一种氮化镓发光二极管外延片的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓发光二极管外延片。


背景技术：

2.随着小间距led的发展需求，mirco led的市场需求越来越大，由于其相对于传统lcd有着高亮、高对比度、高分辨率以及长寿命等技术优势，特别是mini背光产品，未来将全面应用于手机屏、户内户外显示屏等领域。
3.要实现mirco led，氮化镓外延技术至关重要，首先mirco led对氮化镓外延片的电性一致性要求很高，目前氮化镓外延片都是在蓝宝石衬底上进行氮化镓基led的生长，由于蓝宝石衬底和氮化镓材料失配较大的问题，导致氮化镓基外延结构中存在大量的位错，结果导致伏安特性一致性较差，因此降低氮化镓结构中位错密度对mirco led外延片是一个技术难点。
4.目前降低氮化镓外延结构的位错方法分为三种：
5.1.将蓝宝石制作成pss(patterned sapphire substrate，图形化蓝宝石衬底)，可以有效减少氮化镓层的螺型位错，一般都为圆锥形图形，高度一般为
6.1.8-1.9μm，且随着图形高度的增加，可以有效提升氮化镓的晶体质量，但是应用于背光产品，由于图形化原因，会减少背面出光，减少光的提取效率。
7.2.在生长氮化镓结构前，首先在蓝宝石上溅射一层氮化铝薄膜缓冲层，然后在mocvd(金属有机化合物化学气相沉淀)设备反应腔体内，保持腔体在一定的压力下，在氮化铝薄膜上进行非掺杂氮化镓外延生长，再进行n型氮化镓生长，在一定程度上可以减少n型氮化镓结构里的位错，但是由于al-n键能强，高品质的氮化铝薄膜很难制作，同时氮化铝和氮化镓之间仍然存在较大的晶格失配和热失配，同样会给n型氮化镓材料引入较高的位错密度。
8.3.在非掺杂氮化镓生长之后和电子提供层n型氮化镓中间生长一层铝镓氮，在铝镓氮上生长n型氮化镓，也可以在一定程度上减少n型氮化镓结构里的位错，但是底部氮化铝和非掺杂氮化镓之间带来的大量位错，仍然会经过铝镓氮层穿透进入n型氮化镓层，形成缺陷，当外延片加工成芯片，注入电流的时候，由于n型氮化镓层中缺陷较多，载流子会从缺陷处穿过，造成电流扩展不佳，影响led的发光效率。


技术实现要素：

9.本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种氮化镓发光二极管外延片，能够降低氮化镓结构中位错密度的同时提升电流扩展能力。
10.为了解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案为：
11.一种氮化镓发光二极管外延片，包括在衬底上依次生长的氮化铝薄膜缓冲层、非掺杂氮化镓层、非掺杂铝镓氮层和重掺杂n型氮化镓层；
12.所述重掺杂n型氮化镓层包括依次生长的进行粗化和边缘处理的第一重掺杂n型
氮化镓层、图形化刻蚀的二氧化硅层以及在所述第一重掺杂n型氮化镓层和所述二氧化硅层表面上生长的第二重掺杂n型氮化镓层。
13.进一步地，所述二氧化硅层为刻蚀有预设间距的图形化二氧化硅层，所述二氧化硅层图形间隔处的刻蚀深度等于所述二氧化硅层的高度。
14.进一步地，所述二氧化硅层为刻蚀成纳米级凹面周期排列的图形化材料，所述二氧化硅层的图形化间距为0.15-0.5μm，所述图形包括正六角形、正四方形、正圆形或者正圆锥形。
15.进一步地，所述第一重掺杂n型氮化镓层的厚度为0.5-1μm。
16.进一步地，所述二氧化硅层的厚度为10-20nm。
17.进一步地，所述第二重掺杂n型氮化镓层的的厚度为1.5-2μm。
18.进一步地，所述第二重掺杂n型氮化镓层上包括依次生长的低掺杂n型氮化镓层、低温应力释放层、应力释放循环层、降温过渡层、有源区、低温p型铟镓氮层，电子阻挡层、p型氮化镓空穴提供层以及重掺杂p型铟镓氮接触层。
