一种氮化物发光二极管的制作设备和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电器件、光电生长设备领域，特别是一种氮化物发光二极管的制作设备和方法。
【背景技术】
[0002]现今，发光二极管(LED)，特别是氮化物发光二极管因其较高的发光效率，在普通照明领域已取得广泛的应用。但是，由于氮化物发光二极管的同质外延衬底价格昂贵且制备困难，一般采用蓝宝石、硅、SiC等衬底进行异质外延生长，而异质外延生长因晶格失配，容易产生大量的位错密度，导致器件的性能下降。为了降低位错密度，可以采用腐蚀位错的方法，将氮化镓外延片的位错去除，以降低非辐射复合中心。但是，在多量子阱生长完后，产生的位错凹坑V-pits尺寸仅有几十至几百纳米，酸性或碱性溶液难以渗透，导致难以腐蚀掉位错。
[0003]鉴于现有技术的难以有效地腐蚀位错和位错凹坑V-pits问题，因此有必出一种新的氮化物发光二极管的制作设备和方法。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是:提供一种氮化物发光二极管的制作设备和方法，在外延片上制作圈状电极并加电场，然后倒置放在可使外延片高速旋转的碱性溶液中，OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-pits并穿透腐蚀其下方的位错，从而制作具有无位错V型空气层的多量子阱和不固定形状空气层的N型氮化物及缓冲层的发光二极管，降低非辐射复合，减少位错的吸光，空气层可提升光的反射，提升发光二极管的效率。
[0005]根据本发明的第一方面，一种氮化物发光二极管的制作设备，包含盛放碱性溶液的容器、承载盘、旋转轴及马达、电路等，将放置在承载盘上的外延片加电场，并使其高速旋转，由于OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-pits并穿透腐蚀其下方的位错，从而制作具有无位错V型空气层的多量子阱和不固定形状空气层的N型氮化物及缓冲层的发光二极管，降低非辐射复合，减少位错的吸光，同时，空气层可提高光的反射，提升发光二极管的效率。
[0006]进一步地，所述制作设备可以将放置在承载盘上的外延片施加电场，并使其高速旋转。
[0007]进一步地，所述外延片加电场的电压为+/-1000V，旋转的转速为l~1000rpm。
[0008]根据本发明的第二方面，一种氮化物发光二极管的制作方法，包含以下步骤:
(1)采用金属有机化学气相沉积(M0CVD)，在衬底上依然外延生长缓冲层、N型氮化物和多量子讲；
(2)将生长至多量子阱的外延片取出，制作圈状的N型电极；
(3)将具有N型电极的外延片倒置放在盛有碱性溶液的腐蚀设备中，然后施加正电场，转动旋转轴和马达使外延片高速旋转，施加正电场后，N型氮化物带正电，OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-pits并穿透腐蚀其下方的位错，而生成的不带电的Ga(OH)3则在重力和旋转离心力作用下快速地流出外延层，以进一步加快OH-离子对位错的腐蚀；
(4)将腐蚀去除完位错的外延片取出，重新放入MOCVD的反应室进行二次外延生长P型氮化物和P型接触层，最终制作具有无位错V型空气层量子阱和不固定形状空气层的N型氮化物及缓冲层的发光二极管。
[0009]进一步地，所述步骤(I)衬底为蓝宝石、娃、碳化娃、氮化镓等。
[0010]进一步地，所述步骤(I)、(4)采用的金属有机化学气相沉积的温度为500~1500度，压强为50~500Torr，通入氨气和有机金属源(TMGa、TEGa, TMIn, TMA1、Cp2Mg)，N型掺杂气体为硅烷，载气为氮气或氢气，控制生长条件进行不同外延层的生长。
[0011]进一步地，所述步骤(2)采用光刻技术蚀刻圈状的N型电极，电极的宽度为10nm~10mm，优选电极宽度为I μπι。
[0012]进一步地，所述步骤(3)碱性溶液(Κ0Η、NaOH等)，优选KOH溶液，溶液的温度为25-500 度，浓度为 1~100%。
【附图说明】
[0013]图1为传统氮化物发光二极管的结构示意图。
[0014]图2为传统氮化物发光二极管长完多量子讲的AFM图。
[0015]图3为本发明实施例的氮化物发光二极管长完多量子阱后制作N型圈状电极的截面示意图。
[0016]图4为本发明实施例的氮化物发光二极管长完多量子阱后制作N型圈状电极的俯视示意图。
[0017]图5为本发明实施例的氮化物发光二极管的位错凹坑V-pits及位错线的腐蚀原理示意图。
[0018]图6为本发明实施例的具有无位错的V型空气层量子阱和不固定形状N型氮化物及缓冲层的发光二极管的示意图。
[0019]图示说明:100:蓝宝石衬底；101:氮化物缓冲层；102:N型氮化物；103:多量子讲；104:P型氮化物；105:P型接触层；106a:腐蚀前的位错凹坑V-pits ；106b:无位错的无固定形状空气层；107a:腐蚀前的N型氮化物及缓冲层的位错线；107b:去除位错后形成具有无位错的V型空气层；108:N型圈状电极；109:电线；110:承载盘；111:旋转轴及马达。
【具体实施方式】
[0020]本发明提出的一种氮化物发光二极管的制作设备和方法。传统的氮化物发光二极管一般采用异质外延，其结构如图1所示，包含:蓝宝石衬底100，氮化物缓冲层101，N型氮化物102，多量子阱103，P型氮化物104，P型接触层105，腐蚀前的位错凹坑V-pits 106a，腐蚀前的N型氮化物及缓冲层的位错线107a。由于异质外延产生晶格失配，容易产生大量的位错线107a，特别是生长完多量子阱后会产生大量位错凹坑V-pits 106a，如图2所示。为了降低位错密度，可以采用腐蚀位错的方法，将氮化镓外延片的位错去除，以降低非辐射复合中心。但在多量子阱生长完后，产生的位错凹坑V-pits尺寸仅有几十至几百纳米，酸性或碱性溶液难以渗透，导致难以腐蚀掉位错。
