生长具有倒V形粗化表面氮化物LED外延片的方法，属于半导体光电技术领域，首先在蓝宝石衬底上实现高位错密度的GaN外延膜，生长具有倒“V”型粗化表面氮化物LED的方法正在利用密度来实现。这些位错会在MQWs表面释放形成“V”形坑，生长pGaN时采用的是低温高压生长，低温高压下Ga元素的扩展自由程短，主要以三维生长为主，在生长过程中不容易把“V”形坑填平。因此在生长过程中相当于这些“V”形坑进行释放，进而形成表面为倒“V”形貌的pGaN粗化表面，以获得具有倒“V”形貌粗化表面氮化物LED，亮度会有100%的提升。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于半导体光电
，特别是指一种具有粗化表面的氮化物LED外延片的加工
技术介绍
氮化镓(GaN)基LED作为固态光源一经出现便以其高效、长寿命、环保等优点，被誉为继爱迪生专利技术电灯后人类照明历史上的第二次革命，成为国际上半导体和照明领域研发和产业关注的焦点。但目前GaN基LED进入通用照明领域，在技术和成本是还面临诸多难题。目前GaN基LED亮度提高面临的一个主要问题是光效提取问题。GaN的折射率为2. 4，空气的折射率为1，电子空穴复合产生的光由于全反射作用有很大一部分无法提取 出来，这些光子最终转换成热能，造成亮度下降，同时对LED器件可靠性造成影响。目前可以采用PGaN粗化表面和图形化衬底来增加外量子效率的提取。采用图形化蓝宝石衬底和PGaN粗化表面增加光在LED内部的全反射，进而提高LED的光提取效率。相比于普通的蓝宝石平面衬底，在蓝宝石图形衬底上外延生长GaN基蓝光LED输出功率可以提高30% 100%。采用PGaN表面粗化技术也有类似功效，输出功率也可以提高50% 100%。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种可有效提升LED亮度的生长具有倒V形粗化表面氮化物LED外延片的方法。包括以下步骤 O在蓝宝石衬底上，采用金属有机物化学气相沉积法生长一层Al(x)Ga(1_x)N高温缓冲层； 其中，X为(TlOO ; 2)升温，使Al(x)Ga(1_x)N缓冲层再结晶成核，选择在压力为500 800mbar和N :Ga摩尔比为800 1200 I条件下进行GaN外延膜生长，以获得位错密度为I X IO8 I X 109cm_2的U-GaN外延膜； 3)在U-GaN外延膜上依次外延生长LED所需的n_GaN和多量子阱MQWs； 4)在低温高压条件下，于多量子阱MQWs上生长pGaN，以获得具有倒V形的粗化表面。本专利技术首先通过优化生长工艺，在蓝宝石衬底上实现高位错密度的GaN外延膜，生长具有倒“V”型粗化表面氮化物LED的方法正在利用密度来实现。这些位错会在MQWs表面释放形成“V”形坑，生长pGaN时采用的是低温高压生长，低温高压下Ga元素的扩展自由程短，主要以三维生长为主，在生长过程中不容易把“V”形坑填平。因此在生长过程中相当于这些“V”形坑进行释放，进而形成表面为倒“V”形貌的pGaN粗化表面，以获得具有倒“V”形貌粗化表面氮化物LED。另，本专利技术采用蓝宝石图形衬底，相比平面衬底，在蓝宝石图形衬底上生长具有倒“V”形貌粗化表面氮化物LED，亮度会有100%的提升。采用本专利技术生产的外延片以标准芯片工艺制成芯片，芯片特性测试结果表明，亮度比表面为镜面的LED芯片提高了约100%，同时抗静电特性在2000V通过率大于95%。另外，本专利技术步骤I)生长的所述Al(x)Ga(1_x)N高温缓冲层的厚度为25 lOOnm，在所规定的厚度范围内，所形成的GaN外延I吴晶体质量最好。为了保障高温缓冲层的形成，所述步骤I)中生长的温度条件为600 1200°C，压力条件为50 600mbar。步骤4)的所述pGaN中，N和Ga的摩尔比为500 1200 I。在这种条件下有利于GaN三维生长，以获得倒” V”形貌的GaN外延膜。所述步骤4)中生长温度条件为750 1200°C，生长压力条件为400 lOOOmbar。 所述步骤4)中，所述生长是在750 800°C的低温条件下，在以上所规定的范围内，最有利于GaN三维生长。所述步骤4 )中，所述生长是先750 800 V低温条件下生长2000 4000 s，然后在压力不变的条件下，再升温至1000 1200°C生长200 400s。所述步骤4)中，采用Mg元素进行P型掺杂，掺杂浓度为IX IO17 5X 1019cnT3。