[发明专利]一种LED外延层结构及其生长方法

说明书

本申请提供了一种LED外延层结构及其生长方法，LED外延层结构，包括：依次生长在衬底上的第一U‑GaN层、氮化铝薄膜棒、第二U‑GaN层、N‑GaN层、量子阱层和P型半导体层；衬底为图形化衬底，衬底的图形为呈阵列排布的圆锥体；氮化铝薄膜棒位于圆锥点的上方，其中，第一U‑GaN层和第二U‑GaN层弥合形成U‑GaN层，氮化铝薄膜棒被包覆在U‑GaN层内。本发明由于增加了氮化铝薄膜棒，能够阻挡圆锥体顶部引起的缺陷进一步向上生长，减少了LED外延层的缺陷和位错密度；而且能够改善GaN内部光线的传播路径和传播角度，进而提高芯片的出光效率。

技术领域

本发明属于LED技术领域，具体涉及一种LED外延层结构及其生长方法。

背景技术

随着半导体行业技术的不断革新以及半导体产品的普及应用，现如今LED芯片已经在人们日常生活中的各个领域起着重要的作用。尤其是在日常照明、显示器、手机、指示灯等方面，LED芯片得到了广泛应用。目前为止，制备高亮度、高可靠性的LED芯片成为行业的主流发展方向，同时也成为工程技术人员必须面临的技术挑战。

GaN材料是第三代半导体材料中应用最广泛的材料之一，是制备发光二级管(Light Emitting Diode，LED)的重要材料。GaN是属于六角纤锌矿结构中的一种材料，具有耐高温、禁带宽度大等优点。GaN材料是制备LED外延片的重要材料。LED外延片可以通过MOCVD设备在蓝宝石衬底、SI衬底等衬底上生长制备，但是由于生长过程中晶格失配等原因很难得到完美的GaN晶体，生长制备的LED外延片具有位错密度大、缺陷多等缺点。减少缺陷制备更加完美的外延片是工业生长中不断追求的目标。

因此，针对上述问题，提供一种LED外延层结构及其生长方法，是本技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种LED外延层结构及其生长方法，能够改善LED芯片的出光路径，减少LED外延层的缺陷，提高芯片的出光效率。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种LED外延层结构，包括：依次生长在所述衬底上的第一U-GaN层、氮化铝薄膜棒、第二U-GaN层、N-GaN层、量子阱层和P型半导体层；

所述衬底为图形化衬底，所述衬底的图形为呈阵列排布的圆锥体；

所述氮化铝薄膜棒位于所述圆锥点的上方，

其中，所述第一U-GaN层和所述第二U-GaN层弥合形成U-GaN层，所述氮化铝薄膜棒被包覆在所述U-GaN层内；所述氮化铝薄膜棒由生长在所述第一U-GaN层上的氮化铝薄膜利用感应耦合等离子体刻蚀设备刻蚀而成。

进一步地，所述氮化铝薄膜是利用溅射法制备的，所述氮化铝薄膜的厚度为50nm-450nm。

进一步地，所述氮化铝薄膜棒由生长在所述第一U-GaN层上的氮化铝薄膜利用感应耦合等离子体刻蚀设备刻蚀而成，进一步为：

在所述氮化铝薄膜上匀上光刻胶，利用步进光刻机在光刻胶上制作出所述氮化铝薄膜棒的光刻胶图形；

在上射频功率为900-1400W，下射频功率为400-800W，真空度为2-9mTorr，以BCl₃作为刻蚀气体的条件下，利用感应耦合等离子体刻蚀工艺获得所述氮化铝薄膜棒，并进行去胶清洗；

其中，所述BCl₃的气体流量为200-50Sccm之间

进一步地，所述氮化铝薄膜棒的形状至少包括长方体、正方体、多面体和椭圆体中的一种；所述氮化铝薄膜棒与所述圆锥体顶点的距离为200-400nm，所述氮化铝薄膜棒的长宽或直径为20-150nm。

进一步地，所述U-GaN层的厚度为1.95um-2.8um。