一种应力释放的GaN基发光二极管结构及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种能有效释放应力的GaN基发光二极管结构及制作方法。
【背景技术】
[0002]当前，在全球气候变暖问题日趋严峻的背景下，节约能源、减少温室气体排放成为全球共同面对的重要问题。以低能耗、低污染、低排放为基础的低碳经济，将成为经济发展的重要方向。在照明领域，以LED (发光二极管)为代表的半导体发光产品，具有节能、环保，以及光源寿命长、体积小等优点，正吸引着世人的目光。
[0003]目前商业化的GaN系发光二极管主要是采用金属有机化合物化学气相淀积MOCVD的方法外延生长在蓝宝石Al2O3衬底上得到的。然而，由于蓝宝石衬底与GaN系材料之间晶格常数及热膨胀系数的不同，在氮化物材料外延生长过程中，由于应力的作用容易引起外延层的翘曲，尤其是采用2英寸以上衬底生长时应力情况非常严重，一方面造成片内生长波长的明显偏差，另一方面容易造成芯片加工过程中外延层的破裂影响良率。因此，外延生长低应力材料的方法是GaN基LED制造的一项关键技术。
[0004]目前在蓝宝石衬底上生长氮化镓外延过程中，通过低温生长的GaN或AlN的缓冲层可以在一定程度上缓释晶格形变引发的应力，如已公开的日本专利JP2000124499和JP7312350，但是这一方法对于生长过程中的热应力的影响较小。中国专利CN1123937C采用在蓝宝石基板上下两面生长厚度相近的氮化镓薄膜层的方法来补偿应力失衡，但此方法工艺成本高。为了降低大尺寸衬底外延层的应力，专利CN102903812A提出了在蓝宝石基板内部通过隐形切割形成纵横交错的切割划痕的方法。在实际切割工艺过程中，划痕深度、形状等方面还需要对激光隐形切割工艺的激光能量大小、聚集位置、切割速度等参数进行精细调控才能实现真正的应力消除，工艺较为复杂。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的不足，本发明提供一种新型的能有效释放应力的GaN基发光二极管结构及制作方法，能够简单方便地释放大尺寸衬底外延的内部应力，提高外延层内波长的均匀性和降低芯片加工过程中外延层的破片率。
[0006]本发明的技术方案为:一种应力释放的GaN基发光二极管结构，包括蓝宝石衬底和GaN基外延层，其特征在于:所述蓝宝石衬底的生长面上设有纵横交错的条形隔离带或纵横交错的条形隔离沟槽，蓝宝石衬底的生长面上除隔离带或隔离沟槽以外的区域设置有GaN基外延层。
[0007]所述纵向隔离带为1-100条，横向隔离带为1-100条，每条隔离带的宽度为l_50umo
[0008]所述隔离带为由S12或SixNy制成的隔离带。
[0009]所述纵向隔离带相互平行，横向隔离带相互平行，相交的纵向隔离带和横向隔离带之间的夹角为0-90°。
[0010]所述纵向隔离沟槽数为1-100条，横向隔离沟槽数为1-100条，每条隔离沟槽的宽度为 l-50um。
[0011]所述纵向隔离沟槽相互平行，横向隔离沟槽相互平行，相交的纵向隔离沟槽和横向隔离沟槽之间的夹角为0-90°。
[0012]所述GaN基外延层包括自蓝宝石衬底生长面向外依次设置的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓材料层。
[0013]一种应力释放的发光二极管结构的制作方法，其特征在于:包括如下步骤:
A、米用PECVD(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposit1n)技术在蓝宝石衬底的生长面制作纵横交错的S12或SixNy的条形隔离带；
B、通过MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n)技术在蓝宝石衬底的生长面上除隔离带以外的区域生长GaN基外延层。
[0014]一种应力释放的发光二极管结构的制作方法，其特征在于:包括如下步骤:
A、采用ICP(InductivelyCoupled Plasma)刻蚀或湿刻工艺在蓝宝石衬底的生长面制作纵横交错的条形隔离沟槽；
B、通过MOCVD (Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n)技术在蓝宝石衬底的生长面上除隔离沟槽以外的区域生长GaN基外延层。
[0015]本发明的有益效果为:本发明采用了上述结构和方法，对蓝宝石衬底的生长面进行了生长隔离处理，在此衬底基础上通过MOCVD技术制备GaN基外延层材料，可以消除GaN基LED材料外延生长过程中产生的应力，提高了大尺寸衬底GaN基外延层的波长均匀性，提升GaN基LED芯片的产出良率。
【附图说明】
[0016]图1为第一实施例提供的具有S12条形隔离带的GaN基发光二极管结构的剖面示意图；
图2为第一实施例提供的具有S12条形隔离带的蓝宝石衬底的俯视示意图；
图3为第二实施例提供的具有SixNy条形隔离带的GaN基发光二极管结构的剖面示意图；
图4为第二实施例提供的具有SixNy条形隔离带的蓝宝石衬底的俯视示意图；
图5为第三实施例提供的具有条形隔离沟槽的GaN基发光二极管结构的剖面示意图； 图6为第三实施例提供的具有条形隔离沟槽的蓝宝石衬底的俯视示意图。
[0017]图中，1-蓝宝石衬底，2-GaN基外延层，3-隔离带，4 -隔离沟槽。
【具体实施方式】
[0018]下面结合附图对本发明的实施方式做更具体地说明:
