專利名稱：具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及發(fā)光二極管及其制作方法，更為具體地，涉及一種具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管及其制作方法。
背景技術：
近年來，垂直薄膜結構GaN基發(fā)光二極管(LED)已成為研究開發(fā)的新熱點。與常規(guī)結構比較，垂直結構LED通過襯底轉移，形成電極上下分布，電流垂直注入，解決了常規(guī)結構GaN基LED器件中因電極水平分布、電流橫向注入導致的諸如散熱不佳，電流分布不均、可靠性差等一系列問題。垂直結構LED芯片的η電極一般位于出光面頂部，其存在會遮擋并吸收有源層發(fā)出的光。為了盡量避免η電極對于發(fā)光的遮擋和吸收，通常在垂直芯片的內部引入電流阻擋層以限制或者大幅減少η電極下方有源層的發(fā)光。例如，在ρ型外延層與ρ型接觸金屬層之間插入絕緣材料(如氧化硅、氮化硅等)作為電流阻擋層，其大小和位置與η電極大致相當，這樣可以大大改善η電極的擋光和吸光。然而，用作電流阻擋層的氧化硅或者氮化硅等絕緣材料與P型接觸金屬層的黏附度不佳，會影響晶圓鍵合的牢固度，從而造成襯底剝離良率降低并影響可靠性。

發(fā)明內容
本發(fā)明的主要目的是提供具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管及其制作方法，通過激光輻照熱分解在η型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成激光燒蝕區(qū)作為電流阻擋層，以改善電流分布，減小電極吸光。根據實現(xiàn)上述目的的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管，其結構包括永久基板$型GaN基外延層,位于所述永久基板之上；發(fā)光層,位于所述ρ型GaN基外延層之上；η型GaN基外延層，位于所述發(fā)光層之上；η電極，位于η型GaN基外延層之上；激光燒蝕部，形成于η型GaN基外延層與發(fā)光層之間，并且在垂直投影面上激光燒蝕部的位置與η電極對應。根據實現(xiàn)上述目的的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作方法，包括步驟
1)在一永久基板上形成外延層，其至上而下包括η型GaN基外延層、發(fā)光層和ρ型GaN基外延層；
2)采用激光照射部分η型GaN基外延層，在η型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成一激光燒蝕部；
3)在η型GaN基外延層上制作η電極，其在垂直投影面的位置與激光燒蝕部對應。本發(fā)明采用激光輻照熱分解方式在η型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成具有電流阻擋作用的激光燒蝕部。發(fā)光層表面經過高能量脈沖激光照射并吸收其能量，從而熱分解可形成一空隙結構。本發(fā)明在垂直GaN基發(fā)光二極管的η端引入空隙電流阻擋層，可以有效避免P端設計絕緣介質阻擋層對于襯底鍵合和剝離的不利影響，并具有更高的可靠性。、
本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在說明書、權利要求書以及附圖中所特別指出的結構來實現(xiàn)和獲得。


圖I是本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管的結構示意圖。圖2 圖7是本發(fā)明優(yōu)選實施例的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作步驟示意圖。 圖中部件符號說明
100:藍寶石襯底
101:緩沖層
102=U-GaN 層
103n-GaN 層104=MQff 層105 p-GaN 層110 :空隙200 :娃基板210 p反射電極220 :金屬疊層230 p電極240A n電極焊盤240B n電極擴展條300 =Ni掩膜
310 :激光福照區(qū)。
具體實施方式
