CN103325908A

CN103325908A - 一种六角形粗化表面的led外延片的制备方法

Info

Publication number: CN103325908A
Application number: CN2013101978750A
Authority: CN
Inventors: 王敏帅
Original assignee: 王敏帅
Current assignee: Jimei University
Priority date: 2013-05-25
Filing date: 2013-05-25
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2033-05-25
Also published as: CN103325908B

Abstract

本发明公开了一种形成六角形粗化表面的LED外延片的制备方法。该新型的LED外延片的结构从下至上依次为衬底、缓冲层、N-GaN层、量子阱层、及掺杂杂质的粗化P-GaN层或掺杂杂质的盖层，其特点是通过对P-GaN层或盖层掺杂杂质形成六角形粗化表面结构，解决了现有低温或者湿法粗化技术存在的一系列问题和弊端，本发明操作简单，六角形缺陷坑的粗化表面效果明显，更重要的是保持了LED的原有光电性能不变，而且取光效率更高。

Description

一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法

技术领域

本发明涉及一种粗化工艺，特别涉及一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法。

背景技术

新一代照明技术的核心发光二极管(LED，light emitting diode)有着极大的应用前景。不仅在于可以节约能源、减少污染、还具有体积小、寿命长、控制灵活方便等优点。目前，限制LED性能提高的主要原因是光提效率不高，导致亮度不高，发热严重，严重影响了以LED芯片为核心的半导体照明的普及。LED被称为第四代照明光源或绿色光源，具有节能、环保、寿命长、体积小等特点，可以广泛应用于各种指示、显示、装饰、背光源、普通照明和城市夜景等领域。目前，限制LED性能提高的主要原因是取光效率不高，导致亮度不高，发热严重，严重影响了以LED芯片为核心的半导体照明的普及。这些年来，随着半导体照明的不断深入发展，LED以其高电光转换效率和绿色环保的优势受到越来越广泛的关注。半导体照明产品中的核心组成部分LED芯片，其研究与生产技术有了飞速的发展，芯片亮度和可靠性不断提高。在LED芯片的研发和生产过程中，器件外量子效率的提高一直是核心内容，因此，取光效率的提高显得至关重要。

LED的取光效率是指出射到器件外可供利用的光子与外延片的有源区由电子空穴复合所产生的光子的比例。在传统LED器件中，由于衬底吸收、电极阻挡、出光面的全反射等因素的存在，光提取效率通常不到10%，绝大部分光子被限制在器件内部无法出射而转变成热，成为影响器件可靠性的不良因素，尤其在大功率LED器件中表现尤为明显。LED芯片有源区产生的光子从芯片表面发射出来，由于器件出射面的材料折射率相对空气折射率（1.0）较大(例如GaP的折射率为3.32，GaN为2.5)，在出射表面会产生全反射，导致只有部分角度的光能够从器件中出射出来，其他角度较大的光被反射回芯片内部无法提取出来。这也是LED芯片光提取效率低的一个重要原因。

为提高发光二级管（LED）的出光率，通常会将LED的P-GaN层表面粗化。例如，在申请号为200910046834.5的专利文献中，提出了一种能使LED的P-GaN层表面粗化的制作方法，即在P-GaN形成尖椎状粗化表面结构来减少LED内部的光反射的重复发生，提高LED的发光亮度。

目前用于GaN、GaAs和GaP基LED表面粗化的制备方法主要有两种类型：一是对LED表面进行外延后即芯片部分的处理，现有方法主要为：光辅助电化学腐蚀法、强酸和强碱溶液湿法腐蚀法和干法刻蚀等。此类工艺较为复杂，成本较高；二是原位直接生长表面粗化的P型GaN层，一般是采用在生长P型GaN时进行降温处理形成P型GaN表面粗化，然而由于现有P型GaN一般有掺杂镁原子，这会增加粗化的难度，同时由于低温进行粗化会导致电学性质的破坏例如电压会急剧升高，因此降温所形成的P型GaN层粗化表面效果并不理想。

因此，提供一种简单且P型GaN层表面粗化更为明显而且不影响电学性质的粗化表面方法，已经成为本领域技术人员急需解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，以降低操作的复杂度以及理想的粗化效果，同时不会影响LED的光电性能。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的一种六角形粗化表面的LED

