一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片及其制备方法与流程

文档序号:12275287阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片,其特征在于,自上而下依次包括腐蚀阻挡层、AlInP下限制层、多量子阱发光区、AlInP上限制层、电流扩展层、SiC衬底或Si衬底,所述腐蚀阻挡层上设有凸起结构体及凹陷结构体。

2.根据权利要求1所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片,其特征在于,所述腐蚀阻挡层上周期性设有若干个所述凸起结构体及若干个所述凹陷结构体,所述凸起结构体之间的间隔为100-1000nm,所述凹陷结构体之间的间隔为100-1000nm,所述凹陷结构体凹下去的深度为3-5um,所述凸起结构体凸起的高度为100-10000nm;

进一步优选的,所述凸起结构体之间的间隔为500nm,所述凹陷结构体之间的间隔为500nm,所述凹陷结构体凹下去的深度为3um。

3.如权利要求1或2所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,具体步骤包括:

(1)利用干法刻蚀方法,在原始SiC或Si衬底表面刻蚀,制作SiC或Si图案衬底;

(2)在SiC或Si图案衬底表面,由下至上依次生长GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层、AlGaInP粗化层、AlInP下限制层、多量子阱发光区、AlInP上限制层和电流扩展层;

(3)在电流扩展层上镀一层Al、Au或Ag,得反光金属层,并将反光金属层键合在一个新的SiC或Si衬底上;

(4)腐蚀步骤(3)键合好的外延片,剥离原始SiC或Si衬底,腐蚀GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层,形成凸起结构体或凹陷结构体,即得。

4.根据权利要求3所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,由下至上依次生长GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层,具体步骤包括:

a、将SiC或Si图案衬底放在MOCVD设备生长室内,H2环境下,升温至780-820℃烘烤20-40min,并通入AsH3,去除所述SiC或Si图案衬底表面水、氧,完成表面热处理;

b、降温至560--580℃,通入TMGa和AsH3,在所述SiC或Si图案衬底上生长厚度为50-500nm的GaAs低温缓冲层,掺杂浓度为1E17-5E18个原子/cm3

c、升温至730-770℃,继续通入TMGa和AsH3,在GaAs低温缓冲层上生长厚度为0.5-1um的GaAs高温缓冲层,掺杂浓度为1E17-8E18个原子/cm3

d、保持温度730-770℃,继续通入TMAl、TMGa、TMIn和PH3,在GaAs高温缓冲层上生长厚度为1-5um的AlGaInP粗化层,即n型(AlxGa1-x)yIn1-yP腐蚀阻挡层,掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3,x的取值范围为0.3-0.5,y的取值范围为0.4-0.6;

e、保持温度730-770℃,在AlGaInP粗化层上生长厚度为0.5-2um的AlInP下限制层,即n型(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P下限制层,掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3,x1的取值范围为0.8-1,y1的取值范围为0.4-0.6;

f、保持温度730-770℃,在AlInP下限制层上生长厚度为0.1-0.3um的多量子阱发光区,即阱(Alx2Ga1-x2)y2In1-y2P/垒(Alx3Ga1-x3)y3In1-y3P多量子阱发光区,掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3,0≤x2<y2≤1,0≤x3<y3≤1;

g、保持温度730-770℃,在多量子阱发光区上生长厚度为0.1-3um的AlInP上限制层,即p型(Alx4Ga1-x4)y4In1-y4P上限制层,掺杂浓度为1E18-5E18个原子/cm3,0≤x4≤1,0≤y4≤1;

h、升温至760-800℃,在AlInP上限制层上生长厚度为1-5um的电流扩展层,即p型GaP电流扩展层,掺杂浓度为5E18-5E19个原子/cm3

5.根据权利要求4所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,所述步骤b,在所述SiC或Si图案衬底上生长厚度为100nm的GaAs低温缓冲层,掺杂浓度为1E18个原子/cm3

所述步骤c,在GaAs低温缓冲层上生长厚度为0.8um的GaAs高温缓冲层,掺杂浓度为2E18个原子/cm3

所述步骤d,在GaAs高温缓冲层上生长厚度为3um的AlGaInP粗化层,即n型(AlxGa1-x)yIn1-yP腐蚀阻挡层,掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3,x的取值为0.4,y的取值为0.5;

