專利名稱：一種新型氮化鎵基發(fā)光二極管的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種氮化鎵(GaN)基發(fā)光二極管的新型結(jié)構(gòu)，具體涉及一種氮化 鎵基發(fā)光二極管芯片通過化學(xué)氣相沉積外延形成的新型結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
目前，半導(dǎo)體照明的應(yīng)用日益廣泛。氮化鎵基發(fā)光二極管在這一領(lǐng)域得到廣泛研 究和應(yīng)用。氮化鎵基發(fā)光二極管以單色性好、壽命長(zhǎng)、響應(yīng)速度快、環(huán)境污染小、安全穩(wěn)定性 好等優(yōu)勢(shì)廣泛應(yīng)用于城市景觀、液晶背光、大屏幕顯示、信號(hào)指示、室內(nèi)外照明、特種照明等 各種領(lǐng)域。目前氮化鎵基發(fā)光二極管的亮度大約為60至701m/w，與熒光燈相當(dāng)，但因成本 關(guān)系仍不能顯示其室內(nèi)外照明的優(yōu)勢(shì)，因此，如何更好的提高氮化鎵基發(fā)光二極管的發(fā)光 效率仍是目前面臨的難點(diǎn)。氮化鎵基發(fā)光二極管主要通過化學(xué)氣相沉積制作。氮化鎵基發(fā)光二極管發(fā)光效率 的提高主要有以下四種方式1.提高氮化鎵基發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率，這是通過提高材 料質(zhì)量、提升結(jié)構(gòu)的科學(xué)性來實(shí)現(xiàn)；2.提高外部量子效率，是通過改善氮化鎵基發(fā)光二極 管外延芯片的出光面積，或者通過圖形化襯底，或者通過后期加工表面得以實(shí)現(xiàn)；3.通過 氮化鎵基發(fā)光二極管外延芯片制程的處理、通過封裝工藝的改進(jìn)；4.氮化鎵基發(fā)光二極管 芯片的出光表面粗化。其中，氮化鎵基發(fā)光二極管芯片的表面粗化是效率提高較多、制作過 程較簡(jiǎn)單的方式。目前，在化學(xué)氣相沉積外延氮化鎵基發(fā)光二極管過程中，化學(xué)氣相沉積外延生長(zhǎng) 氮化鎵基發(fā)光二極管的表面粗化是在高溫環(huán)境(例如900°C以上的高溫環(huán)境)下生長(zhǎng)的ρ 型氮化鎵層上通過在600-850°C的低溫環(huán)境下生長(zhǎng)ρ型GaN形成粗糙表面，這是因?yàn)榈蜏?成長(zhǎng)容易在出光表面形成凹陷(pits)，通過控制時(shí)間、溫度可以使凹陷變大變深，從而使出 光面積增大，進(jìn)而提高發(fā)光效率。如圖2所示，現(xiàn)有的化學(xué)氣相沉積外延生長(zhǎng)氮化鎵基發(fā) 光二極管是在襯底201上依次形成本征GaN層202、n型GaN層203、n型氮化鎵銦(InGaN) 層205、發(fā)光層206、ρ型氮化鎵鋁(AlGaN)層207和ρ型GaN層208。然后降低環(huán)境溫度 至600-85(TC，在ρ型GaN層208上形成粗化的ρ型GaN層210 (其上表面不平坦)。然后 通過光刻、刻蝕、鍍膜等技術(shù)形成ρ/η臺(tái)階、ρ型電極212和η型電極204。該粗化的ρ型 GaN層210的上端面通常具有尖銳的凸起，如圖2所示。然而這樣通過低溫生長(zhǎng)粗化的ρ型 GaN層210方式會(huì)導(dǎo)致所生長(zhǎng)的晶體的缺陷的增多，進(jìn)而導(dǎo)致晶體質(zhì)量變差，接觸層穩(wěn)定性 會(huì)降低。同時(shí)也導(dǎo)致氮化鎵基發(fā)光二極管器件的電致發(fā)光特性降低。并且，由于低溫生長(zhǎng) 的粗化的ρ型GaN層210的粗糙表面在微觀上容易形成尖銳的頂角而導(dǎo)致氮化鎵基發(fā)光二 極管的抗靜電能力差。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種氮化鎵基發(fā)光二極管及其結(jié)構(gòu)，由該結(jié)構(gòu)形成的 氮化鎵基發(fā)光二極管可以在實(shí)現(xiàn)出光表面粗化、提高器件的發(fā)光效率的同時(shí)，減少所生長(zhǎng)的P型氮化鎵接觸層的晶體的缺陷，提高P型氮化鎵接觸層穩(wěn)定性和氮化鎵基發(fā)光二極管 器件的電致發(fā)光特性；并且提高氮化鎵基發(fā)光二極管的抗靜電能力。