专利名称：一种适合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及适合利用激光剥离技术制作GaN基LED芯片的外延结构，属于发 光二极管(LED)技术领域。
背景技术：
随着大功率GaN系列蓝绿光LED的发展，逐步实现了半导体照明技术。发光二极 管在装饰照明、景观照明、背光源等应用领域的扩展促使人们寻找各种制作大功率LED器 件的方法。目前制作GaN系列LED研究最早的还是蓝宝石衬底，技术和工艺相对比较成熟， 大功率GaN基LED外延结构一般自下至上依次包括蓝宝石衬底、UGaN层(非掺杂高温GaN 层)、N型GaN层、N型AlGaN层、MQW层(多量子阱层)、P型AlGaN、P型GaN层和电流扩展层。但是蓝宝石的热导率和电学性能限制了功率型器件的发展。蓝宝石的热导率只 有35W/mK，且不导电，在大电流工作时LED发光区产生的热量散不出去，提高了器件工作温 度，降低了其可靠性和应用范围。目前为解决散热问题除选用新型基板外大多采用激光剥 离技术(LL0)。激光剥离技术(LL0)是利用激光能量分解外延结构和蓝宝石衬底界面处的GaN缓 冲层，从而实现LED外延片与蓝宝石衬底分离，将发光的外延结构转移到导热更好的基板 材料上，这些导热基板材料主要包括硅、碳化硅、金属及金属合金等。激光剥离一般选用高功率的脉冲激光极性扫描，激光透过蓝宝石衬底被GaN吸 收，发热使得GaN分解。因激光能量密度非常高，在激光扫描过程中很难精确控制GaN的熔 融深度，剥离困难，造成GaN层表面的损伤，影响出光效率。
发明内容本实用新型针对现有大功率GaN系列LED制作过程中利用激光剥离蓝宝石衬底造 成GaN层损伤的问题，提供一种利用激光剥离蓝宝石衬底时能够防止造成GaN层损伤的适 合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构。本实用新型的适合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构采用以下方案该适合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构自下至上包括蓝宝石衬底、U型GaN 层、N型GaN层、N型AlGaN层、MQW层、P型AlGaN、P型GaN层和电流扩展层，在U型GaN层 和N型GaN层之间设有一层剥离腐蚀阻挡层，该剥离腐蚀阻挡层采用A1N或者AlGaN。剥离阻挡层的厚度为100nm-3um。A1N或者AlGaN阻挡层为利用M0CVD(金属有 机化学气象沉积)设备进行生长，生长温度为1000-110(TC。原材料使用为TMGa(三甲基 镓)、TMA1 (三甲基铝)、NH3 (氨气)，生长时腔室压力范围在100-200Torr之间，温度范围 为975-1100摄氏度之间。 本实用新型相比于普通LED外延结构在U-GaN和N_GaN之间插入了 一层剥离腐蚀阻挡层；通过优化生长温度和生长条件，形成无缺陷平整A1N或者AlGaN表面，同时可有效 抑制线性位错密度，提高MQW的效率。此剥离腐蚀阻挡层的分解温度在2000度以上，高出 GaN的分解温度1000度左右，可有效控制激光剥离时对N型GaN和LED发光层的损伤，提高 产品成品率。
图1是本实用新型LED外延结构的示意图。图中1、蓝宝石衬底，2、U-GaN层，3、剥离腐蚀阻挡层，4、N-GaN层，5、N_AlGaN层， 6、MQW 层，7、P-AlGaN 层，8、P-GaN 层，9、电流扩展层。
具体实施方式
本实用新型LED外延结构为基于蓝宝石衬底上生长GaN LED外延结构，如图1所 示，外延结构自下而上分别为蓝宝石衬底1、U-GaN层2、剥离腐蚀阻挡层3、N_GaN层4、 N-AlGaN 层 5、MQW 层 6、P-AlGaN 层 7、P-GaN 层 8 和电流扩展层 9。本实用新型相比于普通LED外延结构在U-GaN层2和N_GaN层4之间插入了一层 剥离腐蚀阻挡层3 ；剥离腐蚀阻挡层3的材料为A1N或者AlGaN，其中铝组分可调，剥离阻挡 层厚度为100nm-3um，可以采用M0CVD设备直接生长，生长温度为1000-110°C。通过优化生 长温度和生长条件，形成无缺陷平整A1N或者AlGaN表面，如图2所示，同时可有效抑制线 性位错密度，提高MQW的效率。此剥离腐蚀阻挡层的分解温度在2000度以上，高出GaN的 分解温度1000度左右，可有效控制激光剥离时对N型GaN和LED发光层的损伤，提高产品 成品率。芯片制作过程首先制作反射良好金属反射镜面，采用大面积键合技术，利用金锡、 银锡、铅锡等高温焊料将外延材料键合到导热导电良好的基板上；利用激光剥离技术将蓝 宝石衬底剥离掉；然后利用ICP刻蚀技术将剥离阻挡层A1N或者AlGaN层刻蚀掉，露出N型 GaN面；采用湿法腐蚀或者干法刻蚀的方法对N型GaN进行表面粗化；在表面上蒸镀Ti、Al、 Ni.Au等制作LED电极。
权利要求一种适合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构，自下至上包括蓝宝石衬底、U型GaN层、N型GaN层、N型AlGaN层、MQW层、P型AlGaN、P型GaN层和电流扩展层，其特征在于在U型GaN层和N型GaN层之间设有一层剥离腐蚀阻挡层，该剥离腐蚀阻挡层采用AlN或者AlGaN。
2.根据权利要求1所述的适合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构，其特征在于 所述剥离阻挡层厚度为100nm-3um。
专利摘要本实用新型提供了一种适合激光剥离的大功率GaN基LED外延结构，该外延结构自下至上包括蓝宝石衬底、U型GaN层、N型GaN层、N型AlGaN层、MQW层、P型AlGaN、P型GaN层和电流扩展层，在U型GaN层和N型GaN层之间设有一层剥离腐蚀阻挡层，该剥离腐蚀阻挡层采用AlN或者AlGaN。本实用新型相比于普通LED外延结构在U-GaN和N-GaN之间插入了一层剥离腐蚀阻挡层；通过优化生长温度和生长条件，形成无缺陷平整AlN或者AlGaN表面，同时可有效抑制线性位错密度，提高MQW的效率。此剥离腐蚀阻挡层的分解温度在2000度以上，高出GaN的分解温度1000度左右，可有效控制激光剥离时对N型GaN和LED发光层的损伤，提高产品成品率。
文档编号H01L33/44GK201667345SQ20102016723
公开日2010年12月8日 申请日期2010年4月23日 优先权日2010年4月23日
发明者任忠祥, 刘长江, 张成山, 徐现刚 申请人:山东华光光电子有限公司