一種GaN基LED外延片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基LED外延片的制備方法，該方法包括：在藍寶石平面襯底上生長一層u-GaN層材料；在所述u-GaN層材料上依次生長InGaAlN多層結(jié)構，其中所述InGaAlN多層結(jié)構包括n型GaN層，p型GaN層以及位于n型層和p型層之間的多量子阱發(fā)光層。其中采用濕法粗化法對所述u-GaN層或n型GaN層進行粗化，達到提高光提取效率的目的，并且降低生產(chǎn)成本。
【專利說明】—種GaN基LED外延片的制備方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及半導體光電器件領域，具體涉及一種GaN基LED外延片的制備方法。

【背景技術】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de,簡稱LED)是一種低壓直流驅(qū)動的電致發(fā)光固態(tài)光源，它具有色純度高，響應速度快，體積小，可靠性好，環(huán)保等優(yōu)點。近幾年來，LED無疑成為最受重視的光源技術之一。
[0003]目前，一般采用藍寶石襯底的外延片來制備高效率的GaN基LED。如何提高GaN基LED的發(fā)光效率是一直以來的研究重點。LED的發(fā)光效率主要有兩方面因素:內(nèi)量子效應和外量子效應。隨著外延生長技術和多量子阱結(jié)構的發(fā)展，GaN基LED的內(nèi)量子效率已經(jīng)有了非常大的提高。因此，進一步大幅度提高內(nèi)量子效率的可能性不大。而相對于內(nèi)量子效率，普通GaN基LED的外量子效率較低，這是由于GaN與空氣的折射率相差很大，GaN與空氣界面的全反射臨界角較小，在有源區(qū)產(chǎn)生的光僅有一小部分可以射出到空氣中。通過透明接觸層、倒金字塔結(jié)構、倒裝芯片、垂直結(jié)構、表面粗化、布拉格反射層(DBR)結(jié)構、光子晶體及藍寶石圖形化襯底(Patterned Sapphire Substrate,簡稱PSS)技術能夠有效的提高芯片的光提取效率。PSS技術和表面粗化技術是目前普遍被看好的技術。PSS技術具有能夠降低外延層應力，改善晶體生長性能，增加GaN/藍寶石接觸面逸出角等優(yōu)勢，但是PSS對圖像的規(guī)則度要求很高，如果制作出的圖形高低有差異，反而會影響外延質(zhì)量，造成外延缺陷。并且因為藍寶石襯底比較堅硬，無論是干法刻蝕還是濕法刻蝕，整片圖形做好一致性、均勻性都有一定的難度，制作過程對設備和工藝要求很高，導致成本偏高。表面粗化分為濕法粗化和干法粗化兩種，干法粗化是通過掩膜掩蔽，采用ICP刻蝕GaN材料表面達到粗糙化的效果，但干法粗化存在無法準確控制掩膜尺寸和均勻性的缺點，導致表面粗化的效果不一致，光提取效率的提高不均勻。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明所要解決的技術問題是:提供一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，該方法能提高光提取效率，并且降低生產(chǎn)成本。
[0005]為了解決本發(fā)明的技術問題，本發(fā)明的一個實施例提供一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，該方法包括在藍寶石平面襯底上生長一層U-GaN層材料，該方法還包括在所述U-GaN層材料上依次生長InGaAlN多層結(jié)構，其中所述InGaAlN多層結(jié)構包括η型GaN層，P型GaN層以及位于η型層和ρ型層之間的多量子阱發(fā)光層，其中采用濕法粗化法對所述U-GaN層或η型GaN層進行粗化。
[0006]優(yōu)選的，所述濕法粗化方法為化學腐蝕法。
[0007]優(yōu)選的，所述化學腐蝕法的腐蝕液為下列酸性溶液的至少一種:H2S04、HF、HCL、H3PO4' HNO3、CH3COOHo
[0008]優(yōu)選的，所述化學腐蝕法的腐蝕液為下列堿性溶液的至少一種:K0H、Na0H、NH40H。
[0009]本發(fā)明的另一個實施例中，所述濕法粗化法為光電化學氧化和蝕刻法。
[0010]優(yōu)選的，所述光電化學氧化和蝕刻法為在具有水溶液系統(tǒng)，照明系統(tǒng)以及電偏置系統(tǒng)中執(zhí)行，水溶液為氧化劑與酸溶液的組合，照明系統(tǒng)為紫外燈系統(tǒng)。
