Led外延片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種LED外延片及其制造方法。該LED外延片包括：圖形化襯底、外延層和反射層，所述外延層形成于所述圖形化襯底的正面，所述反射層形成于所述圖形化襯底的背面，所述反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層。反射層可直接形成于LED外延片的背面，無(wú)需采用價(jià)格較高的GaAs襯底以及無(wú)需采用晶片鍵合技術(shù)，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，從而極大的降低了LED的制造成本。
【專利說(shuō)明】LED外延片及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種LED外延片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著全球能源日益枯竭，節(jié)約能源、提高能效是可持續(xù)發(fā)展能源的重大戰(zhàn)略。據(jù)統(tǒng)計(jì)，全世界照明耗能約占總電功率的20%，因此，照明效率的細(xì)微提高就意味著能夠節(jié)省巨額的能源與資金。半導(dǎo)體照明技術(shù)是以發(fā)光二極管(Light Emitting Diode,以下簡(jiǎn)稱:LED)為核心的固體照明光源技術(shù)及其相關(guān)技術(shù)。與傳統(tǒng)照明光源相比，LED光源比白熾燈節(jié)電80%、比熒光燈節(jié)電50%，而LED光源的壽命比白熾燈的壽命長(zhǎng)20?30倍、比熒光燈的壽命長(zhǎng)10倍，被譽(yù)為是繼白熾燈、熒光燈、高壓放電燈之后的新一代綠色照明光源。因此，半導(dǎo)體照明技術(shù)是當(dāng)今世界照明技術(shù)發(fā)展的主要方向，半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)將成為21世紀(jì)高技術(shù)主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一，成為影響未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。
[0003]LED外延片是半導(dǎo)體照明技術(shù)的基礎(chǔ)。其中，生長(zhǎng)GaN基LED外延片的藍(lán)寶石襯底和GaN材料的晶格常數(shù)存在較大的失配(16% )，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)的GaN晶體具有很高的位錯(cuò)密度(IO9CnT2?IO12CnT2)，從而造成載流子泄漏和非輻射復(fù)合中心增多等不良影響，使得LED器件內(nèi)量子效率下降。為了解決這一問(wèn)題，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)干法刻蝕用掩膜，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的光刻工藝將該掩膜刻出圖形，利用ICP刻蝕技術(shù)刻蝕該藍(lán)寶石襯底，并去掉掩膜，再在該藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN材料，使GaN材料的縱向外延變?yōu)闄M向外延，即:在圖形化襯底上外延GaN。該方法可以有效減少GaN外延材料的位錯(cuò)密度，從而減小有源區(qū)的非輻射復(fù)合，減小反向漏電流，提高LED的壽命。
[0004]由上述LED外延片制成的LED芯片有源區(qū)發(fā)出的光線方向是無(wú)規(guī)則的。因LED芯片底部為藍(lán)寶石襯底，普通正裝LED結(jié)構(gòu)將導(dǎo)致LED芯片向下發(fā)射出的光線無(wú)法被利用成為有效出光，從而降低了 LED芯片的出光效率。為解決上述問(wèn)題，現(xiàn)有技術(shù)提出了一種在LED外延片的背面設(shè)置一全角度反射鏡的方案。圖1為現(xiàn)有技術(shù)中LED外延片上設(shè)置全角度反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖1所示，在LED外延片上設(shè)置全角度反射鏡的過(guò)程包括:采用分子束外延的方法，在GaAs襯底5上交替生長(zhǎng)多層高折射率層6和低折射率層7，高折射率層6為GaAs，低折射率層7為AlAs，形成全角度反射鏡8。在藍(lán)寶石襯底9上用MOCVD的方法首先生長(zhǎng)N型GaNlO層然后生長(zhǎng)有源區(qū)量子阱11，即GaN/InGaN量子阱結(jié)構(gòu)。再在有源區(qū)量子阱11上生長(zhǎng)P型GaN12，制作得到LED芯片。采用晶片鍵合方法將制作好的LED芯片與全角度反射鏡采用晶片鍵合技術(shù)鍵合在一起。從而使得出射到LED外延片底部的光線反射。
[0005]該方法需要采用價(jià)格較高的GaAs襯底，同時(shí)還需要采用晶片鍵合方法將制作好的LED芯片與全角度反射鏡采用晶片鍵合技術(shù)鍵合在一起，制作過(guò)程復(fù)雜，從而大大提高了 LED的制造成本。

