一种垂直结构氮化物LED的制备方法技术

一种垂直结构氮化物ＬＥＤ的制备方法，包括：取一生长氮化物的衬底；在衬底上生长辅助剥离层，该剥离层使得衬底和后续外延材料之间的键合相对较弱；在辅助剥离层上，采用ＭＯＣＶＤ方法生长氮化物成核层，保证氮化物的高质量；在氮化物成核层上生长一层氮化镓厚层材料；在氮化镓厚层材料上，采用ＭＯＣＶＤ方法生长多量子阱ＬＥＤ结构层，形成氮化物ＬＥＤ的发光层，其中ｐ型氮化物的制备可以通过ＨＶＰＥ来实现；剥离衬底和辅助剥离层以及部分氮化物成核层，得到垂直结构的氮化物ＬＥＤ外延片；在多量子阱ＬＥＤ结构层上制作上电极；在与外延层相连的氮化物成核层下面制作一下电极，完成垂直结构氮化物ＬＥＤ的制备。

Method for preparing vertical structure nitride LED

Including the preparation method, a vertical structure of nitride LED substrate: take life long nitrides; growth auxiliary stripping layer on a substrate, the peeling layer between the substrate and the subsequent epitaxial bonding is relatively weak; the auxiliary stripping layer on the nitride nucleation layer growth by MOCVD method, high quality nitride the growth of a GaN layer; thick layer material on the core layer in the nitride; in Gan thick layer material, the growth of multi quantum well LED structure by using MOCVD method, a luminous layer of nitride LED, wherein the P type nitride preparation can be achieved through HVPE; stripping substrate and auxiliary stripping layer and part of nitride the nucleation layer nitride LED epitaxial wafer vertical structure; making electrode in multiple quantum well layer in LED structure; An electrode is fabricated below the nitride nucleation layer connected to the epitaxial layer to complete the vertical structure nitride LED preparation.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，特别指为了实现氮化镓基垂直 结构LED外延材料的生长而设计的一种生长方法，可以结合 M0CVD和HVPE并通过氮化物的自剥离来实现。
技术介绍
氮化物多元系材料的光谱从0 . 7 ev到6 . 2 ev，可以用于 带间发光，颜色覆盖从红外到紫外波长，在光电子应用方面，如 蓝光、绿光、紫外光发光二极管(LED)、短波长激光二极管(LD) 等方面具有巨大的应用前景。氮化物LED大量应用于显示器、照 明、指示灯、广告牌、交通灯等，在农业中作为加速光合成光源， 在医疗中作为诊断和治疗的工具；氮化物蓝紫光LD正成为统领 下一代DVD存储技术的Blue Ray的核心元器件，具有广阔的市 场前景。特别是近年来人们对于发光二极管应用于通用照明的预 期越来越高，使得氮化物基LED的发展日益迅猛。但是要真正实 现氮化物基LED的通用照明或者称为半导体照明，还必须在大幅 降低氮化物LED的生产成本的同时提高氮化物LED的性能，主要4是流明效率、散热性能以及寿命等方面。