一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括：提供一襯底，在所述襯底上依次生長低溫AlxGa1-xN（0≤x≤1）緩沖層，設(shè)定生長壓力從高壓向低壓漸變、溫度從低溫向高溫漸變、轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速漸變使多量子阱層之前的氮化鎵體結(jié)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)從三維生長向二維生長模式漸變，其中在靠近多量子阱層部分摻Si，形成非摻漸變氮化鎵層和N型漸變氮化鎵層，接著生長多量子阱層、AlxGa1-xN（0≤x≤1）電子阻擋層、P型層，在隨后的芯片制作過程中，將已經(jīng)蝕刻出N型平臺(tái)的外延片正劃成芯粒，浸入化學(xué)溶液進(jìn)行濕法蝕刻，在多量子阱底層形成具有粗糙側(cè)壁的倒金字塔結(jié)構(gòu)，提高出光效率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及氮化鎵半導(dǎo)體器件外延領(lǐng)域，尤其涉及一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法。

【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文為LED)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件，其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光結(jié)構(gòu)，目前氮化鎵被視為第三代半導(dǎo)體材料，由于氮化鎵材料與空氣的折射率差別較大，使發(fā)光二極管的出光效率受到了很大程度限制，光線從半導(dǎo)體層射向空氣時(shí)，有很大一部分光線因出光角度問題被全反射回來，在半導(dǎo)體內(nèi)部穿過，損失一部分能量，而損失的能量最終轉(zhuǎn)換為熱量，給發(fā)光二極管散熱增加負(fù)擔(dān)。
[0003]目前表面粗化技術(shù)成為提高發(fā)光二極管光取出效率的關(guān)鍵技術(shù)，但表面粗化技術(shù)普遍復(fù)雜，成本較高；且當(dāng)前粗化技術(shù)普遍集中在芯粒表面，普通側(cè)面粗化技術(shù)所有提及但由于側(cè)面出光面積較小，對(duì)增加出光效率貢獻(xiàn)有限。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，主要技術(shù)方案如下:
I)在氫氣或氫氣、氮?dú)?、氨氣三種氣體混合氣氛下，對(duì)襯底進(jìn)行熱處理。
[0005]2)在熱處理后襯底上，依次生長低溫AlxGahN (OS x < I)緩沖層、非摻漸變氮化鎵層、N型漸變氮化鎵層、多量子阱層、AlxGahN (O彡x彡I)電子阻擋層以及P型層。
[0006]其中在緩沖層生長結(jié)束后，設(shè)定生長壓力從高壓向低壓漸變、溫度從低溫向高溫漸變、轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速漸變，使氮化鎵體結(jié)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)從三維生長向二維生長模式漸變并在靠近多量子阱層位置摻Si，形成生長模式漸變的非摻漸變氮化鎵層和N型漸變氮化鎵層，在隨后的芯片制作過程中，將已經(jīng)蝕刻出N型平臺(tái)的外延片正劃成芯粒，浸入化學(xué)溶液進(jìn)行濕法蝕刻，在多量子阱底層形成具有粗糙側(cè)壁的倒金字塔結(jié)構(gòu)，從而提高出光效率。
[0007]進(jìn)一步地，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，反應(yīng)室壓力從高壓漸變成低壓，優(yōu)選從500 torr漸變至100 torr ;溫度從低溫漸變至高溫，優(yōu)選從700 °C漸變至11500C ;轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速漸變至高轉(zhuǎn)速，優(yōu)選從600轉(zhuǎn)/分漸變至1200轉(zhuǎn)/分。
[0008]進(jìn)一步地，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，壓力、轉(zhuǎn)速、溫度同時(shí)或僅其中一個(gè)或兩個(gè)條件呈現(xiàn)線性漸變或非線性漸變。
[0009]進(jìn)一步地，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，在靠近多量子阱層處摻Si形成N型漸變氮化鎵層，其中非摻漸變氮化鎵層厚度為a、N型漸變氮化鎵層厚度為b，從三維生長模式向二維生長模式漸變氮化鎵層生長總厚度為C，則O < a < C，O < b < C，且a+b=c。
[0010]進(jìn)一步地，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，在從三維生長模式向二維生長模式漸變生長過程中，根據(jù)產(chǎn)品需求，部分氮化鎵層采用AlxGahN (O彡X彡1)，或AlxInyGa1^yN (O ^ x ^ I,O ^ y ^ I)替代。[0011 ] 進(jìn)一步地，在芯片制作過程中，氮化鎵體結(jié)構(gòu)層側(cè)面為傾斜面，且側(cè)面傾斜角度且傾斜角度介于0° ~ 80°之間，優(yōu)選30°。
[0012]進(jìn)一步地，所述外延生長方式擴(kuò)展至多量子阱層或/和P型層。
[0013]進(jìn)一步地，將已形成倒金字塔結(jié)構(gòu)的芯片分別制作N電極、P電極，并覆蓋鈍化保護(hù)層，對(duì)芯片進(jìn)行減薄、裂片、測(cè)試和分選。
