CN107123710A - 进一步提高led出光效率的方法及其led结构 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种进一步提高LED出光效率的方法及其LED结构，采用较低的生长温度及较高的NH3/H2比和低的V/Ⅲ及高生长速率于一次外延层上二次外延生长粗化层，制备表面粗化LED结构，增加其轴向出光强度，同时因第二半导体的增厚增加，增强了LED的抗静电能力，进一步提高其出光效率。
Description
技术领域
本发明属于半导体技术领域，尤其涉及进一步提高LED出光效率的放光及其LED结构。
背景技术
传统外延片成长方式，都是以高温的方式成长P-GaN，直到表面平整，P-GaN型貌及质量的已直接影响LED芯片的出光效率，容易在出光的时侯，产出外延晶体的内部反射及折射，造成能量的损失。由于芯片应用端得多元化，背光产品所使用的芯粒，相对轴向亮度必需要更好，抗静电能力及波长集中性也要相对要求高。
目前为了提高芯片的出光效率，一方面是通过蚀刻对芯片表面粗化，其需要经过上胶、曝光、显影、刻蚀、去胶等步骤，工艺过程复杂。另一方面是直接在外延层上表面通过提高P型层的Mg掺杂浓度还制备粗糙结构增加出光，此方法的缺点是可用于背光产品的外延挑片率受限，另一方面，为追求更高的轴向亮度，刻易将P-GaN厚度长薄，而无法填平有源层中的V型缺陷，造成LED的漏电通道增加。
因此，我们需要寻找一种工艺过程简单、表面粗化好的工艺制程，来提高芯粒的轴向出光效率及抗静电能力。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明首先提出进一步提高LED出光效率的方法，其具体包括如下步骤：
S1、首先采用MOCVD法生长若干个外延片，所述外延片依次包括：衬底、以位于衬底上的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
S2、外延片生长结束后，进行第一次退火工艺；
S3、对退火后的外延片进行光电性能测试及外观检测；
S4、挑选出光电性能优异及外观良好的外延片再次采用MOCVD法进行二次外延生长粗化层，得到表面粗化的外延片。
S5、对二次生长后的外延片进行二次退火工艺。
优选的，所述步骤S4中用于二次外延生长的外延片为波长分布均匀、快测亮度较高、表面平整、无脏污的外延片。
优选的，所述步骤S2中的第一次退火工艺与所述步骤S5中的二次退火工艺相同或不同。
优选的，所述粗化层采用低温高NH3/H2比和高生长速率制备而成。
优选的，所述粗化层的生长条件为：N2和H2作为载气、NH3为氮源、TMGa为镓源，反应室应力为200~500torr，转速为600rpm~1200rpm，生长温度为700℃~900℃，NH3/H2为30:1~60:1。
优选的，所述粗化层的厚度为3000Å-5000Å。
优选的，所述粗化层为不规则粗化结构或者规则粗化结构。
优选的，所述粗化层为V-pits结构。
优选的，该方法还包括对再次退火后的外延片进行芯片端，形成复数个芯粒的步骤。
本发明还提供了一种LED结构，其采用权利要求1~9所述的任意一项权利要求制备而成，其包括首次生长的外延结构层及采用相同的方法二次外延生长的粗化层，其中，所述外延结构层为光电性能优异及表面平整的外延层，其依次包括衬底及依次位于所述衬底上的第一半导体层、发光层和第二半导体层。
本发明至少具有以下有益效果：采用较低的生长温度及较高的NH3/H2比和低的V/Ⅲ及高生长速率于一次外延层上二次外延生长粗化层，制备表面粗化LED结构，增加其轴向出光强度，同时因P型层的增厚增加，增强了LED的抗静电能力，进一步提高其出光效率。
附图说明
图1为本发明实施例1之LED结构制备方法流程图。
图2 为本发明实施例1之LED结构示意图。
图3为本发明实施例2之LED结构制备方法流程图。
附图标注：100：衬底；200：第一半导体层；300：发光层；400：第二半导体层；500：粗化层。
具体实施方式
在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
参看附图1~2，本发明首先提出进一步提高LED出光效率的方法，其具体包括如下步骤：
S1、首先采用MOCVD法生长若干个外延片，所述外延片依次包括：衬底100、以及位于衬底100上的第一半导体层200、发光层300和第二半导体层400；
S2、外延片生长结束后，进行第一次退火工艺；
S3、对退火后的外延片进行光电性能测试及外观检测；
S4、挑选出光电性能优异及外观良好的外延片再次采用MOCVD法进行二次外延生长粗化层500，得到表面粗化的外延片，有利于增加其轴向出光强度，同时因P型层的增厚增加，增强了LED的抗静电能力，进而提升其出光效率；
S5、对二次生长后的外延片进行二次退火工艺。
步骤S1中第一半导体层300与第二半导体层400为异质半导体，第一半导体层300为N型或者P型，对应的第二半导体层400则为P型或者N型，本实施例优选第一半导体层300与第二半导体层400分别为N型半导体和P型半导体，其提供的电子-空穴在发光层300复合辐射发光。
步骤S2为对外延片的第一次退火工艺，其主要目的是用于活化P型杂质，以提供更多的空穴，其工艺条件为：N2约120~180升，温度约720~780℃，为时2~3分钟。
步骤S3对外延片的测试为快测，光电性能测试主要测试其光致发光强度、快测电压、XRD等，外观检测主要是用显微镜检测其表面的平整度、是否有黑点或者凹坑等。
步骤S4中用于二次外延生长的外延片为波长分布均匀、快测亮度较高、表面平整无黑点或者凹坑的外延片。粗化层500采用低温高NH3/H2比和高生长速率制备而成，其具体生长条件为：N2和H2作为载气、NH3为氮源、TMGa为镓源，反应室应力为200~500torr，转速为600rpm~1200rpm，生长温度为700℃~900℃，NH3/H2为30:1~60:1。将粗化层500的生长速率设定为60Å/min~70Å/min，高的生长速率更有利于粗化层500的形成。
