[發(fā)明專利]圖形化襯底的GaN基LED外延片及該外延片的制備方法

無(wú)效

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• 申請(qǐng)日: 2008-11-20
• 公開（公告）號(hào): CN101740677A
• 公開（公告）日: 2010-06-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡加輝;朱國(guó)雄;吳煊梁;廖家明;沈志強(qiáng)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳世紀(jì)晶源華芯有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及化合物半導(dǎo)體的外延片領(lǐng)域，尤其涉及一種具有圖形化襯底GaN基LED的外延片。

本發(fā)明還涉及一種具有圖形化襯底GaN基LED的外延片的制備方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二級(jí)管(LED)是一類可直接將電能轉(zhuǎn)化為可見光和輻射能的固體發(fā)光器件，具有工作壽命長(zhǎng)、發(fā)光效率高、無(wú)污染、重量輕，體積小等優(yōu)點(diǎn)，發(fā)展突飛猛進(jìn)，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于室內(nèi)外大屏幕顯示、背光顯示、照明、裝飾、交通信號(hào)燈等領(lǐng)域。GaN材料體系是制備藍(lán)、綠、紫以及紫外光LED最成熟的材料。GaN材料的研究始于20世紀(jì)30年代，1991年業(yè)內(nèi)有人發(fā)現(xiàn)采用低溫生長(zhǎng)的GaN緩沖層方法也可很大程度上提高GaN外延膜的質(zhì)量，并利用GaN材料突破性的制備出了高亮度的藍(lán)光LED。目前，GaN基材料外延生長(zhǎng)的LED產(chǎn)品盡管取得了很大的進(jìn)步，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用各個(gè)領(lǐng)域，但是依然有以下兩個(gè)問(wèn)題有待解決：

第一、缺乏合適的襯底，晶格失配、熱失配等問(wèn)題仍制約著GaN材料的制備。降低缺陷密度是提高GaN基發(fā)光器件性能和壽命的關(guān)鍵，在晶格失配的藍(lán)寶石或SiC上生長(zhǎng)的GaN薄膜是由許多尺度約1μm的六方晶粒組成的柱狀材料，位錯(cuò)密度高達(dá)10⁹/cm2。

第二、在提高LEDs出光效率時(shí)需要面對(duì)的一個(gè)重要的問(wèn)題就是內(nèi)部全反射(TIR)。GaN和空氣的折射系數(shù)分別是2.5和1，InGaN/GaN有源層產(chǎn)生的光能夠傳播出去的臨界角約僅為23°，被內(nèi)反射回來(lái)的光反復(fù)的在半導(dǎo)體/外部介質(zhì)界面處或被平面反射鏡中間傳播。由于晶面損失和活性區(qū)的再吸收，導(dǎo)致出光效率降低，這大大限制了GaN基發(fā)光二極管的外量子效率。

為了降低缺陷密度，提高GaN外延層的晶體質(zhì)量，有人采用側(cè)向外延過(guò)生長(zhǎng)技術(shù)簡(jiǎn)稱ELOG或ELO外延生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的GaN外延薄膜，即在C面藍(lán)寶石上生長(zhǎng)厚1-2μm的GaN，再在GaN上淀積一層SiO2、SiC或SiN非晶薄膜做掩模，并用標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝制作條形或其他形狀的窗口，再進(jìn)行GaN的二次外延，窗口區(qū)的GaN成為籽晶，在非晶掩模上不發(fā)生外延，當(dāng)外延GaN足夠厚時(shí)，窗口區(qū)GaN的橫向外延將覆蓋掩模，掩模上方的GaN的位錯(cuò)密度明顯降低。

在提高LED的出光效率方面也有很多人做了大量很有成效的工作，比有人利用激光輻照的方法在傳統(tǒng)的GaN基發(fā)光二極管上部p-GaN表面形成納米級(jí)粗糙層，經(jīng)過(guò)表面粗化后，p-GaN表面的粗糙度由2.7nm增加到了13.2nm。結(jié)果顯示，采用表面粗化處理的器件的在加20mA電流時(shí)，亮度提高了25％。還有人利用表面粗化來(lái)提高出光效率做了研究，主要利用的方法包括表面粗化、晶片鍵合和激光襯底剝離技術(shù)等。

現(xiàn)有的以上各種方法都只是單一的改善了LED的某項(xiàng)性能，要不提高了GaN晶體質(zhì)量，要不提高了GaN基LED的光提取效率，不能同時(shí)改善GaN外延晶體質(zhì)量差和GaN發(fā)光器件出光效率低的問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種圖形襯底的GaN基LED外延片，該外延片的GaN晶體質(zhì)量好，制得的LED出光效率高。

本發(fā)明的另一目的是提供一種圖形襯底的GaN基LED外延片的制備方法。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，提供一種圖形化襯底的GaN基LED外延片，包括襯底、及該襯底上形成的非摻雜本征GaN層、N型GaN層、InGaN/GaN多量子阱有源層和P型GaN層，其中：所述的襯底上還包括DBR反射層，該DBR反射層是由兩種折射率不同的材料周期交替生長(zhǎng)的層狀結(jié)構(gòu)，該層狀結(jié)構(gòu)的反射層在襯底上形成相間隔的至少兩個(gè)圖形結(jié)構(gòu)。

所述的圖形結(jié)構(gòu)是條形、正六邊形、正方形、正三角形或菱形。

所述的圖形結(jié)構(gòu)之間的距離為2-20微米。

所述的圖形結(jié)構(gòu)的寬度為2-20微米。

所述的DBR反射層由SiO₂與SiON或SiC與SiN₄周期交替形成；該SiO₂與SiON或SiC與SiN₄交替循環(huán)次數(shù)為3-20次。

所述的DBR反射層每一層的厚度為50-100納米。

本發(fā)明還提供一種圖形化襯底的GaN基LED外延片的制備方法，該方法包括下列步驟：

(1)采用等離子增強(qiáng)的化學(xué)氣相沉積法在襯底上鍍DBR反射層；

(2)利用光刻技術(shù)在該鍍了DBR反射層結(jié)構(gòu)的襯底上光刻出圖形結(jié)構(gòu)；

(3)取出圖形化襯底，再用去離子水沖洗3-60分鐘，得到圖形化襯底；

(4)采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積法在900-1200℃在氫氣環(huán)境下對(duì)圖形襯底進(jìn)行預(yù)處理；