[發(fā)明專利]一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片及其制造方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201010241754.8
• 申請日: 2010-08-02
• 公開（公告）號: CN102255020A
• 公開（公告）日: 2011-11-23
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王鋼;王孟源;童存聲;雷秀錚;江灝
• 申請（專利權(quán)）人: 中山大學(xué)佛山研究院;佛山市中昊光電科技有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12
• 代理公司: 深圳市惠邦知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 44271
• 代理人: 趙彥雄

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法，特別涉及一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。

背景技術(shù)

氮化鎵發(fā)光二極管（GaN?LED）作為實現(xiàn)固態(tài)照明的核心器件，自問世以來其技術(shù)發(fā)展很快，但是為了快速推廣固態(tài)照明的應(yīng)用，仍然需要在大幅度降低生產(chǎn)成本同時提高GaN??LED的性能。自從美國的旭明光電（SemiLEDs）推出基于激光剝離技術(shù)而實現(xiàn)的垂直結(jié)構(gòu)LED芯片以來，目前已證明垂直結(jié)構(gòu)LED芯片具有非常優(yōu)秀的電流擴(kuò)展特性、優(yōu)良的散熱效果、良好的抗靜電能力，以及很高的外量子效率，因而能夠?qū)崿F(xiàn)更高的流明效率和更可靠、更長的器件壽命。

目前主要有四種方法能夠?qū)崿F(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED技術(shù)。第一種方法是SemiLEDs提出的激光剝離藍(lán)寶石法，但因其所需的激光剝離設(shè)備十分昂貴，而且工藝復(fù)雜、控制困難，導(dǎo)致良品率不高。第二種方法是使用機械研磨方式去除藍(lán)寶石或是碳化硅（SiC）襯底，但是SiC襯底的硬度十分大，而又由于外延層很薄，導(dǎo)致機械研磨剝離過程的良率不高，而且成本昂貴。第三種方法是先使用機械研磨法使藍(lán)寶石、Si（硅）或是SiC襯底減薄，然后對襯底進(jìn)行打洞，深入到N型GaN，制造電極實現(xiàn)垂直結(jié)構(gòu)器件。該方法雖然避開了前兩種完全剝離技術(shù)所引起的工藝難度大、成本高的問題，但是因仍保留一部分襯底，導(dǎo)致出光效率并不能充分體現(xiàn)出垂直結(jié)構(gòu)的特點，整體而言性價比不高。第四種是有文獻(xiàn)報道的用所謂外延犧牲層（比如金屬或是其它介質(zhì)材料）來生長GaN。但是根據(jù)GaN的材料生長特性，要求外延犧牲層具有非常好的晶格匹配和熱化學(xué)穩(wěn)定性，因此如何選擇合適的外延犧牲層材料以及制造工藝，是當(dāng)前研究的熱點前沿。

綜上所述，現(xiàn)有垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管及其制造方法需要改進(jìn)，而垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的關(guān)鍵又在于垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之一是提供一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片，包括襯底，以及順序覆著在襯底一側(cè)的ZnO緩沖層、GaN成核層、高溫GaN層、N型GaN層、MQW發(fā)光層和P?型GaN層；所述ZnO緩沖層的厚度為50至5000nm；ZnO緩沖層的材料為未參雜的ZnO，或者摻入了金屬Ga、Al、In中任意一種或者兩種，或者Ga、Al、In三種的ZnO。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題之二是相應(yīng)的提供一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管外延片的制造方法。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片的制造方法，包括如下步驟：

S1）、選取襯底并在襯底上生長緩沖層：選擇藍(lán)寶石片、硅片、碳化硅片、石英玻璃片中的一種作為襯底，并利用外延設(shè)備在所選襯底的一側(cè)表面生長出一層ZnO薄膜作為緩沖層；

S2）、緩沖層預(yù)處理：對緩沖層進(jìn)行預(yù)處理，為后續(xù)GaN外延生長打好基礎(chǔ)；

S3）、生長GaN成核層：在緩沖層的外側(cè)生長出GaN成核層，為后續(xù)高溫GaN層外延生長提供基礎(chǔ)；

S4）、生長高溫GaN層：在GaN成核層的外側(cè)生長出高溫GaN層；

S5）、多量子阱LED全結(jié)構(gòu)的生長：在高溫GaN層外側(cè)依次生長出N?型GaN層、多量子阱發(fā)光層、P型GaN層制造出垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED外延片。

本發(fā)明的有益效果是：

采用了本發(fā)明一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片的制造方法技術(shù)方案生產(chǎn)一種垂直結(jié)構(gòu)氮化鎵發(fā)光二極管的外延片，利用了ZnO與GaN的晶格幾乎完全匹配的特性，ZnO作為GaN生長的緩沖層，有效消除GaN成核層生長時的晶向偏轉(zhuǎn)，使生長的垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED外延片具有低的位錯密度，能夠獲得質(zhì)量完美的GaN外延薄膜，因而提高了外延材料的質(zhì)量；此外，ZnO是雙性金屬氧化物，易被酸堿腐蝕而自剝離，可大大降低后續(xù)剝離襯底的成本；所以采用本發(fā)明技術(shù)方案垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED外延片的制造方法制造垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED外延片及垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED芯片，能夠獲得更高的良品率，以及更低的生產(chǎn)成本。

附圖說明

圖1是本發(fā)明具體實施方式中垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明具體實施方式中制造垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED外延片的主要步驟流程圖。

圖3是本發(fā)明具體實施方式在藍(lán)寶石襯底上生長垂直結(jié)構(gòu)GaN?LED?XRDRockingCurve搖擺曲線圖。