[0021]为了解决位错凹坑V-pits 106a和位错线107a难以腐蚀的困难，本实施例提出一种新的氮化物发光二极管的制作设备和方法。首先，采用MOCVD外延生长氮化物发光二极管的结构至多量子阱，然后，采用光刻的方法蚀刻出N型圈状电极108，电极的宽度为I μπι，如图3和4所示。然后，将外延片放入放在盛有KOH碱性溶液的腐蚀设备中，，如图5所示，外延片倒置放在承载盘110中，电极接上电线109，施加正电场，使N型氮化物一侧产生正极；接着，开启马达及旋转轴111，使外延片高速旋转，OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-pits并穿透腐蚀其下方的位错。而生成的不带电的Ga(OH)lJlj在重力和旋转离心力作用下快速地流出外延层，以进一步加快OH-对位错的腐蚀，从而去除位错，在多量子阱层形成具有无位错的V型空气层107b，在N型氮化物及缓冲层形成无位错的无固定形状空气层106b。
[0022]最后，将腐蚀完位错的外延片取出，重新放入MOCVD的反应室进行二次外延生长P型氮化镓和P型接触层，最终制作具有无位错的V型空气层量子阱和不固定形状空气层的N型氮化物及缓冲层的发光二极管，如图6所示。
[0023]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非用于限定本发明，本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明做出各种修饰和变动，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应视权利要求书范围限定。
【主权项】
1.一种氮化物发光二极管的制作设备，其特征在于:包括盛放碱性溶液的容器、承载盘、旋转轴及马达、接电极的电线，将放置在承载盘上的外延片加电场，并使其高速旋转，由于OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-Pits并穿透腐蚀其下方的位错，从而制作具有无位错V型空气层的多量子阱和不固定形状空气层的N型氮化物及缓冲层的发光二极管，降低非辐射复合，减少位错的吸光，同时，空气层提高光的反射，提升发光二极管的效率。2.根据权利要求1所述的一种氮化物发光二极管的制作设备，其特征在于:所述外延片加电场的电压为+/-1000V，旋转的转速为1~1000 rpm。3.一种氮化物发光二极管的制作方法，包含以下步骤: (1)采用金属有机化学气相沉积(M0CVD)，在衬底上依次外延生长缓冲层、N型氮化物和多量子讲； (2)将生长至多量子阱的外延片取出，制作圈状的N型电极； (3)将具有N型电极的外延片倒置放在盛有碱性溶液的腐蚀设备中，然后施加正电场，转动旋转轴和马达使外延片高速旋转，施加正电场后，N型氮化物带正电，OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-pits并穿透腐蚀其下方的位错，同时，生成的不带电的Ga(OH)3则在重力和旋转离心力作用下快速地流出外延层，以进一步加快OH-离子对位错的腐蚀； (4)将腐蚀完位错的外延片取出，重新放入MOCVD的反应室进行二次外延生长P型氮化物和P型接触层，最终制作具有无位错的V型空气层量子阱和不固定形状N型氮化物及缓冲层的发光二极管。4.根据权利要求3所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述步骤(I)衬底为蓝宝石或硅或碳化硅或氮化镓。5.根据权利要求3所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述步骤(1)、(4)采用的金属有机化学气相沉积的温度为500~1500度，压强为50~500Torr。6.根据权利要求3所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述步骤(2)采用光刻技术蚀刻圈状的N型电极。7.根据权利要求3所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述电极的宽度为10nm~10mm。8.根据权利要求3所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)碱性溶液为KOH或NaOH。9.根据权利要求3所述的一种氮化物发光二极管的制作方法，其特征在于:所述步骤(3)碱性溶液的温度为25~500度，浓度为1~100%。
【专利摘要】本发明公开了一种氮化物发光二极管的制作设备和方法。传统氮化物发光二极管一般采种异质外延，因晶格失配会产生大量位错，特别在多量子阱生长完后会产生位错凹坑V-pits，其尺寸仅有几十至几百纳米，酸性或碱性溶液难以渗透，导致难以有效腐蚀去除位错。本发明在外延片上制作圈状N型电极并外加电场，倒置放在可使外延片高速旋转的碱性溶液中，OH-离子在电场作用下快速渗透腐蚀位错凹坑V-pits并穿透腐蚀其下方的位错，从而制作具有无位错V型空气层的多量子阱和不固定形状空气层的N型氮化物及缓冲层的发光二极管，降低非辐射复合，减少位错的吸光，同时，空气层可提高光的反射，提升发光二极管的效率。
【IPC分类】H01L33/00
【公开号】CN105161580
【申请号】CN201510523680
【发明人】郑锦坚, 钟志白, 寻飞林, 李志明, 杜伟华, 伍明跃, 周启伦, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申请人】厦门市三安光电科技有限公司
【公开日】2015年12月16日
【申请日】2015年8月25日