根據(jù)本實(shí)用新型的一個(gè)方面，提供一種氮化鎵基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括 在襯底上依次形成本征氮化鎵層、η型氮化鎵層、η型氮化鎵銦層、發(fā)光層、ρ型氮化鎵鋁層 和第一 P型氮化鎵層，該結(jié)構(gòu)還包括在第一 ρ型氮化鎵層上形成異質(zhì)預(yù)處理層；和在異質(zhì)預(yù)處理層上形成第二 ρ型氮化鎵層。較佳地，異質(zhì)預(yù)處理層是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的；并且異質(zhì) 預(yù)處理層的厚度為1至2埃。較佳地，形成異質(zhì)預(yù)處理層的原料為硅烷、二環(huán)戊基鎂、二甲基鋅中的一種或者兩 種的組合。較佳地，第二 P型氮化鎵層的與異質(zhì)預(yù)處理層所在側(cè)相反一側(cè)的表面具有多個(gè)凸 起；其中多個(gè)凸起中的一部分的上端不尖銳。較佳地，第二 ρ型氮化鎵層是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的。根據(jù)本實(shí)用新型的另一個(gè)方面，提供一種氮化鎵基發(fā)光二極管，包括襯底、本征氮 化鎵層、η型氮化鎵層、η型氮化鎵銦層、發(fā)光層、ρ型氮化鎵鋁層和第一 P型氮化鎵層，該氮 化鎵基發(fā)光二極管還包括形成在第一 ρ型氮化鎵層上的異質(zhì)預(yù)處理層；和形成在異質(zhì)預(yù)處理層上的第二 ρ型氮化鎵層。較佳地，異質(zhì)預(yù)處理層是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的；并且異質(zhì) 預(yù)處理層的厚度為1至2埃。較佳地，形成異質(zhì)預(yù)處理層的原料為硅烷、二環(huán)戊基鎂、二甲基鋅中的一種或者兩 種的組合。較佳地，第二 ρ型氮化鎵層的與異質(zhì)預(yù)處理層所在側(cè)相反一側(cè)的表面具有多個(gè)凸 起；其中多個(gè)凸起中的一部分的上端不尖銳。較佳地，第二 ρ型氮化鎵層是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的。
圖1是顯示微觀形貌的根據(jù)本實(shí)用新型的氮化鎵基發(fā)光二極管100的示意性的側(cè) 視圖；圖2是顯示微觀形貌的現(xiàn)有常規(guī)的氮化鎵基發(fā)光二極管200的示意性的側(cè)視圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖說明本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例，本實(shí)用新型的特征、目的以及優(yōu)點(diǎn) 通過下面的描述將變得更加明顯。圖1是顯示微觀形貌的根據(jù)本實(shí)用新型的氮化鎵基發(fā)光二極管100的示意性的側(cè) 視圖；圖2是顯示微觀形貌的現(xiàn)有常規(guī)的氮化鎵基發(fā)光二極管200的示意性的側(cè)視圖。注
4意，附圖只是示意性的，并不在尺寸上構(gòu)成限制。這里，方位術(shù)語“上”是以本征氮化鎵層、η型氮化鎵層、η型氮化鎵銦層、發(fā)光層、 P型氮化鎵鋁層和第一 P型氮化鎵層在襯底上依次生長(zhǎng)而形成的方向?yàn)椤吧稀?。即，圖1的 上方為“上”。在本實(shí)用新型中，氮化鎵基發(fā)光二極管100主要通過化學(xué)氣相沉積制作。本實(shí)用 新型的氮化鎵基發(fā)光二極管100的結(jié)構(gòu)包括在襯底1上依次形成本征氮化鎵層2、η型氮化 鎵層3、η型InGaN層5、發(fā)光層6、ρ型AlGaN層7和第一 ρ型GaN層8。以上各層結(jié)構(gòu)與現(xiàn) 有技術(shù)相同，這里不作詳細(xì)說明。其中，發(fā)光層6是多層膜結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型的氮化鎵基發(fā)光二極管100的結(jié)構(gòu)還包括在第一 ρ型GaN層8上形 成異質(zhì)預(yù)處理層9 ；和在異質(zhì)預(yù)處理層9上形成第二 ρ型GaN層10。