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下面將結合示意圖對本發(fā)明的LED結構及其制作方法進行更詳細的描述，其中表示了本發(fā)明的優(yōu)選實施例，應該理解本領域技術人員可以修改在此描述的本發(fā)明，而仍然實現(xiàn)本發(fā)明的有利效果。因此，下列描述應當被理解為對于本領域技術人員的廣泛知道，而并不作為對本發(fā)明的限制。本發(fā)明的核心思想在于提供一種具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管及其制作方法，通過激光輻照熱分解在η型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成激光燒蝕區(qū)作為電流阻擋層，以改善電流分布，減小電極吸光。下面各實施例公開了一種具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管及其制作方法，該LED結構包括永久基板$型GaN基外延層,位于所述永久基板之上；發(fā)光層,位于所述ρ型GaN基外延層之上；η型GaN基外延層,位于所述發(fā)光層之上；η電極,位于η型GaN基外延層之上；激光燒蝕部，形成于η型GaN基外延層與發(fā)光層之間，并且在垂直投影面上激光燒蝕部的位置與η電極對應。進一步，結合上述LED結構，本發(fā)明還提供了一種制造方法，包括以下步驟1)在一永久基板上形成外延層，其至上而下包括η型GaN基外延層、發(fā)光層和ρ型GaN基外延層；2)采用激光照射部分η型GaN基外延層，在η型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成一激光燒蝕部；3)在η型GaN基外延層上制作η電極；其中，η電極在垂直投影面的位置與激光燒蝕部對應。在一些優(yōu)先實施例中，永久基板材料選自硅、銅、鎳、鈷、鑰、陶瓷、藍寶石、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁或其組合。在一些優(yōu)先實施例中，在垂直投影面上所述激光燒蝕部的位置和大小與η電極相當或相同。在一些優(yōu)選實施例中，所述激光燒蝕部是發(fā)光層材料經過激光燒蝕熱分解形成的空隙結構。在一些實施例中，一種具有電流阻擋效應的垂直LED可以通過下面方法制備提供臨時襯底，在其上依次外延生長η型GaN基外延層、發(fā)光層和ρ型GaN基外延層；提供永久基板，將其與上述臨時襯底之外延層通過金屬疊層進行粘結鍵合；去除臨時襯底，并暴露 出η型GaN基外延層；采用光刻定義輻照區(qū)和非輻照區(qū)，非輻照區(qū)覆蓋掩膜；采用激光照射輻照區(qū)，激光光子能量介于GaN與發(fā)光層禁帶寬度之間，激光照射造成輻照區(qū)的發(fā)光層部分熱分解，并在η型GaN基外延層和發(fā)光層之間形成空隙；制作η電極，并使得η電極在垂直投影面的位置及大小與輻照區(qū)相當或者相同。下面結合附圖和優(yōu)選實施例對本發(fā)明作進一步說明。實施例
如附圖I所示的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管結構，包括硅基板200、n-GaN層103、多量子阱有源層(MQW) 104、p-GaN層105、空隙110、p反射電極210、金屬疊層220、p電極230、η電極焊盤240Α和η電極擴展條。其中，娃基板200具有兩個主表面，正面和背面；金屬疊層220形成于娃基板200的正面之上，其結構為Cr/Pt/Au/Pt/Cr，厚度50/50/1000/50/50nm ；p反射電極210形成于金屬疊層220之上，其材料為Ag，厚度200nm ;p_GaN層105形成于ρ反射電極210之上；多量子阱有源層104形成于p-GaN層105之上，其發(fā)光主波長為460nm ；n-GaN層103形成于多量子阱有源層104之上；n電極包括兩個部分，η電極焊盤240Α和η電極擴展條240Β形成于n-GaN層103之上；p電極230形成于娃襯底200的背面；在與η電極焊盤240Α和η電極擴展條240Β垂直投影面的對應位置上，還包含空隙110形成于n-GaN層103和多量子阱有源層104之間，并且空隙大小與η電極焊盤240Α和η電極擴展條240Β相仿。附圖2 7是上述結構的具有電流阻擋效應垂直發(fā)光二極管的制作步驟示意圖，具體包括下面步驟。第一步參考附圖2，在藍寶石襯底100上生長GaN基外延層，依次包括；緩沖層IOUu-GaN層102、n-GaN層103、多量子阱有源層104和p-GaN層105，其中，多量子阱有源層104的發(fā)光主波長為460nm。第二步參考附圖3，在p-GaN層105上制作ρ反射電極210，反射電極材料選擇Ag，厚度200nm，鍵合硅基板200與藍寶石襯底100，使得硅基板200的正面與ρ反射電極210通過金屬疊層220粘結鍵合，其中金屬疊層220材料為Cr/Pt/Au/Pt/Cr，厚度50/50/1000/50/50nm。第三步參考附圖4，采用激光剝離方式去除藍寶石襯底100。