[0011]優(yōu)選的，所述光電化學氧化和蝕刻法的氧化劑為下列溶液的至少一種:h2o2、
K2S2O8。
[0012]優(yōu)選的，所述光電化學氧化和蝕刻法的酸溶液為下列溶液的至少一種:H2S04、HF、HCL、H3PO4、HNO3、CH3COOH。
[0013]本發(fā)明還提供一種GaN基LED外延片，其結(jié)構自下而上依次為藍寶石襯底、低溫GaN緩沖層、U-GaN層、η型風化嫁層、多星子講層、P型慘雜GaN層、ρ型風化嫁層、聞慘雜的ρ-型GaN電極接觸層，其特征在于所述U-GaN層或η型氮化鎵層經(jīng)過濕法粗化處理，粗化后表面形成一層多孔洞結(jié)構。
[0014]本發(fā)明的有益效果:
與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明提供一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，該方法通過對在平片上生長的U-GaN層或η型GaN層進行濕法粗化處理，使LED外延片的外量子效率提高，從而提高LED的出光效率。本發(fā)明制得的LED其出光效率接近PSS生產(chǎn)的LED，其生產(chǎn)工藝比較簡單，降低了生產(chǎn)成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是外延片主要結(jié)構示意圖:
101:藍寶石襯底；
102:低溫GaN緩沖層；
103:u-GaN 層；
104:多孔洞結(jié)構；
105:n型氮化鎵層；
106:多量子阱層；
107:p型摻雜GaN層；
108:p型氮化鎵層；
109:高摻雜的ρ-型GaN電極接觸層。

【具體實施方式】
[0016]實施例1
提供一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，包括如下步驟:
將(0001)晶向的無圖形化的藍寶石襯底放入MOCVD反應室中，然后在H2環(huán)境中升溫至1050°C，穩(wěn)定10分鐘，對襯底進行高溫凈化。降溫至550°C，保持壓強為500乇，生長一層厚度為20nm的低溫GaN緩沖層。升溫至1050°C，生長Ium厚的U-GaN層。從反應室中取出，用化學腐蝕法對U-GaN層進行粗化處理，腐蝕液為Κ0Η，腐蝕液溫度為100°C，腐蝕時間為120S，腐蝕后的U-GaN層的上表面形成深度為0.2um的多孔洞結(jié)構。放入MOCVD反應室內(nèi)，升溫至1050°C，保持壓強為200乇，在粗化后的U-GaN層上生長3um厚的η型GaN層。在隊環(huán)境中生長12個周期的多量子阱層，GaN壘層:厚度為13nm，生長溫度為850°C;InGaN阱層:厚度為2nm，生長溫度為760°C。升溫至1000°C生長60nm厚的ρ型摻雜GaN層。降溫至980°C生長160nm厚的ρ型GaN層。繼續(xù)生長25nm厚的高摻雜ρ型GaN電極接觸層。降至室溫，生長結(jié)束。
[0017]本實施例制備的氮化鎵基LED外延片的光提取效率比平片不粗化的LED外延片高50%。
[0018]實施例2
提供一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，包括如下步驟:
采用氫化物氣相外延(Hydride Vapor Phase Epitaxy,簡稱HVPE)生長技術在藍寶石襯底上依次生長一層厚度為20nm的低溫GaN緩沖層和Ium厚的U-GaN緩沖層。然后采用光電化學氧化和蝕刻法對U-GaN層進行粗化。光電化學氧化和蝕刻處理在具有水溶液系統(tǒng)，照明系統(tǒng)以及電偏置系統(tǒng)中執(zhí)行，水溶液為氧化劑H2O2與酸溶液&504的組合，照明系統(tǒng)為紫外燈系統(tǒng)，照明以小于200mw/cm2的強度暴露在U-GaN層上，電壓控制在-10與+1V之間。粗化后的U-GaN層的上表面形成深度為0.5um的多孔洞結(jié)構。放入MOCVD反應室內(nèi)，升溫至1050°C，保持壓強為200乇，在粗化后的U-GaN層上生長3um厚的η型GaN層。在N2環(huán)境中生長12個周期的多量子阱層，GaN壘層:厚度為13nm，生長溫度為850°C ;InGaN阱層:厚度為2nm，生長溫度為760°C。升溫至1000°C生長60nm厚的ρ型摻雜GaN層。降溫至980°C生長160nm厚的ρ型GaN層。繼續(xù)在980°C生長25nm厚的高摻雜ρ型GaN電極接觸層。降至室溫，生長結(jié)束。
