专利名称：光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法
技术领域：
本发明用于半导体光电子器件制造技术领域，具 体涉及到 一 种一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED 的制备方法。
背旦 豕技术
白光LED的出现，使高亮度LED的应用领域跨足
至咼效率照明光源市场。LED作为照明光源与现有的照、
明光源相比具有节约能源，寿命长，体积小，发光效
率高，无污染，色彩丰富等优点。白光LED的能耗仅
为白炽灯的1 / 8 ，荧光灯的1 / 2 ，其寿命可达十万
小时;而且，LED可实现无汞化，这对于环境保护和节
约能源都具有非常重要的意义。以InGaN/GaNMQW—i — Ttn.
光芯片激发黄光荧光粉(YAG: Ce3+)是最常用的制
备白光LED的方法。随着对InGaN/GaN MQW蓝光材料
的研究深入和功率型白光LED器件制备性能的禾急提
高，半导体固体照明光源作为新 一 代照明革命的绿色 固体光源显示出巨大的应用潜力。
虽然GaN基功率型LED的研究取得了很大进步， 发光效率迅速提高，但与完全替代传统光源的要求还 相距甚远。目前，量子效率、电流分布均匀性和器件 散热能力已经成为制约LED性能提高的技术瓶颈；如 何提高功率型GaN LED光的提取效率也成为人们研究 的热点之一 。
针对GaN基功率型LED光的提取效率问题，人们 从器件结构、制作工艺等方面提出了许多解决方案， 如倒装结构，谐振腔结构，金属反射镜，表面粗化， 光子晶体的利用等，取得了较大的进步。特别在电极 的制备上，P-GaN采用透明电极的方法已经被较多的使 用，而N-GaN多采用金属欧姆接触电极，由于金属对 光有较高的吸收，这无疑影响了 LED的提取效率。本 发明提出了 一种新型的、高光效的透明光学复合膜作 P, N电极的GaN基功率型LED的设计与制备方法。
发明内容
本发明的目的是在于，提供一种光学复合膜作电 极的GaN功率型LED的制备方法，该方法的N-GaN欧 姆接触电极亦采用透明光学复合膜。P-GaN， N-GaN欧姆接触电极均采用透明导电膜加光学增透膜这种光学 复合膜结构，其可减小GaN介质与传输介质如空气之 间的光损耗，能明显提高出光效率。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现
的
本发明通过 一 种光学复合膜作电极的GaN功率型 LED的制备方法，其特征在于，包括如下步骤
步骤1 :依次在衬底外延生长N— GaN层、有源层、 P — GaN层；
步骤2 :在P — GaN层上采用PECVD的方法沉积一 层掩蔽层；
步骤3 :在掩蔽层上涂光刻胶，用光刻和湿法腐 蚀的方法，在掩蔽层上刻出N — GaN电极区域；
步骤4 :去除剩余的光刻胶，采用ICP干法刻蚀 的方法在N—GaN电极区域上刻蚀，形成N— GaN电极 区；
步骤5 :湿法去除剩余掩蔽层，清洗；
步骤6 :用光刻、电子束蒸发的方法，在P — GaN 层和N — GaN电极区上同时制备出透明导电膜，剥离得 到P-GaN透明导电电极和N-GaN透明导电电极；
步骤7 :在P-GaN透明导电电极和N-GaN透明导电电极上光刻出P-GaN电极金属压焊区域和N-GaN电 极金属压焊区域，在P-GaN电极金属压焊区域和N-GaN 电极金属压焊区域上同时用电子束分步蒸发，得到 P-GaN电极金属压焊区和N-GaN电极金属压焊区；
步骤8 :对P-GaN电极金属压焊区和N-GaN电极 金属压焊区进行合金化处理；
步骤9 :光刻出增透膜区域；
步骤1 Q :在器件的增透膜区域制备增透膜；
步骤11 :将衬底背面减薄，抛光，制作反射镜；
步骤1 2 :划片，封装，测试，完成器件的制作。 其中P-GaN电极金属压焊区和N-GaN电极金属压 焊区为多层金属膜结构。
其中该多层金属膜结构为Cr/Ag/Pt/Au。
其中透明导电膜采用透明导电材料为ITO或ZnO。
其中光学增透膜采用折射率介于上述透明导电膜 与封装材料或空气之间的介质材料。 其中掩蔽层的材料为Si02。 本发明的有益效果是
从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益 效果
