[发明专利]Si衬底GaN基发光二极管外延片及其制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种Si衬底GaN基发光二极管外延片及其制作方法。

背景技术

当今发光二极管的应用已经遍布于显示屏、背光源、交通信号灯、景观灯、照明等各个领域。发光二极管芯片是发光二极管的核心组件，发光二极管芯片包括外延片和设于外延片上的电极。外延片包括衬底以及在衬底上依次生长的成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层。

目前发光二极管芯片的外延片一般是由GaN材料制成，且普遍采用异质外延的方式进行生长。GaN基发光二极管外延片最常用的衬底有蓝宝石、SiC和Si。由于蓝宝石衬底热导率差，在蓝宝石衬底上生长的外延材料，不适宜用来制作高温大功率器件；SiC衬底成本高尺寸小，难以大规模使用；而Si衬底价格低，制作工艺成熟，尺寸大，热导率高，易解理。因此采用Si衬底异质外延生长GaN基发光二极管外延片有明显的优势。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

Si衬底具有较窄的禁带宽度和较大的折射率，其光的透过率和反射率低，从多量子阱层发射到Si衬底的光容易被Si衬底吸收，为了保证Si衬底GaN基发光二极管的出光率，在后期的芯片工艺制作过程中，需要将Si衬底剥离来提高发光效率，这增加了芯片工艺的工序和成本；Si衬底剥离后，GaN外延层较薄，在芯片工艺制作过程中易碎片，且GaN材料作为底层容易漏电，为此需要将Si衬底GaN基发光二极管芯片作成倒装结构，以故Si衬底不能用来制做正装结构的芯片。

发明内容

为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种Si衬底GaN基发光二极管外延片及其制作方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种Si衬底GaN基发光二极管外延片的制作方法，所述方法包括：

提供Si衬底；

在所述Si衬底上生长反光层，所述反光层为多周期结构，每个周期包括TiO₂层和生长在所述TiO₂层上的SiO₂层；

将顶层的SiO₂层中一部分厚度的SiO₂碳化成SiC；

在碳化后的所述SiO₂层上依次层叠生长成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层。

优选地，所述将顶层的所述SiO₂层中一部分厚度的SiO₂碳化成SiC，具体碳化温度为1000℃～1600℃。

进一步地，所述多周期结构的周期数为30～100。

优选地，每个周期的所述TiO₂层的厚度为30～80nm，每个周期的所述SiO₂层的厚度为40～90nm。

进一步地，所述一部分厚度为1～5nm。

另一方面，本发明实施例还提供了一种Si衬底GaN基发光二极管外延片，所述外延片包括Si衬底以及在所述Si衬底上依次生长的反光层、成核层、不掺杂的GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，所述反光层为多周期结构，每个周期包括TiO₂层和生长在所述TiO₂层上的SiO₂层，且顶层的所述SiO₂层中一部分厚度的SiO₂碳化成为SiC。

优选地，所述多周期结构的周期数为30～100。

优选地，每个周期的所述TiO₂层的厚度为30～80nm，每个周期的所述SiO₂层的厚度为40～90nm。

进一步地，所述一部分厚度为1～5nm。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在Si衬底上生长反光层，反光层为多周期结构，每个周期包括TiO₂层和生长在TiO₂层上的SiO₂层，且顶层的SiO₂层中一部分厚度的SiO₂碳化成为SiC，因此该反光层可以将从多量子阱层射向Si衬底的光反射回去，避免了这些光被Si衬底吸收，从而在能保证Si衬底GaN基发光二极管出光率的同时，不用剥离Si衬底，这一方面简化了芯片制作工艺的工序和成本，另一方面不会导致在芯片制作工艺过程中芯片碎片和漏电，因此Si衬底可以用来制作正装结构的芯片。

附图说明