[0014]本發(fā)明提供的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其優(yōu)點(diǎn)在于:在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，設(shè)定生長壓力從高壓向低壓漸變、溫度從低溫向高溫漸變、轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速漸變，通過改變襯底表面臨界層厚度及橫向、縱向生長速率，使多量子阱層之前的氮化鎵體結(jié)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)從三維生長向二維生長模式漸變，其中在靠近多量子阱層部分摻Si，形成非摻漸變氮化鎵層和N型漸變氮化鎵層，在隨后的芯片制作過程中，將已經(jīng)蝕刻出N型平臺(tái)的外延片正劃成芯粒，浸入化學(xué)溶液進(jìn)行濕法蝕刻，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層處形成具有粗糙側(cè)壁的倒金字塔結(jié)構(gòu)，從而大大提高出光效率。
[0015]本發(fā)明利用外延層生長模式變更，在同芯片工藝條件下形成了具備粗糙側(cè)壁的倒裝金字塔結(jié)構(gòu)，不需增加外延與芯片制作步驟與其他設(shè)備，但出光效率大大提升，具有較強(qiáng)的可操作性和較高的商業(yè)價(jià)值。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1本發(fā)明實(shí)施例1制作的發(fā)光二極管外延片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2本發(fā)明實(shí)施例1制作的發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3本發(fā)明實(shí)施例2制作的發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中標(biāo)示:
1:襯底；2:低溫AlxGa^N (O ^ x ^ I)緩沖層；3:漸變氮化鎵層，其中3_1為非摻漸變氮化鎵層，3-2為N型漸變氮化鎵層；4:多量子阱層；5 =AlxGa1^xN電子阻擋層；6:P型層；7:P電極；8:N電極。

【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明更易于理解其實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)及其所具的實(shí)用性，下面便結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明若干具體實(shí)施例作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但需要說明的是以下關(guān)于實(shí)施例的描述及說明對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍不構(gòu)成任何限制。
[0021]實(shí)施例1
圖1為本發(fā)明制作的一種發(fā)光二極管外延片結(jié)構(gòu)的示意圖，本實(shí)施例中制備工藝由下至上依次包括:(I)藍(lán)寶石襯底I ;(2)生長低溫AlxGahN緩沖層2，材料為氮化鎵、氮化鋁、或鋁鎵氮結(jié)合，膜厚在10~100nm之間；(3)生長漸變氮化鎵體結(jié)構(gòu)層3，設(shè)定初始生長壓力600 torr、生長溫度700 °C、轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分，(4)隨后生長壓力、溫度、轉(zhuǎn)速同時(shí)線性漸變至100 torrU150 °C U200轉(zhuǎn)/分，生長厚度控制在2000~10000nm之間，優(yōu)選5000nm ; (5)在漸變氮化鎵體結(jié)構(gòu)層生長過程中，靠近多量子阱層部分摻Si形成N型漸變氮化鎵層3-2，區(qū)別于非摻漸變氮化鎵層為3-1，Si摻雜濃度在5 X 1018~5 X 119CnT3之間，其中優(yōu)選1.4 X 119Cm-3,設(shè)定非摻漸變氮化鎵層厚度為a、N型漸變氮化鎵層厚度為b，則從三維生長模式向二維生長模式漸變氮化鎵層生長總厚度為c=a+b ; (6)生長多量子阱層4，以InGaN作為阱層、以GaN或AlGaN或二者組合作為皇層，其中皇層厚度在50~150nm之間、阱層厚度在l~20nm之間，生長多個(gè)循環(huán)結(jié)構(gòu)組成有源區(qū)；(7) AlxGa1J電子阻擋層5，膜厚在0.1?200nm之間；(8)P型層6，可以為P型GaN層或P型InyGai_yN層，優(yōu)選P型GaN，膜厚在20~2000nm 之間，優(yōu)選 200nm。
[0022]圖2為本發(fā)明制作一種發(fā)光二極管芯片結(jié)構(gòu)的示意圖，本實(shí)施例中在具備圖1所述結(jié)構(gòu)外延片基礎(chǔ)上:(1)通過光刻流程、干法蝕刻流程形成N電極平臺(tái)；(2)在外延片表面淀積一鈍化保護(hù)層；(3)通過激光劃片工藝形成芯粒，其中劃片深度至少貫穿整個(gè)外延層達(dá)到襯底層；(4)將經(jīng)過激光正劃后的外延片放入酸性化學(xué)蝕刻液中進(jìn)行濕法蝕刻；(5)去掉鈍化保護(hù)層，制作透明導(dǎo)電層、N電極、P電極；(6)對(duì)芯片進(jìn)行減薄、裂片、測(cè)試和分選。
[0023]作為本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施例，本發(fā)明利用在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，設(shè)定反應(yīng)室壓力從高壓600 torr漸變至低壓100 torr、低溫700 °C漸變至高溫1150°C、低轉(zhuǎn)速600轉(zhuǎn)/分漸變至高轉(zhuǎn)速1200轉(zhuǎn)/分，襯底表面臨界層厚度及橫向、縱向生長速率變化使氮化鎵體結(jié)構(gòu)層形成了從三維生長向二維生長模式的漸變。在隨后的芯片制作過程中，將已經(jīng)蝕刻出N型平臺(tái)的外延片正劃成芯粒，浸入酸性化學(xué)溶液進(jìn)行濕法蝕刻，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層位置形成具有粗糙側(cè)壁的倒金字塔結(jié)構(gòu)。如此，制得的氮化鎵體結(jié)構(gòu)層側(cè)面為傾斜面，且側(cè)面傾斜角度且傾斜角度介于0° -80°之間，優(yōu)選30°。本發(fā)明僅利用外延層生長模式變更，不需增加外延與芯片制作步驟與其他設(shè)備，但出光效率大大提升，具有較強(qiáng)的可操作性和較高的商業(yè)價(jià)值。
