一種發(fā)光表面有周期性圖案的高光效倒裝led的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及LED生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域，特別是氮化物L(fēng)ED外延/芯片制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]LED因具有體積小，壽命長(zhǎng)，功耗低，亮度高，易集成等諸多優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是21世紀(jì)最有前景的發(fā)光器件。
[0003]目前的氮化物L(fēng)ED外延制備，大部分均采用異質(zhì)外延的技術(shù)，即在藍(lán)寶石(或者碳化硅、硅等)襯底上外延生長(zhǎng)氮化物材料，特別是圖形化的藍(lán)寶石基底，已在各制造廠商廣泛應(yīng)用。
[0004]由于藍(lán)寶石基底不導(dǎo)電，硬度大等特有的材料性質(zhì)，給后續(xù)LED芯片的制備帶來(lái)了困難，同時(shí)由于圖形化的藍(lán)寶石基底價(jià)格相對(duì)昂貴，不利于制造成本的降低。
[0005]硅襯底由于其尺寸大，易于加工，可導(dǎo)電且價(jià)格低廉，被認(rèn)為是替代藍(lán)寶石襯底的優(yōu)選材料，目前Si上外延氮化物L(fēng)ED —般采用兩種方法:
一種在平面Si上設(shè)計(jì)復(fù)雜的緩沖層結(jié)構(gòu)，譬如高溫A1N緩沖層，低溫A1N緩沖層，變組分的AlGaN緩沖層以及由這些緩沖層構(gòu)成的多層復(fù)合結(jié)構(gòu)過(guò)渡層，復(fù)雜的過(guò)渡層之后再生長(zhǎng)N型電子供給層，發(fā)光有源層和P型空穴供給層。雖然經(jīng)過(guò)了復(fù)雜的緩沖層設(shè)計(jì)，但由于Si襯底與氮化物材料之間的熱失配和晶格失配，隨著外延厚度的積累，外延表面仍很容易產(chǎn)生龜裂線，且位錯(cuò)密度高，晶體質(zhì)量不足以滿足器件制作需求。
[0006]另外一種方案是在圖案化的Si襯底上生長(zhǎng)氮化物材料，此種方法可制得晶體質(zhì)量較優(yōu)秀的氮化物L(fēng)ED器件，然而光提取效率仍然低下。
[0007]因此，就目前技術(shù)由于硅襯底材料與氮化物材料具有相對(duì)更大的晶格失配和熱失配，使得硅襯底上外延氮化物技術(shù)變得復(fù)雜。同時(shí)由于硅襯底材料會(huì)吸收氮化物有源層發(fā)射的光，硅上外延氮化物材料的技術(shù)一直難以得到各制造廠商的應(yīng)用。硅襯底上生長(zhǎng)出的氮化物材料器件的性能沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明目的是提出一種生產(chǎn)成本低、能克服現(xiàn)有技術(shù)以硅為襯底缺陷的發(fā)光表面有周期性圖案的高光效倒裝LED的制作方法。
[0009]本發(fā)明包括在Si襯底上制作外延層，并制作電極，然后將具有電極的器件倒裝在永久基板上，并去除Si襯底。本發(fā)明的特點(diǎn)是:
先在Si襯底上蒸鍍A1N薄膜，并在A1N薄膜上刻蝕出周期性圖形，所述周期性圖形的凹槽部分為Si襯底，凸起部分為A1N薄膜，然后再制作外延層；所述外延層中的合并層中具有孔洞，各孔洞一一對(duì)應(yīng)于所述具有周期性圖形的凹槽部分；在去除Si襯底時(shí)，采用由等體積的冊(cè)、圓03和CH3C00H混合組成的溶液，露出A1N薄膜和AlGaN層交替的周期圖形表面。
[0010]本發(fā)明通過(guò)在硅襯底上蒸鍍A1N，然后刻蝕出圖形，再在圖形上生長(zhǎng)氮化物材料，最終做成倒裝的LED器件且剝離掉硅襯底，可達(dá)到如下目的:
1、在硅襯底上預(yù)先生長(zhǎng)A1N薄膜，可節(jié)約MOCVD硅上緩沖層的生長(zhǎng)時(shí)間，提高產(chǎn)能，同時(shí)可提尚后續(xù)MOCVD外延氣化物材料的晶體質(zhì)量；
2、在生長(zhǎng)了A1N薄膜的硅基底上刻蝕圖案后，可減小后續(xù)生長(zhǎng)應(yīng)力積累，提高外延晶體質(zhì)量，同時(shí)還無(wú)需復(fù)雜的緩沖層生長(zhǎng)工藝；
3、在圖案化襯底上生長(zhǎng)氮化物材料，通過(guò)外延工藝的控制，可形成孔洞，截?cái)辔诲e(cuò)線，提尚晶體質(zhì)量，同時(shí)孔洞還有助于提尚出光效率；
4、剝離掉硅襯底，做成倒裝的LED器件，可避免硅襯底的吸光，實(shí)現(xiàn)背面出光；
