一种高亮度外延芯片结构的制作方法

文档序号:10212347阅读:228来源:国知局
一种高亮度外延芯片结构的制作方法
【技术领域】
[〇〇〇1] 本实用新型属于微纳米电子制造技术领域,涉及半导体材料,具体涉及一种高亮度外延芯片结构。
【背景技术】
[0002] 随着近来LED散热技术的改进,室外照明的大功率LED路灯、投光灯等LED大功率照明灯具已经实现工业化生产并开始被大量应用。对色温和显色性要求很高的室内照明的舞台灯、影棚灯等也已实现量产并投入应用。适用范围最大、用量也最大的通用照明的T8、T5、T4、灯管和代替白炽灯和节能灯的螺口球泡灯以形成系列化,使用寿命已高达5万小时。LED照明已进入高速发展期。
[0003]通常,LED的氮化镓系薄膜外延层主要生长在蓝宝石衬底上。蓝宝石衬底有许多的优点:首先,蓝宝石衬底的生产技术成熟、器件质量较好;其次,蓝宝石的稳定性很好,能够运用在高温生长过程中;最后,蓝宝石的机械强度高,易于处理和清洗。因此,大多数工艺一般都以蓝宝石作为衬底。但是目前的蓝宝石衬底因其结构的限制,使其对发光二极管的光提取效率低,降低了发光二极管的性能。