【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]本發(fā)明提供一種LED外延片及其制造方法，用于降低LED的制造成本。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種LED外延片，包括:圖形化襯底、外延層和反射層，所述外延層形成于所述圖形化襯底的正面，所述反射層形成于所述圖形化襯底的背面，所述反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層。
[0008]可選地，所述交替周期數(shù)包括:10至20。
[0009]可選地，所述低折射率膜層的材料包括:Na3AlF6、SiO2、MgF2、LiF或者LaF3，所述高折射率膜層的材料包括=Y2O3, HfO2, Ta2O5或者Ti02。
[0010]可選地，所述低折射率膜層的厚度為1/4 λ，所述高折射率膜層的厚度為1/4 λ。
[0011]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了 一種LED外延片的制造方法，包括:
[0012]形成圖形化襯底；
[0013]在所述圖形化襯底的正面形成外延層以及在所述圖形化襯底的背面形成反射層，所述反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層。
[0014]可選地，所述在所述圖形化襯底的正面形成外延層以及在所述圖形化襯底的背面形成反射層包括:
[0015]在所述圖形化襯底的正面形成所述外延層；
[0016]在所述圖形化襯底的背面形成所述反射層。
[0017]可選地，所述在所述圖形化襯底的背面形成所述反射層包括:
[0018]通過(guò)PVD或者CVD的方法，在所述圖形化襯底的背面按照交替周期數(shù)交替形成所述低折射率膜層和所述高折射率膜層。
[0019]可選地，所述交替周期數(shù)包括:10至20。
[0020]可選地，所述低折射率膜層的材料包括:Na3AlF6、SiO2、MgF2、LiF或者LaF3，所述高折射率膜層的材料包括=Y2O3, HfO2, Ta2O5或者Ti02。
[0021]可選地，所述低折射率膜層的厚度為1/4 λ，所述高折射率膜層的厚度為1/4 λ。
[0022]本發(fā)明具有以下有益效果:
[0023]本發(fā)明提供的技術(shù)方案中，LED外延片包括圖形化襯底、外延層和反射層，外延層形成于圖形化襯底的正面，反射層形成于圖形化襯底的背面，反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層，反射層可直接形成于LED外延片的背面，無(wú)需采用價(jià)格較高的GaAs襯底以及無(wú)需采用晶片鍵合技術(shù)，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，從而極大的降低了LED的制造成本。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]圖1為現(xiàn)有技術(shù)中LED外延片上設(shè)置全角度反射鏡的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種LED外延片的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]為使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的LED外延片及其制造方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，如圖2所示，該LED外延片包括:圖形化襯底1、外延層2和反射層3，外延層2形成于圖形化襯底I的正面，反射層3形成于圖形化襯底I的背面，反射層3包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層31和高折射率膜層32。
[0029]在圖形化襯底I的背面設(shè)置反射層3可有效將出射到LED外延片底部的光線反射。反射層3的反射率的大小取決于高折射率膜層32和低折射率膜層31的折射率比值和膜層層數(shù)。高折射率膜層32和低折射率膜層31的折射率比值越大，反射層3的反射率越高；且高折射率膜層32和低折射率膜層31的膜層總數(shù)越大，反射層3的反射率越高，其中，膜層總數(shù)由交替周期數(shù)決定，交替周期數(shù)越大膜層總數(shù)越大，因此，交替周期數(shù)越大，反射層3的反射率越高。
[0030]高折射率膜層32的材料和低折射率膜層31的材料決定了高折射率膜層32和低折射率膜層31的折射率比值。本實(shí)施例中，高折射率膜層32的材料可以包括:Y203，HfO2,Ta2O5或者TiO2，低折射率膜層31的材料包括:Na3AlF6、Si02、MgF2、LiF或者LaF3。
[0031]優(yōu)選地，交替周期數(shù)包括:10至20。需要說(shuō)明的是:圖2中僅以交替周期數(shù)為4進(jìn)行示例。圖2中，低折射率膜層31和高折射率膜層32按照交替周期數(shù)以低折射率膜層31-高折射率膜層32的順序交替形成于圖形化襯底I的背面。在實(shí)際應(yīng)用中，低折射率膜層31和高折射率膜層32按照交替周期數(shù)以高折射率膜層32-低折射率膜層31的順序交替形成于圖形化襯底I的背面。
[0032]本實(shí)施例中，低折射率膜層31的厚度可以為1/4 λ，高折射率膜層32的厚度可以為 1/4 λ。