光学复合膜作P， N电极的GaN功率型LED结构，
即P， N电极同时采用透明导电膜加光学增透膜结构，
减小了 GaN介质与传输介质如空气等之间的光学损耗， 能明显提高出光效率；P， N电极同时制作，也使得制作 工艺得到简化。介质增透膜具有高的致密性和绝缘性， 能够阻止有源区断面形成漏电通道，起到器件钝化膜 的作用，节省了 一般器件中单独制作钝化膜步骤，简 化了工艺。P, N电极金属压焊.区采用多层金属膜结构， 减少了压焊区对光的吸收；总之，利用本发明来制备 GaN功率型LED，能有效减少光吸收，提高光的提取效 率，简化工艺，降低工艺成本。
为进 一 步说明本发明的具体技术内容，以下结合
实施例及附图详细说明如后，其中
图1是GaN功率型LED外延材料结构剖面示意图， 在衬底1上采用外延的方法形成N-GaN层2 、有源层 3禾口 P-GaN层4 ;
图2是在图1上PECVD沉积 一 层Si02掩蔽层5的 示意图3是在图2上涂光刻胶，用光刻和湿法腐蚀的 方法，在Si02掩蔽层5上刻出长条形N — GaN电极区域 6的示意图4是图3经过ICP干法刻蚀的后，在N — GaN 电极区域6上形成N — GaN电极区7的示意图5是图4湿法去除剩余S i 02掩蔽层5 ，清洗后 的示意图6是图5经过光刻、电子束蒸发的方法，在P 一 GaN层4禾Q N— GaN电极区7上同时制备出透明导电 膜，剥离得到P-GaN透明导电电极8和N-GaN透明导电 电极9的示意图7是在图6中的P-GaN透明导电电极8禾B N-GaN 透明导电电极9上光刻出P-GaN电极金属压焊区域1 0和N-GaN电极金属压焊区域l l的示意图8是在图7中的P-GaN电极金属压焊区域1 0 和N-GaN电极金属压焊区域1 1上同时用电子束分步 蒸发，得至U P-GaN电极金属压焊区1 2禾卩N-GaN电极 金属压焊区l 3的示意图9是在图8上光刻出增透膜区域1 4的示意
图1 0是在图9上的增透膜区域1 4制备增透膜 1 5的示意图1 1是本发明的长条线阵结构P, N— GaN电极结 构俯视图，图中1 6对应为 P-GaN电极金属压焊区， 1 7对应为N-GaN电极金属压焊区，1 8对应为P-GaN
电极区，1 9对应为N-GaN电极区。
具体实施例方式
请参阅图1 一图1 0 ， 一种光学复合膜作电极的 GaN功率型LED的制备方法，包括如下步骤
步骤1 :依次在衬底1外延生长N — GaN层2 、有 源层3 、 P — GaN层4 (参阅图1 );
步骤2:在P — GaN层4上采用PECVD的方法沉积 一层掩蔽层5 ;该掩蔽层5的材料为S i 02 (参阅图2 );
步骤3 :在掩蔽层5上涂光刻胶，用光刻和湿法 腐蚀的方法，在掩蔽层5上刻出N — GaN电极区域6 (参 阅图3 );
步骤4 :去除剩余的光刻胶，采用I CP干法刻蚀 的方法在N— GaN电极区域6上刻蚀，形成N — GaN电 极区7 (参阅图4 );
步骤5 :湿法去除剩余掩蔽层5 ，清洗(参阅图
5 );
步骤6 :用光刻、电子束蒸发的方法，在P — GaN 层4禾口 N — GaN电极区7上同时制备出透明导电膜，剥 离得到P-GaN透明导电电极8和N-GaN透明导电电极 9 (参阅图6 );该透明导电膜采用透明导电材料为I TO或Zn0;
步骤7 :在P-GaN透明导电电极8禾口 N-GaN透明 导电电极9上光刻出P-GaN电极金属压焊区域1 0和 N-GaN电极金属压焊区域1 1(参阅图7 )，在P-GaN 电极金属压焊区域1 0和 N-GaN电极金属压焊区域1 1上同时用电子束分步蒸发，得到P-GaN电极金属压 焊区1 2禾P N-GaN电极金属压焊区1 3 (参阅图8 ); 该P-GaN电极金属压焊区1 2和N-GaN电极金属压焊 区1 3为多层金属膜结构，该多层金属膜结构为 Cr/Ag/Pt/Au;
步骤8 : 对 P-GaN电极金属压焊区1 2禾Q N-GaN 电极金属压焊区1 3进行合金化处理；
步骤9 :光刻出增透膜区域1 4 (参阅图9 );
步骤1 0 :在器件的增透膜区域1 4制备增透膜 1 5 (参阅图1 0 );该光学增透膜1 5采用折射率介 于上述透明导电膜与封装材料或空气之间的介质材 料；
步骤11 :将衬底1背面减薄，抛光，制作反射