5、剝離掉硅襯底之后，在出光表面上可同時(shí)還原出之前的周期圖案，大大提高背發(fā)射的出光效率。
[0011]因此，本發(fā)明通過(guò)工藝改進(jìn)，使背發(fā)射LED芯片達(dá)到了提高出光效率的效果。
[0012]進(jìn)一步地，本發(fā)明所述A1N薄膜的厚度為10?200 nm。
[0013]所述周期性圖形為條狀圖形，凹槽部分和凸起部分分別為平行的條狀，并且凹槽部分和凸起部分相隔排列，凹槽部分的寬度為500nm?5000nm，凸起部分的寬度為500nm?5000nmo
[0014]所述周期性圖形為點(diǎn)陣圖形，凹槽部分等間距地布置在凸起部分中，凹槽部分的長(zhǎng)度與寬度相同，凹槽部分的長(zhǎng)度與寬度為500nm?5000nm，相鄰的凹槽部分的間距為500nm ?5000nmo
[0015]以上兩種圖形的凹槽寬度和高度影響后續(xù)外延生長(zhǎng)讓AlGaN外延層合并成一個(gè)平面的時(shí)間以及空洞的大小，太小的凹槽寬度和高度無(wú)法在AlGaN合并層中形成孔洞，且位錯(cuò)密度較大，太大的凹槽寬度，將會(huì)加長(zhǎng)AlGaN外延合并成一個(gè)平面的時(shí)間，影響整個(gè)外延制程周期。
[0016]以上兩種圖形的所述凹槽部分的刻蝕深度為500nm?5000nm。
[0017]凸起部分的寬度影響后續(xù)外延層的位錯(cuò)密度，太大的凸起寬度將使得凸起部分中心位置的位錯(cuò)線無(wú)法延伸至空洞處被截?cái)啵苯友由斓胶罄m(xù)的外延生長(zhǎng)層中。
[0018]在制作外延層的合并層時(shí)，以三甲基鋁為鋁源，以三甲基鎵為鎵源，采用50mbar?500mbar的低壓和500?10000的高V / III生長(zhǎng)直至外延表面形成一個(gè)平整的表面。通過(guò)低壓和高V /III的外延生長(zhǎng)條件，可促進(jìn)外延橫向生長(zhǎng)，縮短外延層合并成一個(gè)平面層的時(shí)間，減少整個(gè)外延材料的生長(zhǎng)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。
[0019]更進(jìn)一步地，三甲基鎵的流量恒定不變，三甲基鋁的流量隨著合并層外延生長(zhǎng)時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸變小，并且三甲基鋁的流量與合并層的外延生長(zhǎng)時(shí)間成線性關(guān)系，且通入三甲基鋁的時(shí)間小于整個(gè)合并層生長(zhǎng)時(shí)間的一半。通過(guò)三甲基鋁流量的線性變化，可生長(zhǎng)出A1組分漸變的AlGaN層，避免從A1N層到GaN層外延材料組分的突變。通入三甲基鋁源的時(shí)間小于整個(gè)合并層生長(zhǎng)時(shí)間的一半，可以有效避免太厚的AlGaN層延長(zhǎng)整個(gè)外延層的合并時(shí)間。
[0020]在制作外延層的第一 N型GaN層時(shí)，以N型摻雜，摻雜濃度為:5X1017?5X1018，米用200mbar?600mbar高壓和100CTC?140CTC高溫生長(zhǎng)形成厚度為100?1000 nm的第一 N型GaN層。在生長(zhǎng)外延合并層后，在外延合并處將會(huì)產(chǎn)生一定數(shù)量的位錯(cuò)線并隨著材料外延往上延伸。通過(guò)第一 N型GaN層的高壓高溫生長(zhǎng)，可很大程度上減少位錯(cuò)線的延伸，提尚后續(xù)外延晶體質(zhì)量。
[0021]同時(shí)高溫高壓外延生長(zhǎng)完第一 N型GaN層后，還生長(zhǎng)有AlGaN缺陷阻隔層，該AlGaN層可截?cái)辔诲e(cuò)線，減少位錯(cuò)線往上延伸。
【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明在Si襯底材料上形成的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明廣品結(jié)構(gòu)不意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明在A1N薄膜上刻蝕出的條狀圖形示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明在A1N薄膜上刻蝕出的點(diǎn)陣圖形示意圖。
[0026]圖5為外延生長(zhǎng)合并層時(shí)的A1流量變化控制圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]—種高光效的倒裝LED制備步驟:
1、采用物理氣相沉積(PVD)技術(shù)，在Si襯底材料1的一面蒸鍍10?200 nm厚的A1N薄膜