专利名称：低位错密度led芯片的制备方法
技术领域：
本发明低位错密度LED芯片的制备方法，属于LED芯片制造技术领域。
背景技术：
近年来，以GaN和SiC为代表的第三代宽禁带半导体材料受到人们广泛关注和大
力研究，尤其是ni-v族氮化物半导体材料以及与它们相关的合金和异质结材料，在高温、
高频大功率器件方面具有很大的优势。 目前，高亮度的蓝绿LED已经研制成功，但是高的穿透位错密度的存在限制了这些器件性能的进一步提高，因此在实现高性能的LED方面能否取得突破性进展，降低GaN位错密度至关重要。 GaN基半导体有一些严重缺陷，其GaN基LED位错密度10S-l(Tcm—2。且GaN基LED的内量子效率主要受位错密度、多量子阱中压电场合量子阱横向形状等影响，通过降低位错密度和极化效应来最大限度增加LED的内量子效率。 GaN和蓝宝石之间存在很大的晶格失配和热失配，通常先在衬底上生长晶格常数渐变或者突变的缓冲层，然后在外延生长GaN。尽管缓冲层技术已很成熟，但用此技术生长得到的GaN薄膜仍具有很高的位错密度，对器件性能影响很大。 早期采用侧向外延技术首先是在蓝宝石衬底上生长一定厚度的GaN之后中断生长，将样品从反应室中取出，再在GaN上制备具有周期性的掩膜图形，采用Si(^作为掩膜层材料，而后将样品放回反应室继续生长，直至获得表面平整的薄膜。这种技术的特点是需间断生长，不利于节省时间，降低成本，而且将样品从反应室取出进行掩膜处理，不可避免地对样品造成污染
发明内容
为克服现有技术的不足，本发明提供一种能减低位错密度LED芯片的制造方法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是低位错密度LED芯片的制备方法，包括以下步骤 第一步，在C面蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；
第二步，在GaN缓冲层上蒸镀透明的N型电极；
第三步，在N型电极上逐层蒸镀Ni、Ag、Ti、Au形成反射层； 第四步，在反射层上生长一层厚度不小于50ym的金属层；利用干法刻蚀技术将这层金属层制备成平整的、周期性的金属热沉单元层，间隔100-200 ii m ;
第五步，在金属热沉单元层上外延生长N型GaN层； 第六步，在N型GaN层上生长有源层，采用四元AlInGaN作为多量子阱层材料；
第七步，在有源层上生长P型GaN层；
第八步，在P型GaN层上生长P型电极。 所述的反射层总厚度在100-200nm，彼此间相互连接，形成导电网络。
所述的金属热沉单元层的厚度为50 ii m。 用CF4处理P型GaN层表面，在P型GaN层表面逐层蒸镀Ti 、 Al 、 Ni 、 Au形成多层结构，总厚度在300-1000nm，得到非合金化的P型GaN的欧姆接触。
本发明低位错密度LED芯片的制备方法同现有技术相比具有以下有益效果
本发明在外延生长GaN前，先生长一层图形化的金属热沉，再采用侧向外延技术可有效降低外延层的位错密度。采用本方法制备的LED的位错密度降低10X-30X。阴极荧光谱增强10% -30%，，电致发光谱强度增强10% -30%。 本发明首先利用干法刻蚀技术将蓝宝石衬底制备成具有周期性条纹的图形衬底，形成台面和凹槽，之后用于生长GaN，这样GaN不用从反应室中取出，不会对其产生污染，节省了时间、降低了制造成本。
下面结合附图对本发明作进一步说明 图1为按照本发明的制成的产品的结构示意图。 图中1为C面蓝宝石衬底、2为GaN缓冲层、3为N型电极、4为反射层、5为金属热沉单元层、6为N型GaN层、7为有源层、8为P型GaN层、9为P型电极。
具体实施例方式