所述步骤e,在AlGaInP粗化层上生长厚度为2um的AlInP下限制层,即n型(Alx1Ga1-x1)y1In1-y1P下限制层,掺杂浓度为1E18个原子/cm3,x1的取值范围为1,y1的取值范围为0.5;

所述步骤f,在AlInP下限制层上生长厚度为0.1um的多量子阱发光区,掺杂浓度为1.5E18个原子/cm3

所述步骤g,在多量子阱发光区上生长厚度为1um的AlInP上限制层,掺杂浓度为1E18个原子/cm3

所述步骤h,在AlInP上限制层上生长厚度为3um的电流扩展层,掺杂浓度为1E19个原子/cm3

6.根据权利要求4所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,MOCVD设备的压力为50-200mbar;

所述GaAs低温缓冲层、所述GaAs高温缓冲层、AlGaInP粗化层、AlInP下限制层的N型掺杂源为Si2H6;所述AlInP上限制层和所述电流扩展层的P型掺杂源为Cp2Mg;

所述H2的流量为8000-50000sccm;所述TMGa的纯度为99.9999%,所述TMGa的恒温槽的温度为(-5)-15℃;所述TMIn的纯度为99.9999%,所述TMIn的恒温槽的温度为15-20℃;所述TMAl的纯度为99.9999%,所述TMAl的恒温槽的温度为10-28℃;所述AsH3的纯度为99.9999%;所述Si2H6的纯度为99.9999%;所述Cp2Mg的纯度为99.9999%,所述Cp2Mg的恒温槽的温度为0-25℃。

7.根据权利要求3所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,所述步骤(1),具体包括:

(Ⅰ)在原始SiC或Si衬底上蒸镀厚度为600-1000埃的SiO2

(Ⅱ)在SiO2上均匀涂抹光刻胶,并覆上不同的预先刻制的图案掩膜版;图案掩膜版包括圆形、棱形、三角形;

(Ⅲ)将被图案掩膜版覆盖的以外的地方曝光,利用光刻机刻出掩膜图案;

(IV)放入NaOH溶液中10-60秒显影,露出带掩膜图案的SiO2,用HF酸腐蚀掉SiO2,暴露出SiC衬底;

(Ⅴ)用丙酮腐蚀掉掩膜图案上的光刻胶,露出下面的SiO2掩膜,利用掩膜图案下面露出的SiO2掩膜,通过ICP工艺,在暴露出SiC衬底刻出凹面,形成纵横交错的沟道;刻蚀完毕后,放入HF酸腐蚀掉掩膜图案下面露出的SiO2掩膜,形成预先设计的小圆柱、小三角柱、菱形柱。

8.根据权利要求7所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,NaOH溶液质量浓度为1%-10%,HF酸腐蚀掉掩膜图案时间为1-3分钟;

进一步优选的,NaOH溶液质量浓度为3%,HF酸腐蚀掉掩膜图案时间为1分钟。

9.根据权利要求3所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,所述步骤(4),具体包括:

(Ⅵ)将键合好的外延片放入HF酸中腐蚀3-5分钟,使得原始SiC衬底或Si衬底与其上的GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层之间有了纵横交错的空隙;

(Ⅶ)将外延片放入到KOH溶液中,KOH溶液进入纵横交错的空隙腐蚀GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层2-5分钟,KOH溶液的质量浓度为40%-60%,使原始SiC衬底或Si衬底脱落,露出表面规则的凸起结构体、凹陷结构体的腐蚀阻挡层,得到了粗化倒装GaAs基LED外延片。

10.根据权利要求9所述的一种SiC或Si图案衬底上生长的粗化倒装GaAs基LED外延片的方法,其特征在于,将键合好的外延片放入HF酸中腐蚀3分钟,所述KOH溶液的质量浓度为50%,KOH溶液进入纵横交错的空隙腐蚀GaAs低温缓冲层、GaAs高温缓冲层4分钟。

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