[发明专利]蓝光半导体器件及其制备方法

说明书

本发明涉及蓝光半导体器件及其制备方法，其包括图形化蓝宝石衬底，设置于衬底表面的外延叠层，外延叠层包含靠近衬底的n型层、有源层和远离衬底的p型层，外延叠层具有一刻蚀台阶，刻蚀台阶沿着p型层刻蚀至n型层；周期层叠设置的金属/石墨烯复合透明电极层设置于p型层的表面，设置于n型层表面的n电极和设置于p型层表面的p电极；钝化层包裹外延叠层、复合透明电极层、n电极和p电极，DBR层设置于钝化层表面，保护层设置于DBR层表面；焊球分别连接n电极、p电极至基板。本发明提供的器件结构及其制备方法提升了器件的出光效率、降低了结温和空洞率，且该器件的热稳定性好，长时间可靠性高。

技术领域

本发明涉及半导体发光元件，具体涉及一种蓝光半导体器件及其制备方法。

背景技术

LED与传统光源(白炽灯，荧光灯)相比有诸多优势，例如响应时间快、低污染、高光效、长寿命、低能耗、体积小等，因此LED在很多领域，如信号灯、背光源、汽车灯、普通照明、激光等领域具有广泛的应用。

GaN基倒装结构LED具有低热阻、大电流、低封装成本、密排列等优势，芯片的耐温性和可靠性也好于正装和垂直结构芯片，制造成本适中，可用于高功率和高可靠性要求的光源，一直备受业界青睐，至今研究热度不减。

目前限制GaN基倒装LED的主要因素有以下几点：1：随着LED功率的逐渐增大，空穴和电子在有源层产生的非辐射复合就越多，释放的热量变多，这就需要LED芯片表面的透明电极有非常好的透明性，导电性，传统的透明导电薄膜锡掺杂氧化铟(ITO)通常作为透明电极，用于LED的p型GaN上的电流扩散层。但是由于铟缺乏，制备ITO透明电极的成本越来越高，且ITO在酸或碱存在环境下的化学不稳定，制备温度高等原因，这些氧化物的用途面临严重问题；有研究者发现石墨烯/金属的组合在提升透光率方面有所提升，但依然有待改进。2：反光层和反光电极的可靠性。早期GaN基倒装LED采用Ag薄膜作为p-GaN的反光电极，并溅射TiW保护层限制Ag的迁移，但采用Ag反光电极倒装LED在老化过程中还是会出现漏电流过大并死灯，无法完全避免Ag的迁移，后来有研究人员采用ITO透明电极介质和DBR替代Ag薄膜作为倒装LED反光结构，器件的反射率和出光效率有所提升。目前，大功率GaN基倒装LED逐步用于高温环境，因此对芯片的稳定性有了很高的要求，所以如何构建透明电极，反光层对于芯片的稳定性具有极其重要的意义。3：焊料质量，焊接质量会影响倒装LED芯片的热阻和寿命，例如AuSn共晶焊和点锡膏回流焊都存在控制焊接空洞率的问题，焊接空洞会导致芯片热阻增大，寿命降低等问题。

发明内容

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的首要目的是提供一种能够提升器件的出光效率、降低结温和空洞率、热稳定性好和长时间可靠性高的蓝光半导体器件及其制备方法。基于该目的，本发明至少提供如下技术方案：

蓝光半导体器件的制备方法，其包括如下步骤：

在图形化蓝宝石衬底上依次外延生长包含有n型层、有源层和p型层的外延叠层；

在所述p型层上形成欧姆接触金属薄膜层，刻蚀所述欧姆接触金属薄膜层形成特定区域的欧姆接触金属薄膜区域；

转移单层或多层石墨烯薄膜至欧姆接触金属薄膜区域表面，以形成一个周期的金属/石墨烯复合透明电极；

依次重复执行上述欧姆接触金属薄膜区域形成步骤和上述石墨烯薄膜转移步骤1-5次，以在p型层表面形成2-6个周期的金属/石墨烯复合透明电极；

以上述金属/石墨烯复合透明电极作为自对准掩膜，刻蚀所述外延叠层至所述n型层露出；

划片道刻蚀；

在所述n型层表面制备n电极，在所述金属/石墨烯复合透明电极表面制备p电极；

在所述外延叠层、金属/石墨烯复合透明电极、p电极和n电极表面及其侧面沉积钝化层，在所述钝化层表面沉积DBR层，在所述DBR层表面沉积保护层；