目前人们公认垂直结构的氮化物LED可以具有非常好的电流扩展性能和散热性能，从而可能实现更高的流明效率和更长的寿命。现有的实现氮化物垂直结构LED的方法主要有四种第一种是使用最广泛、性能最好的蓝宝石衬底异质外延，由于蓝宝石衬底不导电需要去除蓝宝石才能够制作垂直结构的LED，现在比 较通用的办法是在异质外延后通过激光剥离除去衬底，主要问题 在于激光剥离设备比较昂贵，同时剥离工艺也比较复杂，需要通 过至少一次的键合工艺实现氮化物薄膜的转移，存在着成品率不 高的问题；第二种是蓝宝石或者SiC等衬底上异质外延后通过机 械研磨的方式除去衬底，这种方法的问题在于衬底往往硬度较 大，研磨费时费工，成本较高；第三种方法就是在导电衬底上直 接外延氮化物材料，比如金属衬底或者低阻的Si等衬底，其问 题在于外延晶体质量差，尚无很成熟的工艺发展起来；第四种就 是使用牺牲层，通过去除牺牲层实现衬底的剥离，该方法同样需 要将氮化物材料转移到其它支撑衬底上去，而且横向去除衬底和 外延层之间的牺牲层也大大降低了该方法的时间效率和成品率， 因而并没有在实际生产中得到使用。基于HVPE方法生长氮化物的高速率和高质量，HVPE被人们 用于生长氮化物的衬底和模板。由于氮化物衬底生产效率等的问 题，氮化物衬底成本居高不下，大大限制了其用于LED的可能性 尤其是成本极其重要的通用照明领域。HVPE生长氮化物模板是可行的LED生长衬底之一，但是同样面临原始衬底如蓝宝石等的 去除问题使得HVPE氮化物模板用于于LED生长的进展缓慢。自剥离技术已经成功的应用于HVPE法制备氮化镓同质衬 底，日立电缆使用自剥离方法获得3英寸的氮化镓衬底并且保持 了很高的成品率。但是目前为止尚没有研究人员或者公司使用自 剥离方法来生长垂直结构的氮化镓LED。其原因主要在于M0CVD 生长的氮化物LED即使可以自剥离也由于厚度过薄而无法实现 自支撑；使用HVPE厚膜模板用于LED制备的往往不具备自剥离 的辅助剥离层，而是氮化物和衬底形成强键合无法自剥离。本专利技术正是基于对以上方法的分析，结合HVPE高速生长氮 化物、MOCVD生长精确控制LED结构以及弱键合实现的自剥离， 生长可以自支撑的氮化物LED结构材料并用于垂直结构LED的制 备，完全能够满足通用照明高性能、低成本和高成品率的大规模 生产要求，将有助于半导体照明走向通用照明。本专利技术特别适用于HVPE和MOCVD结合的设备如MOHVPE或者 SHMOCVD上来实现一次性外延生长氮化镓基垂直结构LED外延材 料，具有工艺路线简单，成品率高，材料性能好等优点，是实现 氮化物垂直结构LED的低成本、高性能和高成品率的有效解决方 案。当然也可用于HVPE和MOCVD的多次外延组合来实现相同的 垂直结构LED
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种垂直结构氮化物LED的制备方法， 解决为实现高性能、高成品率和低成本的垂直结构氮化物LED 中的剥离工艺难题，特别适合通过结合了 HVPE和M0CVD的 MOHVPE或者SHMOCVD设备来生长自剥离的氮化物LED外延材料 来实现；当然也可以利用MOCVD和HVPE设备分别进行相关的生 长最终实现相同的材料结构和器件工艺。为达到上面的目的，本专利技术提供一种垂直结构氮化物LED 的制备方法，其特征在于，包括如下步骤.-步骤l:取一生长氮化物的衬底；步骤2 :在衬底上生长辅助剥离层，该剥离层使得衬底和后 续外延材料之间的键合相对较弱，能够通过升降温或者外力作用 实现衬底与外延层的自动分离；步骤3 :在辅助剥离层上，采用MOCVD方法生长氮化物成核层，保证氮化物的高质量；步骤4:在氮化物成核层上，采用HVPE方法生长一层氮化镓厚层材料，以便后续的外延材料可以自我支撑；步骤5 :在氮化镓厚层材料上，采用MOCVD方法生长多量子阱LED结构层，形成氮化物LED的发光层，其中p型氮化物的制备可以通过HVPE来实现；步骤6 :剥离衬底和辅助剥离层以及部分氮化物成核层，得到垂直结构的氮化物LED外延片；步骤6:在多量子阱LED结构层上制作上电极；7步骤7:在与外延层相连的氮化物成核层下面制作一下电 极，完成垂直结构氮化物LED的制备。