[发明专利]一种提高GaN基LED亮度的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种发光二极管(LED)的制造工艺，特别涉及一种提高GaN基LED亮度的方法。

背景技术

GaN基III-V族氮化物是重要的直接带隙的宽禁带半导体材料。GaN基材料具有优异的机械和化学性能，优异的光电性质，室温下其带隙范围从0.7eV(InN)到6.2eV(AlN)，发光波长涵盖了远红外，红外，可见光，紫外光，深紫外，GaN基材料在蓝光，绿光，紫光及白光二极管等光电子器件领域有广泛的应用背景。

为了获得高亮度的LED，关键要提高器件的内量子效率和外量子效率。芯片光提取效率是限制器件外量子效率的主要因素，其主要原因是外延材料、衬底材料以及空气之间的折射率差别较大，导致有源区产生的光在不同折射率材料界面发生全反射而不能导出芯片。目前已经提出了几种提高芯片光提取效率的方法，主要包括：1)采用诸如倒金字塔等的结构改变芯片的几何外形，减少光在芯片内部的传播路程，降低光的吸收损耗；2)采用诸如谐振腔或光子晶体等结构控制和改变自发辐射；3)采用表面粗化方法，使光在粗化的半导体和空气界面发生漫射，增加其投射的机会；4)利用倒转焊技术等技术手段。

近几年GaN基蓝光LED的量子效率获得重大提高，但是由于GaN的折射率较高，有源层发出的光因为全反射的关系，只有少部分能够发射出来形成有效发光。为了进一步提高GaN基LED的亮度，本发明的发明人在LED领域进行了广泛深入的研究，终有本发明的产生。本发明的方法可以通俗的概括为“界面粗化”，通过形成粗化表面，减弱GaN表面对有源区发光的全反射，从而提高GaN基LED的亮度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种提高GaN基LED亮度的方法，通过腐蚀蓝宝石衬底、粗化蓝宝石衬底与GaN的界面，从而提高LED亮度。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种提高GaN基LED亮度的方法，通过在蓝宝石衬底上依次生长非掺杂GaN层及半导体外延层制作LED，所述半导体外延层至少包括N型GaN层、P型GaN层，以及位于所述N型GaN层和P型GaN层之间的有源层，其特征在于：

在所述蓝宝石衬底上生长非掺杂GaN层包括如下步骤：

步骤一、金属有机物化学气相淀积系统中，在没有活性氮源的气氛下通入三甲基镓，在蓝宝石衬底上形成一层金属层；

步骤二、停止通入三甲基镓，高温处理表面附有所述金属层的蓝宝石衬底，温度为900-1100℃；

步骤三、通入氨气进行氮化，然后同时通入三甲基镓和氨气，生长非掺杂GaN牺牲层；

步骤四、同时停止通入三甲基镓和氨气，再次进行高温处理，温度为900-1100℃；

步骤五、通入三甲基镓和氨气，生长所述非掺杂GaN层。

其中，步骤一中，在氢气气氛下生长所述金属层；此时，反应室温度为800-1000℃，反应室压力为200-600torr，三甲基镓流量为43μmol/min-430μmol/min，生长的时间为0.5-5分钟。

步骤二中，在氢气气氛下进行所述高温处理，高温处理的时间为3-30分钟，这一过程会对蓝宝石衬底形成腐蚀效果。

步骤三中，生长的非掺杂GaN牺牲层厚度为100-200nm。

步骤一和步骤二可以反复循环进行2-10次，作为优选方案。

相比于传统工艺，本发明通过在蓝宝石和GaN界面形成粗化结构，以达到提高出光效率的目的。其中，本发明腐蚀衬底的工艺分为两步，通过采用三甲基镓分解腐蚀衬底和GaN牺牲层分解腐蚀衬底相结合的方法提高腐蚀密度和均匀性，得到比较均匀的、衬底与GaN的粗化界面，从而减少光在GaN层的全反射，提高出光效率。

附图说明

图1是传统GaN基LED的部分结构示意图。

图2是高温处理表面附有金属层的蓝宝石衬底后的表面形貌图。

图3是高温处理表面仅附有非掺杂GaN牺牲层的蓝宝石衬底后的表面形貌图。

图4是采用本发明方法步骤一至三后的表面形貌图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的具体实施步骤，为了示出的方便附图并未按照比例绘制。