紫外LED外延片及其制备方法与流程

本发明涉及led技术领域，尤其是一种紫外led外延片及其制备方法。

背景技术：

在波长短于385nm的(al)gan基紫外led结构中，通常会使用n型algan层替代n型gan作为n型电流扩展层，以减少对有源区发射紫外光子的吸收。但是，由于al原子的表面迁移率很低，在衬底上直接生长n型algan比较困难，会导致高密度的晶体缺陷，制约紫外led的发光效率和可靠性。

为了减少紫外led中n型algan层的晶体缺陷，一般会在衬底上先生长一层低缺陷密度的gan，之后再生长n型algan电流扩展层。但由于晶格常数差异，algan在gan上会受到较大的张应力，很容易产生高密度的破坏性裂纹。另外，在波长短于385nm的(al)gan基紫外led芯片的制程中，需要完全去掉n型algan电流扩展层之前的gan外延层以消除gan对紫外光的强烈吸收。由于外延片内和外延片间的厚度并不均匀，设定刻蚀深度的传统方法并不能保证gan外延层被刻蚀完全。

技术实现要素：

为了克服以上不足，本发明提供了一种紫外led外延片及其制备方法，有效缓解现有紫外led外延片中出现的压应力较大等技术问题。

本发明提供的技术方案为：

一种紫外led外延片，包括：生长衬底、低缺陷密度gan层、图形中间层、n型algan电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，所述低缺陷密度gan层、图形中间层、n型algan电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于所述生长衬底表面，其中，图形中间层由gan条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。

本发明还提供了一种紫外led外延片制备方法，包括：

s1在mocvd系统中，在生长衬底表面生长低缺陷密度gan层；

s2将生长有低缺陷密度gan层的生长衬底从mocvd系统中降温取出，采用光刻工艺在所述低缺陷密度gan层上制备图形中间层；所述图形中间层由gan条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间；

s3将表面制备有低缺陷密度gan层和图形中间层的生长衬底放入mocvd系统中，在高温、低压、高v/iii比的外延横向生长条件下生长n型电流扩展层，同时保持图形中间层的条形柱子之间的中空结构，而后在n型algan电流扩展层上依次生长有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外led外延片的制备。

在本发明提供的紫外led外延片中，在生长衬底上生长一层低缺陷密度gan层后在该gan层上制作微米尺寸的图形中间层；之后，利用外延横向生长技术在gan条状图形(图形中间层)上生长平整的n型algan电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层。可有效减小紫外led外延结构中n型algan电流扩展层受到的张应力，避免外延层中的裂纹；及降低n型algan电流扩展层中的晶体缺陷密度，提高紫外led光效和可靠性。再有，在后续的芯片制程粗化工艺中，相比于没有图形中间层的结构，腐蚀液对图形中间层沟槽的横向钻蚀可以更加精准的完全去除gan层，并同时在芯片表面产生粗化形貌。

附图说明

图1为本发明中紫外led外延片结构示意图；

图2～4为本发明中紫外led外延片制备流程图。

附图标记：

1-生长衬底，2-低缺陷密度gan层，3-图形中间层，4-n型algan电流扩展层，5-有源区发光层，6-p型电流扩展层。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

如图1所示为本发明提供的紫外led外延片结构示意图，包括：生长衬底1、低缺陷密度gan层2、图形中间层3、n型algan电流扩展层4、有源区发光层5(ingan/algan多量子阱结构)及p型电流扩展层6(algan层)，低缺陷密度gan层2、图形中间层3、n型algan电流扩展层4、有源区发光层5及p型电流扩展层6依次生长于生长衬底表面，其中，图形中间层3由gan条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。

在生长过程中，首先，在mocvd系统中，在生长衬底表面生长厚度在1000～1500nm之间的低缺陷密度gan层，如图2所示；之后，将外延片从mocvd系统中降温取出，采用光刻工艺在低缺陷密度gan层上制备图形中间层(蚀刻低缺陷密度gan层得到)，其中，图形中间层厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间，如图3所示；接着，将制有图形中间层的外延片放入mocvd系统中，在图形中间层表面继续生长n型algan电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外led外延片的制备，如图4所示。

以下通过一实例对紫外led外延片的制备过程进行进一步说明：

首先，将蓝宝石衬底放置到mocvd反应室中，将反应室温度设定在800～1200℃，往反应室中通入三甲基镓(tmga)、氨气(nh3)，在h2作为载气的条件下生长厚度为1200nm的低缺陷密度gan层。

接着，将mocvd设备降温后取出外延片，并用boe清洗液对外延片表面进行清洗；之后，使用光刻胶在外延片表面制备高度为2μm、宽度为10μm的条状图形，且条状图形之间的间隔为10μm。接着，对低缺陷密度gan层进行icp刻蚀，得到高度为1.5μm、宽度为10μm、间隔为10μm的gan条状图形，完成图形中间层的制备。

接着，将光刻后的外延片放回mocvd设备，将反应时温度设定在1100℃左右，气压设定在70torr，往反应室中通入三甲基镓(tmga)、三甲基铝(tmal)及氨气(nh3)，以硅烷(sih4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×10¹⁸cm^-3，生长n型电流扩展层，生长出来的n型电流扩展层为al组分7％的n型al0.07ga0.93n层，厚度3000nm。

之后，以氮气(n2)作为载气，在800℃下生长in0.02ga0.98n量子阱层，升温到950℃，生长al0.15ga0.85n势垒层，重复生长7对制备得到有源发光层。具体，有源发光层为7对in0.02ga0.98n/al0.15ga0.85n(3nm/15nm)多量子阱结构，发光波长约为365nm，属于近紫外波段。al0.15ga0.85n势垒层中硅掺杂浓度为2×10¹⁸cm^-3，in0.02ga0.98n量子阱层为非故意掺杂。

最后，以h2或者n2作为载气，通入tmal、tmga及nh3，且以二茂镁(cp2mg)作为掺杂剂在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层5，厚度为80nm。

应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。