其中，異質(zhì)預(yù)處理層9是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的。所形成的 異質(zhì)預(yù)處理層9的厚度為1至2埃。形成異質(zhì)預(yù)處理層9的原料為硅烷(SiH4)、二環(huán)戊基 鎂(CP2Mg)、二甲基鋅(DMZn)中的一種或者兩種的組合。通過化學(xué)氣相沉積形成異質(zhì)預(yù)處理層9的條件包括形成異質(zhì)預(yù)處理層9時(shí)的環(huán) 境溫度在900°C以上。環(huán)境溫度最好是但不限于900°C至1050°C。通過化學(xué)氣相沉積形成 異質(zhì)預(yù)處理層9的條件還包括形成異質(zhì)預(yù)處理層9時(shí)的反應(yīng)室的壓力為50torr (托)至 650torro通過化學(xué)氣相沉積形成異質(zhì)預(yù)處理層9的條件還包括形成異質(zhì)預(yù)處理層9時(shí)的反 應(yīng)室的壓力為50torr (托)至650torr。通過化學(xué)氣相沉積形成異質(zhì)預(yù)處理層9的條件還包 括形成異質(zhì)預(yù)處理層9反應(yīng)時(shí)通入NH3、H2、N2的混合氣體，氣體的每分鐘總量為50slpm (標(biāo) 準(zhǔn)公升每分鐘流量值)至200slpm。具體地說，MV流量為5slpm至50slpm，H2流量為Oslpm 至lOOslpm，NH3流量為Oslpm至150slpm。具體地說，當(dāng)形成異質(zhì)預(yù)處理層9的原料為硅 烷時(shí)，化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)異質(zhì)預(yù)處理層9時(shí)通入預(yù)定濃度的SiH4 = H2混合氣，例如，濃度為 IOOppm至200ppm，流量為IOsccm至200sccm。從而形成異質(zhì)預(yù)處理層9。當(dāng)形成異質(zhì)預(yù)處 理層9的原料為二環(huán)戊基鎂時(shí)，化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)異質(zhì)預(yù)處理層9時(shí)通入預(yù)定濃度的二環(huán) 戊基鎂，例如，其實(shí)際摩爾流量為3E-07mOl/min (摩爾每分鐘)至3E-06mOl/min，從而形成 異質(zhì)預(yù)處理層9。當(dāng)形成異質(zhì)預(yù)處理層9的原料為二甲基鋅時(shí)，化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)異質(zhì)預(yù)處 理層9時(shí)通入預(yù)定濃度的二甲基鋅，例如，其濃度為8E-07mol/min至8E-06mol/min，從而 形成異質(zhì)預(yù)處理層9。另外，形成異質(zhì)預(yù)處理層9還可以是SiH4、CP2Mg、DMZn中的兩種的組 合，例如，當(dāng)形成異質(zhì)預(yù)處理層9的原料為CP2Mg和DMZn時(shí)，化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)異質(zhì)預(yù)處理 層9時(shí)通入預(yù)定濃度的CP2Mg和DMZn，例如，實(shí)際摩爾流量為6e-07mol/min的Cp2Mg和實(shí) 際摩爾流量為8e-07mOl/min的DMZn的共同參與反應(yīng)，從而形成異質(zhì)預(yù)處理層9。由于異質(zhì)預(yù)處理層9是在900°C以上的高溫環(huán)境下通過化學(xué)氣相沉積形成的，異 質(zhì)材料(硅、鎂或鋅)的遷移率得以提升，并且由于原子半徑比較小，容易在第一 P型GaN 層8的上表面的缺陷處結(jié)鍵，填補(bǔ)晶體中的缺陷，最終使得其向上延伸的缺陷發(fā)生偏轉(zhuǎn)、終 止。并且后續(xù)材料(第二 P型GaN層10)生長(zhǎng)取向?qū)l(fā)生改變，從而為ρ型粗化GaN層的 外延模式定下基礎(chǔ)。進(jìn)一步地說，在形成異質(zhì)預(yù)處理層9之后，在異質(zhì)預(yù)處理層9上形成第二 ρ型GaN 層10。與圖2所示的現(xiàn)有的通過在600-850°C的低溫環(huán)境下在ρ型GaN層208上形成粗化 的P型GaN層210不同，本實(shí)用新型的第二 ρ型GaN層10是在溫度為900°C以上的環(huán)境下以化學(xué)氣相沉積形成的。