[发明专利]网格状分立的发光二极管外延片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种网格状分立的发光二极管外延片及其制造方法，尤其是网格状分立的氮化镓基发光二极管外延片结构及其制造方法。

背景技术

发光二极管(LED)制造过程中一个核心的技术是半导体材料的外延生长。它决定了芯片各项光电参数的一致性和稳定性。目前，依托四元AlGaInP体系的红黄光LED芯片通常采用金属有机物气相外延(MOCVD)的方法制备(参考H.Sugawara等人美国发明专利Semiconductor light emitting device，专利号为5,153,889)，其外延片的尺寸工业水平已经达到3英寸。而AlGaInN体系的蓝绿光LED芯片外延目前还是处于2英寸水平(参考K.Manabe等人美国发明专利Method for manufacturing agallium nitride group compound semiconductor，号码6,984,536)。通常采用的衬底是蓝宝石和碳化硅。蓝绿光LED外延采用更大尺寸的衬底挑战主要在于如何解决材料生长的均匀性问题。材料生长的均匀性分三个层面来理解，一是每个片子上的参数均匀性；二是每个生长炉次中片与片之间的均匀性；三是不同炉次间的均匀性。这里主要关心的是单一外延片上的均匀性。它的影响因素主要有两方面，一是生长过程中衬底加热的均匀性；二是表面源气体气流的均匀性。衬底加热的均匀很大程度上受外延生长过程中外延片的应力状态影响。在采用MOCVD生长层状的InGaN/GaN多层芯片结构的过程中，外延片一般会因为处于应力状态而发生翘曲。应力来源主要有两种：一是外延过程层与层之间温度变化引入的热膨胀系数失配应力；另一种是外延材料在生长过程中晶体结构的渐变导致的应力。如图1所示在传统外延片制作过程中出现的一种情况，由于外延衬底12是通过与加热基座11接触导热的，所以应力导致的圆片翘曲现象会使得外延衬底12的加热温度不均匀。而且采用越大尺寸的外延衬底12，衬外延底12内外圈温差会越大，生长的外延层13材料均匀性也就越差。这容易导致圆片总有部分区域的芯片参数规格不符合要求，因此大大限制了大尺寸外延衬底12的良品率。此外，外延片处于较大的应力状态会在后续芯片制程中影响产品的成品率。主要体现在外延衬底12减薄时，外延片应力容易使减薄后的外延衬底12出现破裂问题，对成品率和后续测试分拣工程的效率影响很大。因此，外延生长低应力材料的方法是LED制造的一项关键技术。

发明内容

本发明旨在解决上述外延衬底与外延层之间应力导致的问题，提供一种可以消除外延层应力的GaN基LED材料外延方法，采用该方法可以形成网格状分立的发光二极管外延片，以此提升芯片材料的均匀性和良品率，从而为进一步扩大外延衬底尺寸提供解决方案。

本发明的GaN基LED材料外延方法的关键是采用网格状区块隔离的衬底，通过MOCVD方法制备块状分立的LED外延层。由于外延层是区块状的，其与衬底间的应力得到显著降低。因此，材料生长时衬底的加热均匀性得到改善，这将明显提升发光半导体材料的均匀性。所述网格状分立的GaN基LED外延片结构包含：一外延衬底；一网格状掩模层，设置在所述外延衬底上；一外延层，设置在所述外延衬底上的所述网格状掩模层之间。

比较好的是，所述外延层为氮化镓层。

比较好的是，所述掩膜层的厚度范围在5×10²～5×10⁴埃。

比较好的是，所述网格状掩模层的网格包括正方形、长方形、菱形和正六边形。

比较好的是，所述的网格状掩膜层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属钨。

本发明提供的网格状分立的发光二极管外延片的制造方法，包括：步骤一，在外延衬底上沉积一掩膜层；步骤二，在所述掩膜层上制作一呈网格状光刻胶层；步骤三，去除所述网格状光刻胶层的网格间的掩模层；步骤四，去除所述网格状光刻层，留下掩膜层；步骤五，在暴露出的所述外延衬底上沉积一外延层。

比较好的是，所述外延层为氮化镓层。

比较好的是，所述掩膜层的厚度范围在5×10²～5×10⁴埃。

比较好的是，所述网格状掩模层的网格包括正方形、长方形、菱形和正六边形。

比较好的是，所述的网格状掩膜层的材料包括二氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、金属钨。

本发明以此可以提升外延芯片的光电参数均匀性，为实现更大尺寸的圆片外延提供基础。

附图说明