粗化层500的厚度为3000Å-5000Å，进一步的，粗化层500的厚度为3500Å ~4500Å、在进一步为4000Å ~4500Å。粗化层500为不规则粗化结构或者规则的粗化结构，优选的，粗化层500为V-pits结构。
步骤S5为对二次生长后的外延层进行二次退火的步骤，其目的活化粒化层，提高载子浓度，退火条件可以与第一次退火条件相同，也可以不同，本实施例中二次退火的优选条件为：N2为150L，温度750℃，为时1.5分钟。
该LED的制备方法还包括对二次退火后的外延片进行芯片端工艺，形成复数个芯粒的步骤。
本发明通过对一次外延生长后波长分布均匀性较好、光光制发光亮度高、表面平整度较好的外延片采用较高的长速二次外延生长粗化层500，一是为了增加第二半导体层400的厚度，进一步增加LED的抗静电能力；另一方面，表面粗化的的外延片，减少光在界面处的全反射损失，增加LED的轴向出光强度，使一次外延生长的外延片的出光效率得到进一步的提升。
本实施例还提供了由上述方法制备的LED结构，其包括第一外延结构层及位于第一外延结构层上的粗化层500，其中第一外延结构层为快测光电性能优异且表面平整度较好的外延片，其包括衬底100及依次位于衬底100上的第一半导体层200、发光层300和第二半导体层400。第一外延结构层与粗化层500均采用MOCVD设备生长而成，其中具体生长条件如前文中的生长条件相同，再此不在累述。
实施例2
本实施例中进一步提高LED出光效率的方法，其具体包括如下步骤：
S1、首先采用MOCVD法生长若干个外延片，所述外延片依次包括：衬底100、以位于衬底100上的第一半导体层200、发光层300和第二半导体层400；
S2、外延片生长结束后，进行第一次退火工艺；
S3、对退火后的外延片进行光电性能测试及外观检测；
S4、挑选出光电性能优异及表面平整的外延片再次采用MOCVD法进行二次外延生长粗化层500，粗化的LED表面，有利于增加其轴向出光强度，同时因P型层的增厚增加，增强了LED的抗静电能力，进而提升其出光效率；
S5、对二次生长后的外延片进行二次退火工艺；
S6、对二次退火后的外延片进行芯片端工艺，形成复数个芯粒。
其中，第一半导体层200为N型半导体，第二半导体层400为P型半导体，发光层300为交替层叠的GaN/InGaN结构。
粗化层500的生长条件为：步骤S4中用于二次外延生长的外延片为波长分布均匀、快测亮度较高、表面平整无黑点或者凹坑的外延片。粗化层500采用低温高NH3/H2比和高生长速率制备而成，其具体生长条件为：N2和H2作为载气、NH3为氮源、TMGa为镓源、二茂镁作为P型杂质掺杂剂，将反应室应力设为300~400torr，转速为1000rpm~1200rpm，生长温度为700℃~900℃，，NH3/H2为60:1。将粗化层500的生长速率设定为65Å/min，低的生长温度和高的生长速率更有利于粗化层500的形成。
粗化层500的厚度为3800Å-4800Å，镁杂质浓度为5×1018~1×1019/cm3，粗化层500掺杂镁杂质可以进一步的增加其导电能力，降低器件的阻值，增加器件的寿命。同时，粗化层500为不规则粗化结构的V-pits结构。由于采用MOCVD法生长粗化层500，受气流的影响其较难生长成规则形状的V-pits结构。
应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.进一步提高LED出光效率的方法，其具体包括如下步骤：
S1、采用MOCVD法生长若干个外延片，所述外延片依次包括：衬底、以及位于所述衬底上的第一半导体层、发光层和第二半导体层；
S2、外延片生长结束后，进行第一次退火工艺；
S3、对退火后的外延片进行光电性能测试及外观检测；
S4、挑选出光电性能优异及外观良好的外延片再次采用MOCVD法进行二次外延生长粗化层，得到表面粗化的外延片；
S5、对二次生长后的外延片进行二次退火工艺。
2.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述步骤S4中用于二次外延生长的外延片为波长分布均匀、快测亮度较高、表面平整、无脏污的外延片。
3.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述步骤S2中的第一次退火工艺与所述步骤S5中的二次退火工艺相同或不同。
4.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述粗化层采用低温高NH3/H2比和高生长速率制备而成。
5.根据权利要求3所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述粗化层的生长条件为：N2和H2作为载气、NH3为氮源、TMGa为镓源，反应室应力为200~500torr，转速为600rpm~1200rpm，生长温度为700℃~900℃，NH3/H2为30:1~60:1。
6.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述粗化层的厚度为3000Å-5000Å。
7.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述粗化层为不规则粗化结构或者规则粗化结构。
8.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：所述粗化层为V-pits结构。
9.根据权利要求1所述的进一步提高LED出光效率的方法，其特征在于：该方法还包括对再次退火后的外延片进行芯片端，形成复数个芯粒的步骤。
10.一种LED结构，其采用权利要求1~9所述的任意一种提高LED出光效率的方法制备而成，其包括首次生长的外延结构层及采用相同的方法二次外延生长的粗化层，其中，所述外延结构层为光电性能优异及外观良好的外延片，其依次包括衬底及依次位于所述衬底上的第一半导体层、发光层和第二半导体层。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170901 |
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