[发明专利]一种GaN基LED蓝绿光外延片表面粗化的生长方法

说明书

本发明涉及一种GaN基LED蓝绿光外延片表面粗化的生长方法，在MOCVD设备的反应室中外延生长，包括：(1)处理衬底；(2)在衬底上生长缓冲层；(3)在缓冲层上依次生长非掺杂氮化镓层和N型氮化镓层；(4)在N型氮化镓层上生长多量子阱结构；(5)在多量子阱结构上生长掺镁的铝镓氮层；(6)在铝镓氮层上生长P型掺镁的氮化镓层；(7)在P型掺镁的氮化镓层上生长MgN层；(8)制备P电极、N电极。本发明通过外延手段对GaN基蓝绿光外延片表面进行粗化，来获得不同粗糙度的表面，通过表面的粗化程度，降低全反射，提高出光效率，减少后续的为达到相同目的而进行繁杂的管芯刻蚀工艺，既节约时间又降低生产成本。

技术领域

本发明涉及一种粗化工艺，为提高氮化镓基蓝绿发光二极管发光效率的生长方法，属于光电子技术领域。

背景技术

GaN基蓝绿光发光二极管(LED)已商业化，LED亮度主要取决于有源区内量子效率和光提取效率，LED的内量子效率已经可以达到80％以上，但是，由于低的光提取效率，许多产生于有源区的光子并没有逸出LED，使得外量子效率较低，因此，提高光提取效率是提高LED外量子效率的有效途径。LED的外量子效率很大程度受光提取效率影响，原因是GaN的折射率比较高，GaN的折射率(nGaN)和空气(nair)的折射率分别为2.5和1，根据折射定律得到临界角约为23°，这个临界角使有源区发射的光有很大一部分不能直接发射到空气中，而是要经历多次内反射并最终被LED自身吸收，不但降低发光效率也增加了LED的散热问题。

在表面粗糙的LED器件中，光子由于散射而增加了逸出的机会，从而提高了光提取效率。因此，一种方法就是表面粗化，表面粗化是指将满足全反射定律的光线改变传播方向并使之在另一表面或者反射回原表面时不会被全反射而透过界面，从而起到防反射的功能。表面粗化最早由日亚化学提出，原理是将器件内部和外部的几何形状进行粗化，从而破坏光线在器件内全反射，提高其出光效率。提高光提取效率的方法主要有光子晶体、ITO、倒装结构以及特殊形状芯片等，这些多数是在外延结束后通过后工艺方法(如湿法腐蚀和干法刻蚀GaN表面)来获得粗糙的表面，增加了如光刻等复杂工艺和生产成本，那么需要寻找一种MOCVD在线生长方法，即通过外延生长改变上面P型层形貌获得粗糙的表面，以提高光的提取效率。

为了提高出光效率，表面粗化技术作为一种简单有效的方法在行业内被广泛应用。但是，由于LED表面为GaN构成的高温生长晶体，具有很高的硬度和优良抗腐蚀性能，传统工业的物理粗糙化技术不适用于处理该类物质，业内研究发现等离子体和化学蚀刻法对氮化镓(GaN)晶体能有效进行蚀刻。等离子体对GaN晶体蚀刻速度快，蚀刻能力强，但会对晶体表面产生不可逆转的损伤，工艺不当容易导致晶体出现电学性能的缺陷，最终会导致芯片烧坏报废，化学蚀刻法对晶体表面不存在损伤，缺点为蚀刻速度慢，由于工艺时间长导致表面形态不容易控制。

中国专利文献CN101714594A公开了一种氮化镓基发光二极管外延层表面粗化的方法，该方法通过在外延层表面生长SiOx或SiNx薄膜，在薄膜上涂覆光刻胶并制备掩膜图案，对SiOx或SiNx进行刻蚀，得到图形化的SiOx或SiNx薄膜，并以此为掩膜外延生长P型GaN，从而得到粗化的LED表面。但是，该方法的工艺比较复杂，很容易降低产品的良率；而干法刻蚀或高温腐蚀又会对量子阱造成损伤。

发明内容

本发明针对现有氮化镓发光二极管提高载流子浓度和表面粗化方法存在的一些不足，提出一种能显著提高发光效率的GaN基蓝绿光LED外延片的生长方法，可有效提高LED外延片的发光效率，并且工艺简单，可操作性强，成本较低。

本发明目的在于提供一种GaN基蓝绿光外延片表面粗化的方法，该方法不需要外延后的刻蚀步骤，直接在外延生长过程中实现P型材料表面形貌的粗化。

本发明的技术方案为：

一种GaN基LED蓝绿光外延片表面粗化的生长方法，在MOCVD设备的反应室中外延生长，包括步骤如下：

(1)处理衬底；