[发明专利]生长具有倒V形粗化表面氮化物LED外延片的方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体光电技术领域，特别是指一种具有粗化表面的氮化物LED外延片的加工技术领域。

背景技术

氮化镓（GaN）基LED作为固态光源一经出现便以其高效、长寿命、环保等优点，被誉为继爱迪生发明电灯后人类照明历史上的第二次革命，成为国际上半导体和照明领域研发和产业关注的焦点。但目前GaN基LED进入通用照明领域，在技术和成本是还面临诸多难题。

目前GaN基LED亮度提高面临的一个主要问题是光效提取问题。GaN的折射率为2.4，空气的折射率为1，电子空穴复合产生的光由于全反射作用有很大一部分无法提取出来，这些光子最终转换成热能，造成亮度下降，同时对LED器件可靠性造成影响。目前可以采用pGaN粗化表面和图形化衬底来增加外量子效率的提取。采用图形化蓝宝石衬底和pGaN粗化表面增加光在LED内部的全反射，进而提高LED的光提取效率。相比于普通的蓝宝石平面衬底，在蓝宝石图形衬底上外延生长GaN基蓝光LED输出功率可以提高30%～100%。采用pGaN表面粗化技术也有类似功效，输出功率也可以提高50%～100%。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可有效提升LED亮度的生长具有倒V形粗化表面氮化物LED外延片的方法。

包括以下步骤：

1）在蓝宝石衬底上，采用金属有机物化学气相沉积法生长一层Al_(x)Ga_(1-x)N高温缓冲层；

其中，x为0~100；

2）升温，使Al_(x)Ga_(1-x)N缓冲层再结晶成核，选择在压力为500～800 mbar和N :Ga摩尔比为800~1200︰1条件下进行GaN外延膜生长，以获得位错密度为1×10⁸ ～1×10⁹cm^-2的u-GaN外延膜；

3）在u-GaN外延膜上依次外延生长LED所需的n-GaN和多量子阱MQWs；

4）在低温高压条件下，于多量子阱MQWs上生长pGaN，以获得具有倒V形的粗化表面。

本发明首先通过优化生长工艺，在蓝宝石衬底上实现高位错密度的GaN外延膜，生长具有倒“V”型粗化表面氮化物LED的方法正在利用密度来实现。这些位错会在MQWs表面释放形成 “V”形坑，生长pGaN时采用的是低温高压生长，低温高压下Ga元素的扩展自由程短，主要以三维生长为主，在生长过程中不容易把“V”形坑填平。因此在生长过程中相当于这些“V”形坑进行释放，进而形成表面为倒“V”形貌的pGaN粗化表面，以获得具有倒“V”形貌粗化表面氮化物LED。 

另，本发明采用蓝宝石图形衬底，相比平面衬底，在蓝宝石图形衬底上生长具有倒“V”形貌粗化表面氮化物LED，亮度会有100%的提升。采用本发明生产的外延片以标准芯片工艺制成芯片，芯片特性测试结果表明，亮度比表面为镜面的LED芯片提高了约100%，同时抗静电特性在2000V通过率大于95%。

另外，本发明步骤1）生长的所述Al_(x)Ga_(1-x)N高温缓冲层的厚度为25～100nm，在所规定的厚度范围内，所形成的GaN外延膜晶体质量最好。

为了保障高温缓冲层的形成，所述步骤1）中生长的温度条件为600～1200℃，压力条件为50～600mbar。

步骤4）的所述pGaN中，N和Ga的摩尔比为500～1200︰1。在这种条件下有利于GaN三维生长，以获得倒”V”形貌的GaN外延膜。

所述步骤4）中生长温度条件为750～1200℃，生长压力条件为400～1000mbar。

所述步骤4）中，所述生长是在750～800℃的低温条件下，在以上所规定的范围内，最有利于GaN三维生长。

所述步骤4）中，所述生长是先750～800℃低温条件下生长2000～4000 s，然后在压力不变的条件下，再升温至1000～1200℃生长200～400s。

所述步骤4）中，采用Mg元素进行P型掺杂，掺杂浓度为1×10¹⁷～5×10¹⁹cm^-3。

步骤4）所述pGaN的厚度为300～800 nm，在以上所规定的范围内，倒”V”形貌的GaN外延膜做出的LED芯片亮度最好。

附图说明

图1为在蓝宝石图形衬底外延生长GaN薄膜的示意图。