【发明内容】

[0004]本实用新型的目的在于提供一种高亮度外延芯片结构,该芯片结构提高了 LED的取光功率,增加了 LED的出光量,提高了 LED的性能。
[0005]为解决上述技术问题,本实用新型的技术方案是:
[0006]—种高亮度外延芯片结构包括蓝宝石复合衬底,所述蓝宝石复合衬底包括图形化蓝宝石图形层,所述图形化蓝宝石图形层上相邻图形的底部相互粘连;还包括依次设在所述蓝宝石复合衬底上的A1N缓冲层、未参杂的GaN层、N型氮化镓层、有源发光层和P型氮化镓层。
[0007]优选方式为,所述蓝宝石复合衬底还包括蓝宝石基板,所述蓝宝石基板上设有掩膜层,所述掩膜层经过光刻或腐蚀形成图形掩膜层,通过所述图形掩膜层保护腐蚀所述蓝宝石基板形成所述图形化蓝宝石图形层,所述图形化蓝宝石图形层上设有氧化铝层,所述氧化错层厚度为10?14nm或101?500nm。
[0008]优选方式为,所述掩膜层的厚度为10?5000nm。
[0009]优选方式为,所述掩膜层为Si02掩膜层,所述Si02掩膜层上的图形按正方或六方排列设置。
[〇〇1〇] 采用上述技术方案后,本实用新型的有益效果是:由于本实用新型的高亮度外延芯片结构,其中高亮度外延芯片结构包括蓝宝石复合衬底,并且该蓝宝石复合衬底包括图形化蓝宝石图形层,该图形化蓝宝石图形层上相邻图形的底部相互粘连;使蓝宝石复合衬底的光提取率高。同时本实用新型的高亮度外延芯片结构还包括依次设在蓝宝石复合衬底上的A1N缓冲层、未参杂的GaN层、N型氮化镓层、有源发光层和P型氮化镓层。而采用本实用新型的制备方法得到的高亮度外延芯片结构,其提高了 LED的取光功率,增加了 LED的出光量,提高了 LED的性能。
【附图说明】
[0011]图1是本实用新型中监宝石基板上设有Si02掩|旲层时的结构不意图;
[0012]图2是本实用新型中蓝宝石复合基板上设有图形掩膜层连时的结构示意图;
[0013]图3是本实用新型中蓝宝石复合基板上设有图形化蓝宝石图形层的结构示意图;
[0014]图4是本实用新型中的蓝宝石复合衬底的结构示意图;
[0015]图5是本实用新型高亮度外延芯片结构的结构示意图;
[0016]图中:1 一蓝宝石基板、2 — Si02掩膜层、3 —图形掩膜层、4一图形化蓝宝石图形层、5—氧化错层、6—A1N缓冲层、7—未参杂的GaN层、8—N型氣化嫁层、9一有源发光层、10—P型氮化镓层。
【具体实施方式】
[0017]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。
[0018]如图1、图2、图3、图4和图5所示,一种高亮度外延芯片结构包括蓝宝石复合衬底,蓝宝石复合衬底包括图形化蓝宝石图形层4,图形化蓝宝石图形层4上相邻图形的底部相互粘连。蓝宝石复合衬底还包括蓝宝石基板1,蓝宝石基板1上设有掩膜层,掩膜层经过光刻或腐蚀形成图形掩膜层3,通过图形掩膜层3保护腐蚀蓝宝石基板1形成图形化蓝宝石图形层4,图形化蓝宝石图形层4上设有氧化铝层5,氧化铝层5厚度为10?14nm或101?500nm。其中掩膜层的厚度为10?5000nm。掩膜层为Si02掩膜层2, Si02掩膜层2上的图形按正方或六方排列设置。
[0019]本实用新型的高亮度外延芯片结构还包括依次设在蓝宝石复合衬底上的A1N缓冲层6、未参杂的GaN层7、N型氮化镓层8、有源发光层9和P型氮化镓层10。本实施例的N型氮化镓层8、有源发光层9和P型氮化镓层10的覆盖面积小于未参杂的GaN层7的覆盖面积。其中N型氮化镓层8包括N型氮化镓缓冲层和N型氮化镓层。
[0020]本实用新型的高亮度外延芯片结构的制备方法,包括以下步骤:
[0021]先制备图形化蓝宝石图形层4,使图形化蓝宝石图形层4上相邻图形的底部相互粘连,形成蓝宝石复合衬底;
[0022]然后在蓝宝石复合衬底上溅射一层GaN层;
[0023]最后利用M0CVD,在蓝宝石复合衬底上依次生长低温的A1N缓冲层6、未参杂的GaN层7、N型氮化镓层8、有源发光层9和P型氮化镓层10,形成高亮度外延芯片结构。M0CVD是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。
[0024]本实施例中的蓝宝石复合衬底制备包括以下步骤:
[0025]取一块蓝宝石基板1,用硫酸双氧水清洗干净。
[0026]在蓝宝石基板1上生长一层保护的掩膜层,掩膜层包括Si02,掩膜层的厚度范围为10?5000nm;本实施例在蓝宝石基板1上是使用含5%SiH4的SiH4/N2混合气和N20气体利用等离子增强气相化学沉积沉积一层10?5000nm的Si02掩膜层2。
[0027]在掩膜层上涂覆一层光刻胶,利用光刻技术,对没有图形的区域进行光刻,而使有图形的区域被光刻胶保护,形成图形掩膜层3 ;
[0028]利用Β0Ε溶液或RIE刻蚀去除没有光刻胶保护的图形掩膜层3区域;利用Β0Ε在光刻胶图层的保护下对掩膜层进行腐蚀,得到图形按正方或六方排列设置的图形掩膜层3 ;
[0029]去除上述步骤中残余的光刻胶,形成图形化蓝宝石图形层4 ;
[0030]利用硫酸和磷酸溶液,在图形掩膜层3的保护下,腐蚀至蓝宝石基板1,使图形掩膜层3上相邻的图形底部粘连在一起,形成图形化蓝宝石图形层4 ;本实施例是利用浓H2S04与浓H3P04的混合溶液腐蚀蓝宝石基板1。
[0031]使用湿法清洗干净带有掩膜层的图形化蓝宝石基板1 ;
[0032]利用溅射设备,在图形化蓝宝石图形层4上沉积一层氮化铝,氧化铝的厚度为10?500nm,形成蓝宝石复合衬底。
[0033]综上,利用本实用新型制作的上述具有复合型的图形化蓝宝石衬底应用广泛,该蓝宝石复合衬底最上层氮化铝结构与氮化镓结构相似,能有效对氮化镓基的材料应力有效释放,减少氮化镓生长缺陷;同时该底部的蓝宝石结构图层对发光二极管的光提取效率的改善更为显著,该复合衬底可以比使用普通蓝宝石平片衬底生长的氮化镓基发光二极管的亮度提升45%以上,因此得到高亮度芯片结构。
[0034]以上所述本实用新型的较佳实施例而已,并不用以限制本实用新型,凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同一种高亮度外延芯片结构及设有该横梁的窑具结构的改进等,均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高亮度外延芯片结构,其特征在于,包括蓝宝石复合衬底,所述蓝宝石复合衬底包括图形化蓝宝石图形层,所述图形化蓝宝石图形层上相邻图形的底部相互粘连;还包括依次设在所述蓝宝石复合衬底上的A1N缓冲层、未参杂的GaN层、N型氮化镓层、有源发光层和P型氮化镓层。2.根据权利要求1所述的高亮度外延芯片结构,其特征在于,所述蓝宝石复合衬底还包括蓝宝石基板,所述蓝宝石基板上设有掩膜层,所述掩膜层经过光刻或腐蚀形成图形掩膜层,通过所述图形掩膜层保护腐蚀所述蓝宝石基板形成所述图形化蓝宝石图形层,所述图形化蓝宝石图形层上设有氧化铝层,所述氧化铝层厚度为10?14nm或101?500nm。3.根据权利要求2所述的高亮度外延芯片结构,其特征在于,所述掩膜层的厚度为10 ?5000nm。4.根据权利要求3所述的高亮度外延芯片结构,其特征在于,所述掩膜层为Si02掩膜层,所述Si02掩膜层上的图形按正方或六方排列设置。
【专利摘要】本实用新型公开了一种高亮度外延芯片结构,其包括蓝宝石复合衬底,并且该蓝宝石复合衬底包括图形化蓝宝石图形层,该图形化蓝宝石图形层上相邻图形的底部相互粘连;使蓝宝石复合衬底的光提取率高。同时本实用新型的高亮度外延芯片结构还包括依次设在蓝宝石复合衬底上的AlN缓冲层、未参杂的GaN层、N型氮化镓层、有源发光层和P型氮化镓层。而采用本实用新型的制备方法得到的高亮度外延芯片结构,其提高了LED的取光功率,增加了LED的出光量,提高了LED的性能。
【IPC分类】H01L33/12
【公开号】CN205122628
【申请号】CN201520893953
【发明人】许南发, 王瑞敏, 玄成帅, 郭文平
【申请人】山东元旭光电有限公司
【公开日】2016年3月30日
【申请日】2015年11月11日
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