镜；
步骤12 :划片，封装，测试，完成器件的制作。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明 白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进
一步详细说明。
本发明适用于多种LED结构，如倒装结构，垂直 结构等，本实施例采用优化设计的长条线阵结构，如
图1 1所示，图中1 6对应为后叙的P-GaN电极金属 压焊区，1 7对应为后叙的N-GaN电极.金属压焊区， 1 8对应为后叙的P-GaN电极区，1 9对应为后叙的 N-GaN电极区，该结构充分考虑了器件的电、热等特性。 模拟和实验结果表明，该结构具有较好的电学特性以 及良好的散热性能。
本实施例的光学复合膜作电极的GaN功率型LED 的制备过程包括如下步骤，
步骤1 :依次在蓝宝石衬底1上外延生长N-GaN 层2 、有源层3和P-GaN层4 ，如图1所示；其中衬 底亦可采用碳化硅(SiC)等其它材料。
步骤2 :在P— GaN 4上采用PECVD方法沉积 一 层 Si02掩蔽层5 ，如图2所示；其中所述的PECVD沉积 S i 02掩蔽层，生长温度为3 0 0 °C ，工作气体流量比 约为N2: SiH^: N20= 4 : 1.5: 1 5 ，腔室压力小于 1 . 5 torr，射频功率小于5 0 W，这主要考虑工艺上的 要求。该方法具有对LED发光材料的射频损伤小，获 得的S i 02致密性好和绝缘强度高的优点。
步骤3 :按照长条线阵电极结构，在S i 02掩蔽层 5上涂光刻胶，用光刻和湿法腐蚀的方法，在S i 02掩
蔽层5上刻出N _ GaN电极区域6 ,如图3所示。
步骤4 :去除剩余的光刻胶，采用低损伤I CP干 法刻蚀的方法在N — GaN电极区域6上刻蚀，形成N — GaN电极区7 ，如图4所示；采用低损伤ICP干法刻蚀 不仅能获得较好的台面结构，同时也将刻蚀损伤大大 降低。 一
步骤5 :采用Si02腐蚀液湿法去除剩余Si02掩蔽 层5 ，清洗，得到的GaN基LED结构如图5所示。
步骤6:用光刻、电子束蒸发的方法，在P—GaN 层4和N— GaN电极区7上同时制备出透明导电膜ITO， 剥离得至U P-GaN透明导电电极8禾B N-GaN透明导电电 极9 ，如图6所示；该透明导电膜也可采用其他透明 导电材料，如ZnO等。该步骤地特点在于，由于P-GaN 透明导电电极8禾tl N-GaN透明导电电极9采用了相同 的材料，因此可以同时制作，在工艺上光刻和蒸发可 以同时进行，大大简化了分别制作P-GaN透明导电电 极和N-GaN透明导电电极的工艺。
步骤7 : 在P-GaN透明导电电极8禾Q N-GaN透明 导电电极9上光刻出 P-GaN电极金属压焊区域1 0和 N-GaN电极金属压焊区域1 1 ，在P-GaN电极金属压焊 区域1 0和N-GaN电极金属压焊区域1 1上同时用电
子束分步蒸发，得到 P-GaN电极金属压焊区1 2和 N-GaN电极金属压焊区1 3 ，如图8所示。其中P-GaN 电极金属压焊区1 2和N-GaN电极金属压焊区l 3为 多层金属膜结构Cr/Ag/Pt/Au，该结构降低了电极对光 的吸收，可以提高功率型GaN基LED的光提取效率。 多层金属膜也可以采用其他结构，如Ni/Ag/Pt/Au等。 步骤8: 对 P-GaN电极金属压焊区l 2禾Q N-GaN 电极金属压焊区1 3进行合金化处理，目的使得金属 电极与IT0层良好的接触电阻，并提高界面处的附着 力。
步骤9 :光刻出增透膜区域1 4 ,如图9所示； 该区域包括了除P-GaN电极金属压焊区1 2 ， N-GaN电 极金属压焊区1 3之外的区域。
步骤1 0 :在器件的增透膜区域1 4制备增透膜 1 5 ，如图1 0所示；本实施例采用离子束溅射方法 制备厚度与LED发光波长相应的Al203增透膜。由于 A120,增透膜是一种介质膜，通过离子束溅射方法制备 可获得较高的致密性和绝缘性，能够阻止在暴露的有 源区断面形成漏电通道，起到器件钝化膜的作用，这 节省了 一般LED器件制备中需单独制备钝化膜的步骤， 简化了工艺。光学增透膜亦可采用电子束蒸发制备， 材料亦可采用折射率介于上述透明导电膜与封装材料或空气之间的其他介质材料。