其中所述的衬底是蓝宝石或硅或碳化硅。其中所述的辅助剥离层为金属或者介质材料，包括Ti、 Al、 Ni、 Cr、 Au、 W 、 Si02、 SiN、 TiN或者Ti02。其中多量子阱LED结构层具有p型氮化物层，采用HVPE的方法可以实现更高的P型掺杂效率和载流子浓度。其中氮化镓厚层材料需要至少1 0 以上以便能够具有自 支撑的强度。本专利技术一种垂直结构氮化物LED的制备方法的有益效果是1 )在氮化镓基外延材料衬底上形成辅助剥离层，该辅助剥 离层可以为金属或者介质材料，包括Ti、 Al、 Ni、 Cr、 Au、 W、 Si02 、 SiN、 TiN或者Ti02 ，其目的在于形成衬底和外延层之间 的弱键合以便方便的自剥离而无需激光剥离或者机械研磨或者 腐蚀等相对复杂的工艺；2 )利用MOCVD模式生长成核层，保证氮化物从开始即具有 较高的质量；3)利用HVPE的高生长速率和高效率，生长厚度足以实现 外延材料自支撑的厚层氮化物材料；4 )利用M0CVD高精度控制的技术特点，获得LED器件结构， 其中为了 P型氮化物的高掺杂，可以使用HVPE生长高p掺的氮 化物层；5 )通过氮化镓和衬底的辅助剥离层实现氮化镓和衬底的自 剥离，从而实现垂直结构的氮化物LED外延片；6 )通过去除部分不导电的成核层、制备上电极、制备下电极等相应的工艺手段，实现垂直结构的氮化物LED的制造。附图说明为进一步说明本专利技术的内容，以下结合具体实施案例及附图对本专利技术作一详细的描述，其中图1是本专利技术的实施例的制备方法流程图； 图2是可自剥离垂直结构LED材料结构图； 图3是垂直结构LED结构示意图。具体实施例方式请参阅图1所示，同时请结合参阅图2和图3 ，本专利技术的实 施案例的制备方法流程图示意图，我们选择蓝宝石衬底为例但是 本专利技术并不局限于蓝宝石衬底，其他衬底同祥适用，后面的关键 步骤也不仅仅局限于本实施例的描述，而要覆盖权利要求书包含 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种垂直结构氮化物ＬＥＤ的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：　步骤１：取一生长氮化物的衬底；　步骤２：在衬底上生长辅助剥离层，该剥离层使得衬底和后续外延材料之间的键合相对较弱，能够通过升降温或者外力作用实现衬底与外延层的自动分 离；　步骤３：在辅助剥离层上，采用ＭＯＣＶＤ方法生长氮化物成核层，保证氮化物的高质量；　步骤４：在氮化物成核层上，采用ＨＶＰＥ方法生长一层氮化镓厚层材料，以便后续的外延材料可以自我支撑；　步骤５：在氮化镓厚层材料上，采用Ｍ ＯＣＶＤ方法生长多量子阱ＬＥＤ结构层，形成氮化物ＬＥＤ的发光层，其中ｐ型氮化物的制备可以通过ＨＶＰＥ来实现；　步骤６：剥离衬底和辅助剥离层以及部分氮化物成核层，得到垂直结构的氮化物ＬＥＤ外延片；　步骤６：在多量子阱ＬＥＤ结构层上 制作上电极；　步骤７：在与外延层相连的氮化物成核层下面制作一下电极，完成垂直结构氮化物ＬＥＤ的制备。

【技术特征摘要】
1. 一种垂直结构氮化物LED的制备方法，其特征在于，包括如下步骤步骤1取一生长氮化物的衬底；步骤2在衬底上生长辅助剥离层，该剥离层使得衬底和后续外延材料之间的键合相对较弱，能够通过升降温或者外力作用实现衬底与外延层的自动分离；步骤3在辅助剥离层上，采用MOCVD方法生长氮化物成核层，保证氮化物的高质量；步骤4在氮化物成核层上，采用HVPE方法生长一层氮化镓厚层材料，以便后续的外延材料可以自我支撑；步骤5在氮化镓厚层材料上，采用MOCVD方法生长多量子阱LED结构层，形成氮化物LED的发光层，其中p型氮化物的制备可以通过HVPE来实现；步骤6剥离衬底和辅助剥离层以及部分氮化物成核层，得到垂直结构的氮化物LED外延片；步骤6在多量子阱LED结构层上制作上电极；步骤7在与外延层相连的氮化物成...

【专利技术属性】
技术研发人员：段瑞飞，王军喜，曾一平，王国宏，李晋闽，
申请(专利权)人：中国科学院半导体研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]