[實用新型]一種氮化鎵圖形襯底

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201320298527.8
• 申請日: 2013-05-29
• 公開（公告）號: CN203300686U
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發(fā)明（設計）人: 傅華;吳思;蔡金;王輝;王懷兵
• 申請（專利權）人: 蘇州新納晶光電有限公司
• 主分類號: H01L33/20
• 分類號: H01L33/20
• 代理公司: 南京蘇科專利代理有限責任公司 32102
• 代理人: 陸明耀;陳忠輝

技術領域

本實用新型涉及一種可提高LED發(fā)光效率與光取出效率的氮化鎵圖形襯底，屬于半導體技術領域。

背景技術

GaN材料是第三代半導體材料。當前，進一步降低LED制造成本，提高LED的發(fā)光效率與光取出效率，是LED產業(yè)面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

目前，用于GaN生長最普通的襯底是藍寶石襯底，即三氧化二鋁晶體，其優(yōu)點是化學穩(wěn)定性好、不吸收可見光、價格適中、制造技術相對成熟。為了提高LED的發(fā)光效率，人們通常采用圖形襯底技術，通過在藍寶石襯底表面制備具有細微結構的圖形，然后在這種圖形化的襯底表面進行LED材料外延。

通常PSS襯底的制作方法如下：藍寶石襯底上制作圖形化掩膜，刻蝕藍寶石，去掉掩膜，得到圖形化的藍寶石襯底。

由于藍寶石襯底比較堅硬，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，制作過程對設備和工藝要求很高。由于藍寶石的Al-O鍵鍵能較大，刻蝕困難，一般刻蝕速率只能達到60nm/min，而且圖形形貌較難控制，整片圖形做好一致性、均勻性都有一定難度。而GaN刻蝕速率能達到120nm/min。

而且，在外延生長過程中，PSS蒙古包側壁上n面和r面不可避免地有核島產生，這些成核島在合并的過程中會導致新的位錯出現(xiàn)，而且由于底部區(qū)域GaN側向生長模式，必然導致底部平面地區(qū)產生的位錯會向側壁方向彎轉，位錯向側壁轉向會使得PSS頂部附近容易形成位錯簇，位錯簇使得漏電通道得到較大的擴展，進而器件極易發(fā)生漏電擊穿。

如中國專利200910010921中揭示了一種氮化鎵基LED外延片及其生長方法，通過生長非摻雜GaN層，減少外延層的位錯密度。但外延片的出光效率并沒有大幅度的提高。

實用新型內容

本實用新型的目的解決上述技術問題，提出一種LED圖形襯底。

本實用新型的目的，將通過以下技術方案得以實現(xiàn)：

一種氮化鎵圖形襯底，包括采用氣相外延生長技術，在氣相外延生長反應室里進行熱處理及降溫處理的襯底底層，所述襯底底層上方依次生長有結晶氮化鎵緩沖層、非故意摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層表面設有凹凸的圖形。

優(yōu)選地，所述N型氮化鎵層表面的圖形為刻蝕圖形，所述圖形為圓形、圓柱、三角錐、子彈頭中的一種，所述圖形尺寸為130nm-4um。

本實用新型的有益效果主要體現(xiàn)在：?相對現(xiàn)有技術中在藍寶石襯底上進行刻蝕，N型氮化鎵刻蝕容易，刻蝕速度快，生產效率高，而且可以得到不同形貌、尺寸的圖案，工藝過程容易控制；在N-GaN結構上進行外延生長，避免了晶格失配現(xiàn)象，降低外延層中的位錯密度，避免了器件發(fā)生漏電擊穿現(xiàn)象；圖形化結構接近有源層，能更有效反射從有源區(qū)發(fā)射的光子，大大提高了光提取效率。

附圖說明

圖1是本實用新型的LED外延片平面結構示意圖。

具體實施方式

本實用新型揭示了一種氮化鎵圖形襯底，以下結合圖2具體圖形襯底，一種氮化鎵圖形襯底，包括采用氣相外延生長技術，在氣相外延生長反應室里進行熱處理及降溫處理的襯底底層，其特征在于：所述襯底底層上方依次生長有結晶氮化鎵緩沖層、非故意摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層，所述N型氮化鎵層表面設有凹凸的圖形。

所述N型氮化鎵層表面的圖形為刻蝕圖形，所述圖形為圓形、圓柱、三角錐、子彈頭中的一種，所述圖形尺寸為130nm-4um。

所述氮化鎵圖形襯底的制備方法包括如下步驟：

步驟一、將襯底放入氣相外延生長反應室，在H₂環(huán)境中，1100℃-1200℃條件下，對其進行高溫凈化處理。所述襯底1材料為藍寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氧化鋅中的一種。

步驟二、在襯底1上生長一層非晶氮化物成核層：氮化物成核層的生長溫度為510℃—570℃，生長壓力為400?mbar—800mbar，厚度為20?nm—50nm。

步驟三、在溫度1050-1150℃條件下，將低溫生長的非晶緩沖層通過高溫形成多晶氮化鎵緩沖層。

步驟四、在溫度1000℃-1200℃，生長壓力為200?mbar—800mbar條件下，生長1um-4um厚度的非故意摻雜氮化鎵層2。

步驟五、在溫度1100℃—1200℃，生長壓力100-700mbar條件下，在非故意摻雜氮化鎵層2上生長厚度為2—4um?N型氮化鎵層3；

步驟六、將生長有N型氮化鎵層3的襯底取出，利用光刻或壓印的方法形成目標周期性圖形；