外延片的制备方法包括步骤：1）在半导体衬底上依次长出缓冲层、N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层或盖层；以及2）采用对P-GaN层或盖层或两者的任意组合掺杂杂质，从而使所述P-GaN层形成六角形粗化表面。

其中，所述的掺杂的粗化P-GaN层或掺杂的盖层或两者的任意组合表面粗化形状呈六角形坑状。掺杂元素为铟（In）。盖层为P-GaN、不掺杂GaN、P-AlGaN、P-InGaN、四者超晶格或量子阱的任意组合形式。

较佳地，在所述半导体衬底上生长各层以及粗化层的形成都是连续性生长。

较佳地，所述生长采用金属有机物化学气相沉积法进行。

此外，所述半导体衬底的材料为硅、蓝宝石、及SiC等。

综上所述，本发明的一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法通过在P-GaN层或盖层或两者组合掺杂杂质形成六角形的粗化LED表面，此操作简单，粗化效果较现有工艺有明显提升。

附图说明

图1为现有LED和六角形粗化的LED的光子运动的对照示意图。

图2A至图2B为本发明的一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法的操作流程示意图。

具体实施方式

以下将通过具体实施例来对本发明的一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法做进一步详细的描述，其中，本发明的方法采用金属有机物化学气相沉积法进行。

请参阅图2A至图2B，本发明的一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法主要包括以下步骤：

首先，在半导体衬底上依次长出缓冲层、N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层

或盖层，如图2A所示，所述掺杂的粗化GaN层呈六角形坑状。掺杂元素为铟（In）。盖层为P-GaN、不掺杂GaN、P-AlGaN、P-InGaN、四者超晶格或量子阱的任意组合形式。在本实施例中，采用连续性生长在所述半导体衬底上形成各层以及粗化层。此外，所述半导体衬底的材料为硅、蓝宝石、及SiC等。

接着，对P-GaN层或盖层或两者的任意组合进行掺杂In原子，掺杂后的粗

化层中由于In原子的作用会形成位错坑，即六角形坑状粗化层。通过控制生长条件如掺杂In原子浓度等可以调节六角形的底角张角（即调节粗化的尺寸大小），同时也可以调节粗化的密度程度等。

需要说明的是，生长缓冲层、N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层或盖层的生

长条件都已经被本领域技术人员所掌握，故在此不再详细描述。

综上所述，本发明的一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，通过对P-GaN层或盖层或两者的任意组合掺杂杂质，从而形成六角形粗化表面结构的LED，能极大的提升发光区产生的光子落入逸出光锥的角度范围内，即角度在范围23°到67°以内都可以射出LED表面，从而极大地提高了LED的发光效率和亮度。同时因为掺杂型生长有利于缓解粗化表面对电学性能的影响。而且可以一次性在半导体衬底上生长缓冲层、N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层或盖层，制备方法简单高效。此外，掺杂型六角形粗化表面结构易于通过控制掺杂浓度改变六角形位错坑的尺寸大小和密度等。因此，本发明的方法不失为一种成本低、操作简单、粗化效果易于控制以及不会影响电学性质的方法。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案。任何不脱离本发明精神和范围的技术方案，均应涵盖在本发明的专利申请范围当中。

Claims

1.一种六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，其特征在于包括步骤：

1）在半导体衬底上依次长出缓冲层、N-GaN层、量子阱层、及P-GaN层或盖层；2）通过对P-GaN层或盖层或两者的任意组合掺杂杂质，从而使所述P-GaN层形成六角形粗化表面。

2.如权利要求1所述的六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述的掺杂的粗化P-GaN层或掺杂的盖层或两者的任意组合表面形状呈六角形坑状，掺杂元素为铟（In），盖层为P-GaN、不掺杂GaN、P-AlGaN、P-InGaN、四者超晶格或量子阱的任意组合形式。

3.如权利要求1所述的六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，其特征在于：在所述半导体衬底上生长各层以及粗化层的形成都是连续性生长。

4.如权利要求1或2所述的六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述生长采用金属有机物化学气相沉积法进行。

5.如权利要求1所述的六角形粗化表面的LED外延片的制备方法，其特征在于：所述半导体衬底的材料为硅、蓝宝石、及SiC中的一种。