如此生長(zhǎng)的第二 P型GaN層10的與異質(zhì)預(yù)處理層9所在側(cè)相反 一側(cè)的表面具有多個(gè)凸起101。其中多個(gè)凸起101中的一部分的上端不尖銳。較佳地，大部 分甚至全部的凸起101的上端不尖銳。最好是，多個(gè)凸起101的上端為平面。如圖1所示， 從所述凸起101的側(cè)面看，所述凸起具有梯形101的形狀。這些凸起101在微觀上的特征 尺寸為例如亞微米級(jí)。這些凸起101在微觀上的特征尺寸還可以是為微米級(jí)或納米級(jí)。由于在900°C以上高溫環(huán)境下化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)的第二 ρ型GaN層10的上表面在 微觀上具有上端不尖銳的凸起101，因此，如此制造的第二 ρ型GaN層10抗靜電能力強(qiáng)。另外，由于在化學(xué)氣相沉積生長(zhǎng)第一 ρ型GaN層8的環(huán)境溫度為900°C以上，本實(shí) 用新型生長(zhǎng)異質(zhì)預(yù)處理層9和第二 ρ型GaN層10的環(huán)境溫度也為900°C以上，這樣就不需 要像背景技術(shù)那樣降低環(huán)境溫度，從而縮短生產(chǎn)的時(shí)間。進(jìn)一步地說，第二 ρ型GaN層10的生長(zhǎng)速率在0.3 μ m/hr (微米每小時(shí))至1 μ m/ hr之間。第二 ρ型GaN層10的厚度在0. 2μπι(微米)至1.7μπι之間。進(jìn)一步地說，第二 P型GaN層10可以摻雜，也可以為本征GaN層。在摻雜第二 ρ型GaN層10的情況下，最好 是鎂摻雜。Mg摻雜量可以是但不限于在1Ε18至1Ε21之間。在形成第二 ρ型GaN層10之后，在第二 ρ型GaN層10上形成ρ型GaN接觸層11。 P型GaN接觸層11的化學(xué)氣相沉積的外延溫度在900至1050°C之間，ρ型GaN接觸層11的 厚度為5nm至30nm。ρ型GaN接觸層11的表面形貌與，ρ型GaN接觸層11相一致。如圖1所示，本實(shí)用新型還提供一種氮化鎵基發(fā)光二極管100，包括襯底1、本征氮 化鎵層2、η型氮化鎵層3、η型氮化鎵銦層5、發(fā)光層6、ρ型氮化鎵鋁層7和第一 ρ型氮化 鎵層8，該氮化鎵基發(fā)光二極管100還包括形成在第一 ρ型氮化鎵層8上的異質(zhì)預(yù)處理層 9和形成在異質(zhì)預(yù)處理層9上的第二 ρ型氮化鎵層10。該氮化鎵基發(fā)光二極管100還包括 形成在第二 P型氮化鎵層10上的ρ型氮化鎵接觸層11。較佳地，異質(zhì)預(yù)處理層9是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)的環(huán)境下以化學(xué)氣相沉積形成 的；并且異質(zhì)預(yù)處理層9的厚度為1至2埃。例如，異質(zhì)預(yù)處理層9是在溫度為900°C以上 的環(huán)境下以化學(xué)氣相沉積形成的。較佳地，形成異質(zhì)預(yù)處理層9的材料來源為硅烷、二環(huán)戊基鎂、二甲基鋅中的一種 或者兩種的組合。較佳地，第二 P型氮化鎵層10的與異質(zhì)預(yù)處理層9所在側(cè)相反一側(cè)的表 面具有多個(gè)凸起101 ；其中，多個(gè)凸起101中的一部分的上端不尖銳。較佳地，第二 ρ型氮化鎵層10是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)的環(huán)境下以化學(xué)氣相沉積形 成的。例如，第二 P型氮化鎵層10是在溫度為900°C以上的環(huán)境下以化學(xué)氣相沉積形成的。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知道，要制作一個(gè)氮化鎵基發(fā)光二極管，除了上述工藝步 驟，還包括其他的步驟，例如，通過光刻、刻蝕、鍍膜等技術(shù)形成ρ/η臺(tái)階、ρ型電極12和η型 電極4等等，由于這些技術(shù)均為現(xiàn)有技術(shù)且與本實(shí)用新型的特征無關(guān)，這里不作詳細(xì)描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以知道，本實(shí)用新型并不限于上述較佳實(shí)施例，在不超過后 附的權(quán)利要求的范圍和本實(shí)用新型的精神的情況下，本實(shí)用新型可以進(jìn)行種種修改。
