄光微影在外延片上定义芯片的 n电极区，利用ICP刻蚀技术蚀刻此区域至n-GaN层；接着，利用离子溅射或者真空蒸发镀 膜技术，在所述样品上表面上沉积ITO透明导电层300，并采用黄光微影、湿法蚀刻出ITO电 流扩展图形；再接着，将样品置于炉管中退火，让ITO与p-GaN。

17、实现良好接触；最后分别在 透明导电层和n-GaN上制作p、n电极。 0031 如图6所示，将样品经过研磨减薄，劈裂即形成GaN基LED芯片。 0032 在本实施例中，通过在p-GaN表面沉积Ni/Au镓空位诱导层200，经过退火，Ni活 化Mg掺杂的p-GaN层，同时由于Ga原子在Au有较高溶解度，退火过程，Ga原子往外扩散 至Au层，使得p-GaN表面空穴浓度提高，有利于降低p型欧姆接触电阻，从而降低电压，退 火之后将Ni/Au去除，之后做p型欧姆接触层，从而降低了p电极接触电阻的同时又不影响 芯片的出光效率。 0033 【实施例二】 本实施例与实施例一的区别在于：本实施例用于形成垂直结构的。

18、LED芯片，其于激活 的p-GaN表面镓空穴的处理方式与实施例一相同，区别在于后续的芯片工艺，在去除样品 表面的Ni/Au镓空位诱导层200后，具体的步骤包括： 首先，在p-GaN表面上制作Ni/Ag/Pt高反射性p型欧姆接触层； 下一步，在整个样品表面沉积Ti/Pt/Au键合金属层，形成镜面金属键合层； 下一步，提供一Si片作为支撑衬底600，在其表面上沉积键合金属层Ti/Pt/Au，利用真 空压合设备将样品与Si片键合； 下一步，利用激光剥离设备将样品的生长衬底剥离，裸露出n-GaN层； 下一步，在n-GaN上面制作n电极401，并利用KOH粗化n-GaN层粗表面，以提高出光效 说 明 书。

19、CN 102789976 A 4/4页 6 率； 最后，将Si片研磨减薄，并沉积背面金属层Ti/Pt/Au作为背面金属电极700，如图7所 示，将样品经过劈裂即形成GaN基LED芯片。 0034 从上述实施例可以看出：与常规LED芯片制作方法相比，本方法只需在常规制作 方法前做预处理，并不需要增加黄光次数，亦不会影响芯片良率，而且能与各种芯片结构制 作方法兼容。 0035 下面制作四个样品进行测试p-GaN层与p电极的接触电阻，其中样品一、三为采用 上述实施例二的制备方法处理的LED外延片，样品二、四为采用常规方法（即未采用镓空位 诱导层激活P-GaN层表层），分别取三个测试点对此四个样品进行。

20、测试，其数据如表1。 0036 表1：Ni/Au退火处理的p-GaN和常规p-GaN与p电极的接触电阻（Ni/Ag/Pt）。 单位（千欧）测试点一测试点二测试点三 样品1 6.2 7.4 5.6 样品2 37.5 30.5 32.5 样品3 7.2 9.2 7.2 样品4 25 24 27.5 0037 通过实验可知，采用本方法处理得到的GaN基LED芯片的p欧姆接触电阻远远低 于常规制作方法得到的芯片，最终制得芯片电压比常规制作方法低0.2V，亮度并没有差异， 因此本方法提高了芯片的光电转换效率。 说 明 书CN 102789976 A 1/4页 7 图 1 图 2 说 明 书 附 图CN 102789976 A 2/4页 8 图 3 图 4 说 明 书 附 图CN 102789976 A 3/4页 9 图 5 图 6 说 明 书 附 图CN 102789976 A 4/4页 10 图 7 说 明 书 附 图CN 102789976 A 10 。