[0024]實(shí)施例2
如圖3所示，區(qū)別于實(shí)施例1，本實(shí)施例在P型層生長過程中，設(shè)定生長壓力從低壓漸變至高壓，優(yōu)選100 torr漸變至300 torr ;轉(zhuǎn)速從高轉(zhuǎn)速漸變至低轉(zhuǎn)速，優(yōu)選1200轉(zhuǎn)/分漸變至600轉(zhuǎn)/分；為避免對(duì)多量子阱層的破壞，溫度保持恒定，優(yōu)選900 °C;P型層實(shí)現(xiàn)從二維生長模式漸變至三維生長模式，在蝕刻過程中，P型層形成具有粗糙側(cè)壁的正金字塔結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)一步增加出光面積，提升出光效率。
[0025]以上實(shí)施例僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案。任何不脫離本發(fā)明精神和范圍的技術(shù)方案，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的專利申請(qǐng)范圍當(dāng)中。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，包括以下步驟: 提供一襯底； 在所述襯底上依次生長低溫AlxGahN (Ο^Ξχ^: I)緩沖層、非摻漸變氮化鎵層、N型漸變氮化鎵層、多量子阱層、AlxGahN (O彡X彡I)電子阻擋層以及P型層； 其特征在于:在緩沖層生長結(jié)束后，設(shè)定生長壓力從高壓向低壓漸變、溫度從低溫向高溫漸變、轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速向高轉(zhuǎn)速漸變，通過改變襯底表面臨界層厚度及橫向、縱向生長速率，使多量子阱層之前的氮化鎵體結(jié)構(gòu)層實(shí)現(xiàn)從三維生長向二維生長模式漸變并在靠近多量子阱層位置摻Si，形成生長模式漸變的非摻漸變氮化鎵層和N型漸變氮化鎵層，在隨后的芯片制作過程中將已經(jīng)蝕刻出N型平臺(tái)的外延片正劃成芯粒，浸入化學(xué)溶液進(jìn)行濕法蝕亥IJ，在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層處形成具有粗糙側(cè)壁的倒金字塔結(jié)構(gòu)，從而提高出光效率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，反應(yīng)室壓力從高壓漸變成低壓，從600 torr漸變至100 torr ;溫度從低溫漸變至高溫，從700 °C漸變至1150 °C ;轉(zhuǎn)速從低轉(zhuǎn)速漸變至高轉(zhuǎn)速，從600轉(zhuǎn)/分漸變至1200轉(zhuǎn)/分。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，其中壓力、轉(zhuǎn)速、溫度同時(shí)呈現(xiàn)線性或非線性變化，即在漸變的壓力、轉(zhuǎn)速、溫度條件下生長氮化鎵體結(jié)構(gòu)層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，壓力、轉(zhuǎn)速、溫度三個(gè)條件中僅一個(gè)或兩個(gè)條件呈現(xiàn)線性變化，其它條件保持恒定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，壓力、轉(zhuǎn)速、溫度三個(gè)條件中僅一個(gè)或兩個(gè)條件呈現(xiàn)非線性變化，其它條件保持恒定。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:在氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，在靠近多量子阱層處摻Si形成N型漸變氮化鎵層，其中非摻漸變氮化鎵層厚度為a、N型漸變氮化鎵層厚度為b，從三維生長模式向二維生長模式漸變氮化鎵層生長總厚度為C，則0<a<c，0<b<c，且a+b=c。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:氮化鎵體結(jié)構(gòu)層由下至上生長過程中，部分氮化鎵層采用AlxGahNi;I )，或AlxInyGa1HNi; OS x < 1，
I)替代。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:在芯片制作過程中采用蝕刻方式對(duì)外延層側(cè)壁進(jìn)行蝕刻，形成邊緣粗糙的倒金字塔結(jié)構(gòu)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述蝕刻后氮化鎵體結(jié)構(gòu)層側(cè)面為粗糙的傾斜面，且傾斜角度介于0° ~ 80°之間。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)的制備方法，其特征在于:所述外延生長方式擴(kuò)展至多量子阱層或/和P型層。
【文檔編號(hào)】H01L33/06GK104465902SQ201410763110
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年12月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月12日
【發(fā)明者】舒立明, 劉曉峰, 張東炎, 劉明英, 王良鈞, 王篤祥 申請(qǐng)人:天津三安光電有限公司