第四步參考附圖5，采用干法或者濕法蝕刻去除緩沖層101和U-GaN層102，從而暴露出n-GaN層103。第五步參考附圖6，在n-GaN層103上鍍一層Ni作為掩膜300，厚度20nm，采用光刻定義輻照區(qū)310，蝕刻去除輻照區(qū)上的Ni掩膜300 ;采用高能脈沖激光照射輻照區(qū)300，激光波長為380nm,激光穿透n_GaN層103照射造成福照區(qū)300的有源層104表層被燒蝕熱 分解，并在n-GaN層103和有源層104之間形成為空隙110。第六步參考附圖7，制作η電極焊盤240Α和η電極擴展條240Β，并使得η電極焊盤240Α和η電極擴展條240Β在垂直投影面的位置及大小與空隙110大致相當。
權利要求
1.具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管，包括 永久基板； P型GaN基外延層,位于所述永久基板之上； 發(fā)光層，位于所述P型GaN基外延層之上； η型GaN基外延層,位于所述發(fā)光層之上； η電極,位于η型GaN基外延層之上； 激光燒蝕部，形成于η型GaN基外延層與發(fā)光層之間，并且在垂直投影面上激光燒蝕部的位置與η電極對應。
2.根據權利要求I所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管，特征在于所述激光燒蝕部為一空隙結構。
3.根據權利要求I所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管，特征在于所述激光燒蝕部是發(fā)光層材料經過激光燒蝕熱分解形成。
4.根據權利要求I所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管，特征在于在垂直投影面上所述激光燒蝕部的位置和大小與η電極相當或相同。
5.根據權利要求I所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管，特征在于所述永久基板材料選自硅、銅、鎳、鈷、鑰、陶瓷、藍寶石、氮化鎵、氧化鋅、氮化鋁或其組合。
6.具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管其制作方法，包括步驟 1)在一永久基板上形成外延層，其至上而下包括η型GaN基外延層、發(fā)光層和ρ型GaN基外延層； 2)采用激光照射部分η型GaN基外延層，在η型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成一激光燒蝕部； 3)在η型GaN基外延層上制作η電極； 其中，η電極在垂直投影面的位置與激光燒蝕部對應。
7.根據權利要求6所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作方法，其特征在于，所述步驟I)包括 提供臨時襯底，在其上外延生長外延層，其包含η型GaN基外延層、發(fā)光層和P型GaN基外延層； 提供永久基板，將其與上述外延層粘結； 去除臨時襯底，并暴露出η型GaN基外延層。
8.根據權利要求6所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作方法，其特征在于所述步驟2)包括 在η型GaN基外延層之上定義輻照區(qū)，采用激光照射輻照區(qū)，激光照射造成輻照區(qū)的發(fā)光層部分熱分解，并在η型GaN基外延層和發(fā)光層之界面形成激光燒蝕部。
9.根據權利要求8所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作方法，其特征在于所述激光光子能量介于η型GaN基外延層與發(fā)光層禁帶寬度之間， 根據權利要求9所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作方法，其特征在于所述激光燒蝕部為一空隙結構。
10.根據權利要求6所述的具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管制作方法，其特征在于在垂直投影面上所述η電極的位置和大小與所述激光燒蝕部相當或相同。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種具有電流阻擋效應的垂直發(fā)光二極管及其制作方法。該LED結構包括永久基板；p型GaN基外延層，位于所述永久基板之上；發(fā)光層，位于所述p型GaN基外延層之上；n型GaN基外延層，位于所述發(fā)光層之上；n電極，位于n型GaN基外延層之上；激光燒蝕部，形成于n型GaN基外延層與發(fā)光層之間，并且在垂直投影面上激光燒蝕部的位置與n電極對應。通過激光輻照熱分解在n型GaN基外延層與發(fā)光層之間形成激光燒蝕區(qū)作為電流阻擋層，以改善電流分布，減小電極吸光。
文檔編號H01L33/14GK102779914SQ201210270749
公開日2012年11月14日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2012年8月1日
發(fā)明者潘群峰 申請人:廈門市三安光電科技有限公司