步骤11 :将蓝宝石衬底1背面减薄，抛光，制
作反射镜；本实施例采用离子束溅射制备Si02/Ta205 系介质膜高反膜，反射率高达9 9 %以上。反射镜也可 以采用通常的金属反射镜，如Ag等。但采用介质膜反 射镜可以获得更高的反射率，能进一步提高LED的出 光效率。
步骤1 2 :划片，封装，测试，完成器件的制作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术
方案和有益效果进行了进 一 步详细说明，所应理解的 是，以上所述仅为本发明的具体实施而已，并不用于 限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的 任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的 保护范围之内。
权利要求
1.一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1依次在衬底外延生长N-GaN层、有源层、P-GaN层；步骤2在P-GaN层上采用PECVD的方法沉积一层掩蔽层；步骤3在掩蔽层上涂光刻胶，用光刻和湿法腐蚀的方法，在掩蔽层上刻出N-GaN电极区域；步骤4去除剩余的光刻胶，采用ICP干法刻蚀的方法在N-GaN电极区域上刻蚀，形成N-GaN电极区；步骤5湿法去除剩余掩蔽层，清洗；步骤6用光刻、电子束蒸发的方法，在P-GaN层和N-GaN电极区上同时制备出透明导电膜，剥离得到P-GaN透明导电电极和N-GaN透明导电电极；步骤7在P-GaN透明导电电极和N-GaN透明导电电极上光刻出P-GaN电极金属压焊区域和N-GaN电极金属压焊区域，在P-GaN电极金属压焊区域和N-GaN电极金属压焊区域上同时用电子束分步蒸发，得到P-GaN电极金属压焊区和N-GaN电极金属压焊区；步骤8对P-GaN电极金属压焊区和N-GaN电极金属压焊区进行合金化处理；步骤9光刻出增透膜区域；步骤10在器件的增透膜区域制备增透膜；步骤11将衬底背面减薄，抛光，制作反射镜；步骤12划片，封装，测试，完成器件的制作。
2 .根据权利要求1所述的一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，其特征在于，其中p-G aN电极金属压焊区和N-GaN电极金属压焊区为多层金属膜结构。
3 .根据权利要求2所述的一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，其特征在于，g巾多层金属膜结构为Cr/Ag/Pt/AU 0
4 .根据权利要求1所述的一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，其特征在于，g巾透明导电膜采用透明导电材料为ITO或0 。
5 .根据权利要求1所述的一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，其特征在于，g巾光学增透膜采用折射率介于上述透明导电膜与封装材料或空气之间的介质材料。
6 .根据权利要求1所述的 一 种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，其特征在于，其中 掩蔽层的材料为Si02。
全文摘要
一种光学复合膜作电极的GaN功率型LED的制备方法，包括依次在衬底外延生长N-GaN层、有源层、P-GaN层；在其上沉积一层掩蔽层，涂光刻胶，并刻出N-GaN电极区域；在N-GaN电极区域上刻蚀，形成N-GaN电极区；去除剩余掩蔽层，清洗；在P-GaN层和N-GaN电极区上同时制备出透明导电膜，剥离得到P-GaN和N-GaN透明导电电极；在其上光刻出P-GaN和N-GaN电极金属压焊区域，在其上同时用电子束分步蒸发，得到P-GaN和N-GaN电极金属压焊区；光刻出增透膜区域并制备增透膜；将衬底背面减薄，抛光，制作反射镜；划片，封装，测试，完成器件的制作。
文档编号H01L33/46GK101355118SQ20071011947
公开日2009年1月28日 申请日期2007年7月25日 优先权日2007年7月25日
发明者李晋闽, 杨富华, 王国宏, 王晓东, 王良臣 申请人:中国科学院半导体研究所