低位错密度LED芯片的制备方法，包括以下步骤 第一步，在C面蓝宝石衬底1上生长GaN缓冲层2 ;第二步，在GaN缓冲层上蒸镀透明的N型电极3 ;第三步，在N型电极3上逐层蒸镀Ni、Ag、Ti、Au形成反射层4 ;第四步，在反射层4上生长一层厚度不小于50 m的金属层；利用干法刻蚀技术将这层金属层制备成平整的、周期性的金属热沉单元层5，间隔100-200 m ;第五步，在金属热沉单元层5上外延生长N型GaN层6 ;第六步，在N型GaN层6上生长有源层7，采用四元AlInGaN作为多量子阱层材料；第七步，在有源层7上生长P型GaN层8 ;第八步，在P型GaN层8上生长P型电极9。 所述的反射层4总厚度在100-200nm，彼此间相互连接，形成导电网络。金属热沉单元层5的厚度为50 ii m。用CF4处理P型GaN层8表面，在P型GaN层8表面逐层蒸镀Ti、Al、Ni、Au形成多层结构，总厚度在300-1000nm，得到非合金化的P型GaN的欧姆接触。
如图1所示， 一种能减低位错密度的LED芯片，包括C面蓝宝石衬底1、 GaN缓冲层2、N型电极3、反射层4、金属热沉单元层5、N型GaN层6、有源层7、P型GaN层8和P型电极9，其结构为C面蓝宝石衬底1的上方自下而上依次设置有GaN缓冲层2、N型电极3、反射层4、金属热沉单元层5、 N型GaN层6、有源层7、 P型GaN层8和P型电极9。
金属热沉单元层5厚度不小于50微米，金属热沉单元层5的横向为间隔控制100-200 ym之间的呈周期性分布的小单元，金属热沉单元层5可有效降低LED芯片的位错密度。 反射层4逐层由Ni、Ag、Ti、Au金属组成，为多量子阱结构，Ni层分别联结Ag层和N型电极3。 N型电极3由氧化的Ni和Au组成。
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P型电极9和P型GaN层8之间为欧姆接触。
有源层7的材料为AlInGaN。
权利要求
低位错密度LED芯片的制备方法，其特征在于包括以下步骤第一步，在C面蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；第二步，在GaN缓冲层上蒸镀透明的N型电极；第三步，在N型电极上逐层蒸镀Ni、Ag、Ti、Au形成反射层；第四步，在反射层上生长一层厚度不小于50μm的金属层；利用干法刻蚀技术将这层金属层制备成平整的、周期性的金属热沉单元层，间隔100-200μm；第五步，在金属热沉单元层上外延生长N型GaN层；第六步，在N型GaN层上生长有源层，采用四元AlInGaN作为多量子阱层材料；第七步，在有源层上生长P型GaN层；第八步，在P型GaN层上生长P型电极。
2. 根据权利要求所述的低位错密度LED芯片的制备方法，其特征在于所述的反射层总厚度在100-200nm，彼此间相互连接，形成导电网络。
3. 根据权利要求1所述的低位错密度LED芯片的制备方法，其特征在于所述的金属热沉单元层的厚度为50 ii m。
4. 根据权利要求1所述的低位错密度的LED芯片的制备方法，其特征在于用CF4处理P型GaN层表面，在P型GaN层表面逐层蒸镀Ti、 Al、 Ni、 Au形成多层结构，总厚度在300-1000nm，得到非合金化的P型GaN层的欧姆接触。
全文摘要
本发明公开了一种低位错密度LED芯片的制备方法，属于LED芯片制造技术领域，本发明提供一种能减低位错密度LED芯片的制造方法。采用的技术方案是低位错密度LED芯片的制备方法，包括以下步骤第一步，在C面蓝宝石衬底上生长GaN缓冲层；第二步，在GaN缓冲层上蒸镀透明的N型电极；第三步，在N型电极上逐层蒸镀Ni、Ag、Ti、Au形成反射层；第四步，在反射层上生长一层厚度不小于50μm的金属层；利用干法刻蚀技术将这层金属层制备成平整的、周期性的金属热沉单元层，间隔100-200μm；第五步，在金属热沉单元层上外延生长N型GaN层；第六步，在N型GaN层上生长有源层，采用四元AlInGaN作为多量子阱层材料；第七步，在有源层上生长P型GaN层；第八步，在P型GaN层上生长P型电极；本发明应用在LED芯片设计与制造领域。
文档编号H01L33/06GK101777614SQ20101003335
公开日2010年7月14日 申请日期2010年1月5日 优先权日2010年1月5日
发明者伍永安, 高绍兵 申请人:山西乐百利特科技有限责任公司