步骤4)所述pGaN的厚度为300 800 nm，在以上所规定的范围内，倒”V”形貌的GaN外延膜做出的LED芯片亮度最好。附图说明图I为在蓝宝石图形衬底外延生长GaN薄膜的示意图。图2为在蓝宝石图形衬底外延生长nGaN和MQW的示意图。图3为在监宝石图形衬底外延生长具有“V”形貌的pGaN粗化表面的不意图。图4为实施例一和实施例二形成的产品于TEM测试的“V”形貌的pGaN粗化表面图片。具体实施例方式以下实施案例就是在蓝宝石图形衬底上进行生长具有倒“V”形貌粗化表面氮化物LED。生长过程中利用MOCVD设备(Aixtron公司的Crius 31片商用机),采用图形直径D为3 μ m、图形间距S为I μ m、图形高度HSlym蓝宝石图形衬底I外延GaN基LED外延材料。实施例一 I、在蓝宝石图形衬底I上生长AlN缓冲层2 :生长温度为1000°C、压力为500mbar，生长的AlN缓冲层2的厚度为30 nm。然后升高温度到1030°C进行成核以及再结晶。选择在压力为650 mbar和N :Ga摩尔比为942 I条件下进行GaN外延膜生长，岛状GaN迅速闭合，形成连续的U-GaN外延膜。在两个岛状GaN闭合处会形成位错3，位错密度为IXlO8cm—2 I X IO9CnT2，如图 I 所示。2、按常规方法，在U-GaN外延膜上依次外延生长LED所需的n_GaN层4和多量子阱MQWs5。位错在多量子阱MQWs5处得到一定的释放，形成“V”形凹坑6，如图2所示。3、在多量子阱MQWs5上外延生长pGaN:生长温度为780 °C、压力为550 mbar，利用低温下位错的释放以及低温高压下Ga元素扩散自由程短，实现具有倒“V”形貌的粗化表面7，图3为示意图。形成的pGaN的厚度为400 600 nm。在以上多量子阱MQWs5上外延生长pGaN时还采用Mg元素进行P型掺杂。图4为实施例一获得的具有倒“V”形貌的pGaN粗化表面外延膜TEM测量结果。实施例二 I、在蓝宝石图形衬底I上生长Al2GaN缓冲层2 :生长温度为1200°C、压力为600 mbar,生长的AlN缓冲层2的厚度30 nm。然后升高温度到1300°C进行成核以及再结晶。选择在压力为650 mbar和N :Ga摩尔比为942 I条件下进行GaN外延膜生长，岛状GaN迅速闭合，形成连续的U-GaN外延膜。在两个岛状GaN闭合处会形成位错3，位错密度为IXlO8cm 2 I X 109cm 2。2、按常规方法，在U-GaN上依次外延生长GaN基LED所需的nGaN层4和多量子阱MQWs5。3、在多量子阱MQWs5上先低温再高温外延生长pGaN :采用Mg元素进行P型掺杂，掺杂浓度为IX IO17 5X IO19 Cm—3。操作过程是先在生长温度为780 °C、压力为550 mbar的条件下，生长时间2700s，然后升温至1200 °C，在压力不变的条件下，再生长时间240s。形成的pGaN的厚度为400 600 nm。经过以上步骤，也能获得如图4所示的具有倒“V”形貌的pGaN粗化表面。权利要求1.生长具有倒V形粗化表面氮化物LED外延片的方法，其特征在于包括以下步骤 O在蓝宝石衬底上，采用金属有机物化学气相沉积法生长一层Al(x)Ga(1_x)N高温缓冲层； 其中，X为(TlOO ; 2)升温，使Al(x)Ga(1_x)本文档来自技高网...
【技术保护点】
生长具有倒V形粗化表面氮化物LED外延片的方法，其特征在于包括以下步骤：1）在蓝宝石衬底上，采用金属有机物化学气相沉积法生长一层Al(x)Ga(1？x)N高温缓冲层；其中，x为0~100；2）升温，使Al(x)Ga(1？x)N缓冲层再结晶成核，选择在压力为500～800？mbar和N？:Ga摩尔比为800~1200︰1条件下进行GaN外延膜生长，以获得位错密度为1×108？～1×109cm？2的u？GaN外延膜；3）在u？GaN外延膜上依次外延生长LED所需的n？GaN和多量子阱MQWs；4）在低温高压条件下，于多量子阱MQWs上生长pGaN，以获得具有倒V形的粗化表面。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：李鸿渐，李盼盼，李志聪，李璟，王国宏，
申请(专利权)人：扬州中科半导体照明有限公司，
类型：发明
国别省市：
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