第一实施例，本发明提供的GaN基发光二极管结构，截面如图1所示，包括具有条形S12隔离带3的蓝宝石衬底I和GaN基外延层2，其中GaN基外延层2包括氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓材料层。该实施例的制作方法如下所示:
1、通过PECVD在蓝宝石衬底的生长面上制作两行两列的S12条形隔离带3，如图2所示，每条S12隔离带3的厚度为15-20um，宽度为20um ；
2、在蓝宝石衬底的生长面上除隔离带以外的区域通过MOCVD生长形成GaN基外延层。
[0019]第二实施例，本发明提供的GaN基发光二极管结构，截面如图3所示，包括具有条形SixNy隔离带3的蓝宝石衬底I和GaN基外延层2，其中GaN基外延层2包括氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓材料层。该实施例的制作方法如下所示:
1、通过PECVD在蓝宝石衬底的生长面上制作单行单列的SixNy条形隔离带3，如图4所不，每条S12隔尚市3的厚度为10_15um，览度为20um ；
2、在蓝宝石衬底的生长面上除隔离带3以外的区域通过MOCVD生长形成GaN基外延层。
[0020]第三实施例，本发明提供的GaN基发光二极管结构，截面如图5所示，包括具有条形隔离沟槽4的蓝宝石衬底I和GaN基外延层2，其中GaN基外延层2包括氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、发光层、P型氮化镓材料层。该实施例的制作方法如下所示:
1、通过ICP工艺在蓝宝石衬底刻蚀两行两列的条形隔离沟槽4，如图6所示，隔离沟槽的深度为10-15um,宽度为20um ；
2、在蓝宝石衬底的生长面上除隔离沟槽以外的区域通过MOCVD生长形成GaN基外延层。
[0021]以上所列举的具体实施例，对蓝宝石衬底的生长面进行了生长隔离处理，一方面可以有效地释放GaN基LED材料外延生长过程中产生的应力，提高了大尺寸衬底GaN基LED外延层的波长均匀性，另一方面，也可以降低GaN基外延层的翘曲程度，从而提升在后续芯片制作过程中的产出良率。
[0022]上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理和最佳实施例，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。
【主权项】
1.一种应力释放的GaN基发光二极管结构，包括蓝宝石衬底和GaN基外延层，其特征在于:所述蓝宝石衬底的生长面上设有纵横交错的条形隔离带或纵横交错的条形隔离沟槽，蓝宝石衬底的生长面上除隔离带或隔离沟槽以外的区域设置有GaN基外延层。
2.根据权利要求1所述的应力释放的GaN基发光二极管结构，其特征在于:所述纵向隔离带为1-100条，横向隔离带为1-100条，每条隔离带的宽度为l-50um。
3.根据权利要求2所述的应力释放的GaN基发光二极管结构，其特征在于:所述纵向隔离带相互平行，横向隔离带相互平行，相交的纵向隔离带和横向隔离带之间的夹角为0-90。。
4.根据权利要求2或3所述的应力释放的GaN基发光二极管结构，其特征在于:所述隔离带为由S12或SixNy制成的隔离带。
5.根据权利要求1所述的应力释放的GaN基发光二极管结构，其特征在于:所述纵向隔离沟槽数为1-100条，横向隔离沟槽数为1-100条，每条隔离沟槽的宽度为l-50um。
6.根据权利要求5所述的应力释放的GaN基发光二极管结构，其特征在于:所述纵向隔离沟槽相互平行，横向隔离沟槽相互平行，相交的纵向隔离沟槽和横向隔离沟槽之间的夹角为0-90°。
7.根据权利要求1所述的应力释放的GaN基发光二极管结构，其特征在于:所述GaN基外延层包括自蓝宝石衬底生长面向外依次设置的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓材料层。
8.一种应力释放的发光二极管结构的制作方法，其特征在于:包括如下步骤: A、采用PECVD技术在蓝宝石衬底的生长面制作纵横交错的S12或SixNy的条形隔离带; B、通过MOCVD技术在蓝宝石衬底的生长面上除隔离带以外的区域生长GaN基外延层。
9.一种应力释放的发光二极管结构的制作方法，其特征在于:包括如下步骤: A、采用刻蚀工艺在蓝宝石衬底的生长面制作纵横交错的条形隔离沟槽； B、通过MOCVD技术在蓝宝石衬底的生长面上除隔离沟槽以外的区域生长GaN基外延层。
10.根据权利要求9所述的应力释放的发光二极管结构的制作方法，其特征在于:所述刻蚀工艺为ICP刻蚀工艺或湿刻工艺。
11.根据权利要求8-10所述的应力释放的GaN基发光二极管结构的制作方法，其特征在于:所述GaN基外延层包括自蓝宝石衬底生长面向外依次设置的氮化镓缓冲层、N型氮化镓层、发光层和P型氮化镓材料层。
【专利摘要】本发明公开了一种应力释放的GaN基发光二极管结构，包括蓝宝石衬底和GaN基外延层，其特征在于：所述蓝宝石衬底的生长面上设有纵横交错的条形隔离带或纵横交错的条形隔离沟槽，蓝宝石衬底的生长面上除隔离带或隔离沟槽以外的区域设置有GaN基外延层。本发明同时公开了这种GaN基发光二极管结构的制作方法，本发明能够简单方便地释放大尺寸衬底外延的内部应力，提高外延层内波长的均匀性并提升GaN基LED芯片的产出良率。
【IPC分类】H01L33-00, H01L33-20, H01L33-40
【公开号】CN104576865
【申请号】CN201310506888
【发明人】郝锐, 林振贤, 罗长得
【申请人】广东德力光电有限公司
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2013年10月25日