[发明专利]一种双镜面结构的LED外延片及其制备方法

说明书

本发明公开了一种双镜面结构的LED外延片的制备方法，(1)在MOCVD生长室中放入图形化蓝宝石衬底；(2)在450‑550℃下，通入三甲基铝、三甲基镓、氨气，在图形化蓝宝石衬底上生长出AlGaN缓冲层；(3)再在300‑450℃下，以150‑600sccm的流量通入铝源和/或铟源，在所述AlGaN缓冲层上获得铝和/或铟金属薄膜；(4)在真空条件下，快速升温至750‑1200℃，然后退火1‑10min，获得Al和/或In的金属纳米粒子；(5)然后，在900‑1200℃下，生长非故意掺杂GaN层；(6)接着按照标准的工艺依次生长n型GaN、InGaN/GaN量子阱和p型GaN。本发明的制备方法简化了工序，在生产成本基本不变的条件下，明显提高了LED外延片的出光效率。

技术领域

本发明属于半导体器件技术领域，具体涉及一种双镜面结构的LED外延片及其制备方法。

背景技术

随着LED芯片的大量使用，蓝宝石(化学式为Al₂O₃，三氧化二铝)衬底被广泛地应用于LED芯片的外延层中。蓝宝石衬底分为图形化蓝宝石衬底(Pattern SapphireSubstrate，简称：PSS)和平面蓝宝石衬底，其中，图形化蓝宝石衬底的表面具有尺寸在微米量级的图形阵列，平面蓝宝石衬底具有外延级抛光。通过使用图形化蓝宝石衬底，可以显著地改善LED芯片的外延层的晶体质量，并能通过衬底的图形阵列散射和反射提高出光效率。

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)的广泛应用得益于其诸多优点：光效高、体积小、坚固耐用、低热损耗、发光波段可控性强、光衰小、节能环保等。近年来，LED在显示屏、仪表背光源、交通信号显示、汽车尾灯及车内仪表显示和装饰，以及照明等领域得到了广泛应用。但LED照明的普及，有待其亮度的进一步提升和生产成本的进一步降低。目前传统的GaN基LED都是在蓝宝石衬底上采用MOCVD(Metal-Organic Chemical VaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方法异质外延生长得到。

在现有的LED外延片制备工艺当中，通常都是先在图形化蓝宝石上使用MOCVD生长一层较厚的GaN薄膜，接着使用PECVD制备一层SiO₂，并将其刻蚀成半球状规则分布图案，之后，再使用MOCVD继续生长LED；利用图形化蓝宝石衬底和SiO₂图案组成的结构，提高LED的出光效率。但是，现有的这些LED外延片制备工艺比较复杂，不仅需要变化两次生长设备，同时刻蚀步骤较多，尽管提高了出光效率，然而生产成本也明显增加，十分不利于大规模工业化生产。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种双镜面结构的LED外延片及其制备方法，显著降低大规模工业化生产LED外延片的成本。

本发明采用以下技术方案：

一种双镜面结构的LED外延片的制备方法，包括以下步骤：

(1)在MOCVD生长室中放入图形化蓝宝石衬底；

(2)在450-550℃下，通入三甲基铝、三甲基镓、氨气，在图形化蓝宝石衬底上生长出AlGaN缓冲层；

(3)再在300-450℃下，以150-600sccm的流量通入铝源和/或铟源，在所述AlGaN缓冲层上获得铝和/或铟金属薄膜；

(4)在真空条件下，快速升温至750-1200℃，然后退火1-10min，获得Al和/或In的金属纳米粒子，所述金属纳米粒子的直径为2-20nm；

(5)然后，在900-1200℃下，生长非故意掺杂GaN层；

(6)接着按照标准的工艺依次生长2-3μm的n型GaN、120-180nm的InGaN/GaN量子阱和150-500nm的p型GaN。