[0019]本實施例制備的氮化鎵基LED外延片的光提取效率比平片不粗化的LED外延片光提取效率有所提聞。
[0020]實施例3
提供一種氮化鎵基LED外延片的制備方法，包括如下步驟:
采用刻蝕法依次刻蝕掉LED外延報廢片上的ρ型層和發(fā)光層，并保留表面平整的η型層。用化學腐蝕法對η型層進行粗化處理，腐蝕液為Κ0Η，腐蝕液溫度為100°C，腐蝕時間為120S，腐蝕后的η型層的上表面形成深度為0.2um的多孔洞結(jié)構。放入MOCVD反應室內(nèi)，在N2環(huán)境中生長12個周期的多量子阱層，GaN壘層:厚度為13nm，生長溫度為850°C ;InGaN阱層:厚度為2nm，生長溫度為760°C。升溫至1000°C生長60nm厚的ρ型摻雜GaN層。降溫至980°C生長160nm厚的ρ型GaN層。繼續(xù)在980°C生長25nm厚的高摻雜ρ型GaN電極接觸層。降至室溫，生長結(jié)束。
[0021 ] 本實施例制備的氮化鎵基LED外延片的光提取效率比平片不粗化的LED外延片光提取效率顯著提高，并降低了生產(chǎn)成本。
[0022]以上所述，僅為本發(fā)明中的【具體實施方式】，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉該技術的人在本發(fā)明所揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到的變換或替換都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應該以權利要求書的保護范圍為準。
【權利要求】
1.一種GaN基LED外延片的制備方法，包括: 在藍寶石平面襯底上生長一層u-GaN層材料； 在所述u-GaN層材料上依次生長InGaAIN多層結(jié)構，其中所述InGaAIN多層結(jié)構包括η型GaN層，p型GaN層以及位于η型層和ρ型層之間的多量子阱發(fā)光層； 其特征在于采用濕法粗化法對所述u-GaN層或η型GaN層進行粗化。
2.根據(jù)權利要求1所述的GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于采用化學腐蝕法進行粗化。
3.根據(jù)權利要求2所述的GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于化學腐蝕液包括但不限于下列酸性溶液的至少一種:H2S04、HF、HCL、Η3Ρ04、ΗΝ03。
4.根據(jù)權利要求2所述的GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于化學腐蝕液包括但不限于下列堿性溶液的至少一種:KOH、NaOH、NH40H。
5.根據(jù)權利要求1所述的GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于采用光電化學氧化和蝕刻法進行粗化。
6.根據(jù)權利要求5所述的GaN基LED外延片的制備方法,其特征在于光電化學氧化和蝕刻處理在具有水溶液系統(tǒng)，照明系統(tǒng)以及電偏置系統(tǒng)中執(zhí)行，水溶液為氧化劑與酸溶液的組合，照明系統(tǒng)為紫外燈系統(tǒng)。
7.根據(jù)權利要求6所述的GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于氧化劑包括但不限于下列溶液的至少一種:H202、K2S208。
8.根據(jù)權利要求6所述的GaN基LED外延片的制備方法，其特征在于酸溶液包括但不限于下列溶液的至少一種:H2S04、HF、HCL、H3P04、HN03、CH3C00H。
9.一種使用GaN基LED外延片的制備方法制備的GaN基LED外延片，其結(jié)構自下而上依次為藍寶石襯底、低溫GaN緩沖層、u-GaN層、η型氮化鎵層、多量子阱層、ρ型摻雜GaN層、P型氮化鎵層、高摻雜的P-型GaN電極接觸層，其特征在于所述u-GaN層或η型氮化鎵層經(jīng)過濕法粗化處理，粗化后表面形成一層多孔洞結(jié)構。
【文檔編號】H01L33/00GK104253179SQ201310262473
【公開日】2014年12月31日 申請日期:2013年6月28日 優(yōu)先權日:2013年6月28日
【發(fā)明者】陳振 申請人:晶能光電（江西）有限公司