19.本实用新型的有益效果在于：在衬底上依次生长氮化铝薄膜缓冲层、非掺杂氮化镓层和非掺杂铝镓氮层；在非掺杂铝镓氮层上生长第一重掺杂n型氮化镓层，对第一重掺杂n型氮化镓层进行粗化和边缘处理，能够增加出光角度并且释放第一重掺杂n型氮化镓层中的应力；在第一重掺杂n型氮化镓层上生长二氧化硅层，对二氧化硅层进行图形化刻蚀以及在所述第一重掺杂n型氮化镓层和所述二氧化硅层表面上生长的第二重掺杂n型氮化镓层，能够在图形化刻蚀时露出第一重掺杂n型氮化镓层的表面，能够利用二氧化硅层不导电的特性让载流子在从n到p的方向上移动。因此通过第一重掺杂n型氮化镓层能够释放应力、减少位错，在第一重掺杂n型氮化镓层和第二重掺杂n型氮化镓层之间添加二氧化硅能够提高电流扩展能力。
附图说明
20.图1为本实用新型实施例的一种氮化镓发光二极管外延片的结构示意图；
21.图2为实施例二制备的氮化镓发光二极管外延片与传统氮化镓发光二极管外延片在20ma下发光分布对比图；
22.图3为实施例二制备的氮化镓发光二极管外延片与传统氮化镓发光二极管外延片在40ma下发光分布对比图；
23.标号说明：
24.1、衬底；2、氮化铝薄膜缓冲层；3、非掺杂氮化镓层；4、非掺杂铝镓氮层；5、第一重掺杂n型氮化镓层；6、二氧化硅层；7、第二重掺杂n型氮化镓层；8、低掺杂n型氮化镓层；9、低温应力释放层；10、应力释放循环层；11、降温过渡层；12、有源区；13、低温p型铟镓氮层；14、电子阻挡层；15、p型氮化镓空穴提供层；16、重掺杂p型铟镓氮接触层。
具体实施方式
25.为详细说明本实用新型的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
26.请参照图1，本实用新型实施例提供了一种氮化镓发光二极管外延片，包括在衬底
上依次生长的氮化铝薄膜缓冲层、非掺杂氮化镓层、非掺杂铝镓氮层和重掺杂n型氮化镓层；
27.所述重掺杂n型氮化镓层包括依次生长的进行粗化和边缘处理的第一重掺杂n型氮化镓层、图形化刻蚀的二氧化硅层以及在所述第一重掺杂n型氮化镓层和所述二氧化硅层表面上生长的第二重掺杂n型氮化镓层。
28.由上述描述可知，在衬底上依次生长氮化铝薄膜缓冲层、非掺杂氮化镓层和非掺杂铝镓氮层；在非掺杂铝镓氮层上生长第一重掺杂n型氮化镓层，对第一重掺杂n型氮化镓层进行粗化和边缘处理，能够增加出光角度并且释放第一重掺杂n型氮化镓层中的应力；在第一重掺杂n型氮化镓层上生长二氧化硅层，对二氧化硅层进行图形化刻蚀并露出第一重掺杂n型氮化镓层的表面，能够利用二氧化硅层不导电的特性让载流子在从n到p的方向上移动；在第一重掺杂n型氮化镓层和二氧化硅层上生长第二重掺杂n型氮化镓层。因此通过第一重掺杂n型氮化镓层能够释放应力、减少位错，在第一重掺杂n型氮化镓层和第二重掺杂n型氮化镓层之间添加二氧化硅能够提高电流扩展能力。
29.进一步地，所述二氧化硅层为刻蚀有预设间距的图形化二氧化硅层，所述二氧化硅层图形间隔处的刻蚀深度等于所述二氧化硅层的高度。
30.由上述描述可知，将所述二氧化硅层刻蚀为间隔预设间距的图形，并且刻蚀所述二氧化硅层时图形间隔处的刻蚀深度为二氧化硅层的高度，能够在刻蚀的过程中露出第一重掺杂n型氮化镓层的表面，后续生长第二重掺杂n型氮化镓层时，二氧化硅层不导电的特性可以让载流子在从n到p的方向移动的过程中，提高电流扩展能力。
31.进一步地，所述二氧化硅层为刻蚀成纳米级凹面周期排列的图形化材料，所述二氧化硅层的图形化间距为0.15-0.5μm，所述图形包括正六角形、正四方形、正圆形或者正圆锥形。
32.由上述描述可知，将二氧化硅层刻蚀为正六角形、正四方形、正圆形或者正圆锥形，且图形间距为0.15-0.5μm，有利于电流扩展。