權(quán)利要求一種新型的氮化鎵基發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括在襯底上依次形成本征氮化鎵層、n型氮化鎵層、n型氮化鎵銦層、發(fā)光層、p型氮化鎵鋁層和第一p型氮化鎵層，其特征在于，該結(jié)構(gòu)還包括在所述第一p型氮化鎵層上形成異質(zhì)預(yù)處理層；和在所述異質(zhì)預(yù)處理層上形成第二p型氮化鎵層。
2.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述異質(zhì)預(yù)處理層 是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的；并且所述異質(zhì)預(yù)處理層的厚度為1至2埃。
3.如權(quán)利要求2所述的氮化鎵基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，形成所述異質(zhì)預(yù)處 理層的原料為硅烷、二環(huán)戊基鎂、二甲基鋅中的一種或者兩種的組合。
4.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二P型氮化鎵 層的與所述異質(zhì)預(yù)處理層所在側(cè)相反一側(cè)的表面具有多個(gè)凸起；其中所述多個(gè)凸起的上端中的一部分不尖銳。
5.如權(quán)利要求1所述的氮化鎵基發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二P型氮化鎵 層是在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的。
6.一種氮化鎵基發(fā)光二極管，包括襯底、本征氮化鎵層、η型氮化鎵層、η型氮化鎵銦 層、發(fā)光層、P型氮化鎵鋁層和第一 P型氮化鎵層，其特征在于，該氮化鎵基發(fā)光二極管還包 括形成在所述第一 P型氮化鎵層上的異質(zhì)預(yù)處理層；和形成在所述異質(zhì)預(yù)處理層上的第二 P型氮化鎵層。
7.如權(quán)利要求6所述的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于，所述異質(zhì)預(yù)處理層是在預(yù) 定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的；并且所述異質(zhì)預(yù)處理層的厚度為1至2埃。
8.如權(quán)利要求7所述的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于，形成所述異質(zhì)預(yù)處理層的 原料為硅烷、二環(huán)戊基鎂、二甲基鋅中的一種或者兩種的組合。
9.如權(quán)利要求6所述的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二ρ型氮化鎵層的與 所述異質(zhì)預(yù)處理層所在側(cè)相反一側(cè)的表面具有多個(gè)凸起；其中所述多個(gè)凸起中的一部分的上端不尖銳。
10.如權(quán)利要求6所述的氮化鎵基發(fā)光二極管，其特征在于，所述第二ρ型氮化鎵層是 在預(yù)定的溫度范圍內(nèi)以化學(xué)氣相沉積形成的。
專利摘要一種新型氮化鎵基發(fā)光二極管，這種氮化鎵基發(fā)光二極管具有結(jié)構(gòu)在襯底上依次形成本征氮化鎵層、n型氮化鎵層、n型氮化鎵銦層、發(fā)光層、p型氮化鎵鋁層和第一p型氮化鎵層，該氮化鎵基發(fā)光二極管還包括新穎的結(jié)構(gòu)在第一p型氮化鎵層上形成異質(zhì)預(yù)處理層；和在異質(zhì)預(yù)處理層上形成第二p型氮化鎵層。
文檔編號(hào)H01L33/20GK201681962SQ20102019824
公開日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2010年5月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月18日
發(fā)明者丁成, 劉慰華, 張義穎, 李剛 申請(qǐng)人:上海藍(lán)寶光電材料有限公司