[發明專利]一種LED外延片及其制造方法

有效

• 申請號: 201310030223.8
• 申請日: 2013-01-25
• 公開（公告）號: CN103078025A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 朱學亮;于洪波
• 申請（專利權）人: 映瑞光電科技（上海）有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 上海思微知識產權代理事務所(普通合伙) 31237
• 代理人: 鄭瑋

技術領域

本發明涉及LED制造技術領域，尤其涉及一種LED外延片及其制造方法。

背景技術

綠色環保是現代照明發展的一個重要趨勢，LED技術的誕生和發展正在引發第二次照明革命。與傳統光源相比，LED具有壽命長、光效高、功耗低、體積小、自由集成等優勢。在戶外顯示、景觀照明、電視背光、室內照明等應用領域逐漸取代傳統光源成為主流。

目前，LED都是采用外延生長的方法制作在襯底上，這是因為自然界中沒有天然的氮化鎵材料。常用的襯底材料有藍寶石、碳化硅(SiC)、硅(Si)等。這其中，藍寶石襯底由于合適的價格、成熟的加工技術，在發光二極管中得到了廣泛的應用，占據了市場中大量的份額。但是藍寶石的熱導率非常低，只有0.5W/cmK，在高電流密度工作下的LED，如果產生的熱量不能迅速從器件傳導出來，將導致器件發光效率降低甚至失效。碳化硅和氮化鎵的晶格常數接近，這兩種材料的晶格失配只有3％，因此在SiC襯底上更容易獲得結晶質量高的GaN材料。但是碳化硅襯底制作成本高、加工相對不成熟，導致價格遠遠高于藍寶石，只有少數幾家LED公司使用。硅襯底價格最便宜，而且硅襯底的生長、加工工藝最成熟，能制作的襯底尺寸最大，因此也是一種潛力較大的襯底。

在硅襯底上外延生長氮化鎵材料的難點在于GaN和硅襯底的熱膨脹系數有很大差異，超過1微米后外延的GaN層從生長時的高溫降低到室溫時會產生很多裂紋，最終導致外延的GaN材料缺陷過多無法使用。而通常在制作藍綠光LED時需要氮化鎵材料的厚度要在3微米以上。針對這個問題，有很多研究者提出了不同的方案：在氮化鎵生長的中間插入一個低溫的氮化鋁層，可以有效消除這種裂紋；但是這種低溫氮化鋁層上面的氮化鎵厚度也有限，只能保證上面的氮化鎵厚度在1微米。通過插入多層低溫AlN層可以提供更厚的無裂紋氮化鎵，但是增加了工藝的復雜程度和成本。另一種方法是預先在硅襯底上制作好與最終LED尺寸相同的圖形，使每一個LED芯片預先分開，也可以降低裂紋的數量，但是也增加了工藝的復雜度和成本。

發明內容

本發明提供一種LED外延片及其制造方法，以解決硅襯底上生長的氮化鎵材料中產生裂紋的問題。

為解決以上問題，本發明提供一種LED外延片的制造方法，包括：

提供襯底；

在所述襯底上生長第一氮化鎵層；

在所述第一氮化鎵層生長應力釋放層；

在所述應力釋放層生長保護層，所述保護層晶格結構與第一氮化鎵層一致；

在所述保護層上生長第二氮化鎵層，同時，所述應力釋放層被分解形成晶格結構被破壞的應力釋放層。

可選的，在生長第一氮化鎵層之前還包括在所述襯底上生長氮化鋁層的步驟。

可選的，在襯底上生長氮化鋁緩沖層前還包括：將襯底在1000℃~1200℃的溫度下，在氫氣環境中烘烤。

可選的，利用MOCVD工藝生長所述氮化鋁緩沖層、第一氮化鎵層、應力釋放層、保護層和第二氮化鎵層。

可選的，所述氮化鋁緩沖層的生長工藝在1000℃~1200℃的溫度下進行，工藝氣體為三甲基鋁和氨氣，生長的氮化鋁緩沖層的厚度為10nm~200nm。

可選的，所述第一氮化鎵層的生長工藝在1000℃~1200℃的溫度下進行，工藝氣體為三甲基鎵和氨氣，生長的第一氮化鎵層的厚度為200nm~1000nm。

可選的，所述應力釋放層的材質為氮化銦鎵。

可選的，所述氮化銦鎵的生長在500℃~800℃的溫度下進行，工藝氣體為三甲基銦、三甲基鎵和氨氣，其中銦的物質的量大于等于銦和鎵總物質的量的10%，生長氮化銦鎵的厚度為200nm~1000nm。

可選的，所述保護層的材質為氮化鋁鎵。

可選的，所述氮化鋁鎵的生長在500℃~800℃的溫度下進行，其中鋁的物質的量大于等于鋁和鎵總物質的量的20%，生長氮化鋁鎵的厚度為100nm~500nm。

可選的，其特征在于，所述第二氮化鎵層的生長工藝在1000℃~1200℃的溫度下進行，工藝氣體為三甲基鋁和氨氣，生長的第二氮化鎵層的厚度為2000nm~10000nm。

本發明的另一面還提供一種LED外延片，利用上述的LED外延片的制造方法形成，包括：襯底、依次生長于所述襯底上的第一氮化鎵層、晶格結構被破壞的應力釋放層、保護層和第二氮化鎵層。

可選的，在所述襯底和第一氮化鎵層間還包括氮化鋁緩沖層。

可選的，所述晶格結構被破壞的應力釋放層的厚度為10nm~1000nm。