33.进一步地，所述第一重掺杂n型氮化镓层的厚度为0.5-1μm。
34.进一步地，所述二氧化硅层的厚度为10-20nm。
35.进一步地，所述第二重掺杂n型氮化镓层的的厚度为1.5-2μm。
36.进一步地，在所述第一重掺杂n型氮化镓层和所述二氧化硅层上生长第二重掺杂n型氮化镓层之后包括：
37.在所述第二重掺杂n型氮化镓层上依次生长低掺杂n型氮化镓层、低温应力释放层、应力释放循环层、降温过渡层、有源区、低温p型铟镓氮层，电子阻挡层、p型氮化镓空穴提供层以及重掺杂p型铟镓氮接触层。
38.由上述描述可知，在第二重掺杂n型氮化镓层上继续生长外延层的其他结构，从而得到低位错密度且电流扩展极佳的氮化镓发光二极管外延片。
39.本实用新型上述的一种氮化镓发光二极管外延片，适用于降低氮化镓发光二极管外延片的位错密度，提高外延片的电流扩展能力，以下通过具体的实施方式进行说明：
40.实施例一
41.请参照图1，一种氮化镓发光二极管外延片，包括在衬底1上依次生长的厚度为0.02-0.025μm的氮化铝薄膜缓冲层2、厚度为1-1.5μm的非掺杂氮化镓层3、非掺杂铝镓氮层
4和重掺杂n型氮化镓层；
42.重掺杂n型氮化镓层包括依次生长的进行粗化和边缘处理的厚度为0.5-1μm的第一重掺杂n型氮化镓层5、图形化刻蚀的厚度为10-20nm的二氧化硅层6以及在第一重掺杂n型氮化镓层5和二氧化硅层6表面上生长的厚度为1.5-2μm的第二重掺杂n型氮化镓层7。
43.在第二重掺杂n型氮化镓层7上包括依次生长的低掺杂n型氮化镓层8、低温应力释放层9、应力释放循环层10、降温过渡层11、有源区12、低温p型铟镓氮层13，电子阻挡层14、p型氮化镓空穴提供层15以及重掺杂p型铟镓氮接触层16。
44.其中，二氧化硅层6为刻蚀有预设间距的图形化二氧化硅层6，二氧化硅层6图形间隔处的刻蚀深度等于二氧化硅层6的高度，具体的，二氧化硅层6为纳米级凹面周期排列的图形化二氧化硅层6，图形可以为正六角、正四方以及正圆形等形状，其中优选正圆锥形图形，图形间距控制在0.15-0.5μm，图形宽度为15-50nm，高度为5-10nm。
45.具体的，在本实施例中，在衬底1上包括依次生长的厚度为0.02μm的氮化铝薄膜缓冲层2、厚度为1μm的非掺杂氮化镓层3、非掺杂铝镓氮层4；
46.在非掺杂铝镓氮层4上包括依次生长的厚度为0.5μm的第一重掺杂n型氮化镓层5、厚度为20nm的二氧化硅层6以及厚度为2μm的第二重掺杂n型氮化镓层7。
47.请参照图2和图3，本实施例中生长的led外延片制作成9μm*45μm尺寸芯片后，和传统方式led制作同版型芯片进行亮度对比，在20ma下测试，本实施例和传统方式制备的led芯片亮度分别为40.09mw和38.49mw，同时进行20ma和40ma下发光分布测试，从发光分布图看，传统方式生长的led发光分布基本集中在电极及finger边缘，本实施例生长的led明显发光区域更大，亮度更佳，因此本实施例中的外延片明显提高了晶体质量，电流扩展更好、发光分布更好、亮度更好。
48.综上所述，本实用新型提供的一种氮化镓发光二极管外延片，在衬底上依次生长氮化铝薄膜缓冲层、非掺杂氮化镓层和非掺杂铝镓氮层。在非掺杂铝镓氮层上生长第一重掺杂n型氮化镓层，对第一重掺杂n型氮化镓层进行粗化和边缘处理，能够增加出光角度并且释放第一重掺杂n型氮化镓层中的应力，从而确保后续生长的第二n型氮化镓层的晶体质量较好。在第一重掺杂n型氮化镓层上生长二氧化硅层，对二氧化硅层进行图形化刻蚀并露出第一重掺杂n型氮化镓层的表面，能够利用二氧化硅层不导电的特性让载流子在从n到p的方向上移动，提高电流扩展能力。
49.以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。