[0033]本實(shí)施例中，反射層3具有很高的反射率，在圖形化襯底I的背面形成該反射層3能夠?qū)⒃緩膱D形化襯底I出射到LED外延片底部的光線反射，從而使反射的光線從LED外延片的正面出射成為有效出光(圖中箭頭所示)，提高了 LED的出光量。
[0034]優(yōu)選地，圖形化襯底I的材料為藍(lán)寶石。
[0035]本實(shí)施例中，外延層2可包括:位于圖形化襯底I上的非摻雜本征氮化鎵(U-GaN)層21、位于非摻雜本征氮化鎵層21的摻硅N型氮化鎵(η-GaN)層22、位于摻硅N型氮化鎵層22上的多量子阱23和位于多量子阱23上的摻鎂P型氮化鎵(p-GaN)層24。其中，多量子阱23可包括按照5至10個(gè)周期交替形成的InGaN/GaN。
[0036]本實(shí)施例提供的LED外延片包括圖形化襯底、夕卜延層和反射層，夕卜延層形成于圖形化襯底的正面，反射層形成于圖形化襯底的背面，反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層，反射層可直接形成于LED外延片的背面，無(wú)需采用GaAs襯底以及無(wú)需采用晶片鍵合技術(shù)，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，從而極大的降低了 LED的制造成本。在背面形成有反射層的圖形化襯底的正面形成外延層，從而提高了 LED外延片的質(zhì)量。本實(shí)施例中的外延片不僅具有良好的質(zhì)量，發(fā)光強(qiáng)度高，具有更高的出光量。
[0037]圖3為本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種LED外延片的制造方法的流程圖，該LED外延片包括:
[0038]步驟1、形成圖形化襯底。
[0039]本實(shí)施例中，步驟I可包括:
[0040]步驟11、制備基板襯底，例如:該基板襯底可以為監(jiān)寶石襯底；
[0041]步驟12、采用光刻蝕的方法在基板襯底的正面刻蝕出圖形，以形成圖形化襯底。[0042]步驟2、在圖形化襯底的正面形成外延層以及在圖形化襯底的背面形成反射層，反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層。
[0043]本實(shí)施例中，步驟2可包括:
[0044]步驟21、在圖形化襯底的正面形成外延層。
[0045]具體地，步驟21可包括:
[0046]步驟210、通過(guò)MOCVD工藝在1000°C的溫度下，在氫氣環(huán)境下對(duì)圖形化襯底進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理過(guò)程中，執(zhí)行MOCVD工藝的MOCVD反應(yīng)腔內(nèi)應(yīng)保持有流動(dòng)的氫氣。預(yù)處理過(guò)程可去除圖形化襯底表面的雜質(zhì)。
[0047]步驟211、在1050°C的溫度下，對(duì)圖形化襯底進(jìn)行氮化處理。
[0048]步驟212、對(duì)圖形化襯底進(jìn)行降溫處理，將圖形化襯底的溫度降至550°C。
[0049]步驟213、在550°C的溫度下，在圖形化襯底上生長(zhǎng)氮化鎵緩沖層。該氮化鎵緩沖層的厚度可以為50nm。
[0050]步驟214、在1100°C的溫度下，在氮化鎵緩沖層上依次生長(zhǎng)非摻雜本征氮化鎵層和摻硅N型氮化鎵層。該非摻雜本征氮化鎵層的厚度可以為0.5至3微米，摻硅N型氮化鎵層的厚度為0.5至5微米。
[0051 ] 步驟215、在650°C至850°C的溫度下，在摻硅N型氮化鎵層上生長(zhǎng)多量子阱，其中，多量子阱可包括按照5至10個(gè)周期交替形成的InGaN/GaN。也就是說(shuō)，在生長(zhǎng)摻硅N型氮化鎵層上生長(zhǎng)5至10個(gè)周期的InGaN/GaN，以形成多量子阱。
[0052]步驟216、在800°C至1100°C的溫度下，在多量子阱上生長(zhǎng)摻鎂P型氮化鎵層。該摻鎂P型氮化鎵層的厚度可以為lOOnm。至此，LED外延片的生長(zhǎng)過(guò)程完成。
[0053]步驟217、將完成步驟216的LED外延片在700°C至850°C的溫度下，在氮?dú)猸h(huán)境中進(jìn)行退火處理。退火處理的時(shí)間可以為20min至30min。
[0054]步驟22、在圖形化襯底的背面形成反射層。
[0055]具體地，可通過(guò)PVD或者CVD的方法，在圖形化襯底的背面按照交替周期數(shù)交替形成低折射率膜層和高折射率膜層。
[0056]優(yōu)選地，交替周期數(shù)包括:10至20。
[0057]本實(shí)施例中，高折射率膜層的材料可以包括:Y203，HfO2, Ta2O5或者TiO2，低折射率膜層的材料包括:Na3AlF6、Si02、MgF2、LiF或者LaF3。
[0058]本實(shí)施例中，低折射率膜層的厚度可以為1/4 λ，高折射率膜層32的厚度可以為1/4 λ。
[0059]在實(shí)際應(yīng)用中，上述各步驟中的工藝溫度可根據(jù)需要進(jìn)行變更。
[0060]在實(shí)際應(yīng)用中，步驟21和步驟22的執(zhí)行順序可根據(jù)需要進(jìn)行改變。即:先執(zhí)行步驟22中的在圖形化襯底的背面形成反射層的步驟，再執(zhí)行步驟21中的在圖形化襯底的正面形成外延層的步驟。
[0061]本實(shí)施例提供的LED外延片的制造方法可用于制造上述實(shí)施例一中的LED外延片。
[0062]本實(shí)施例提供的LED外延片的制造方法包括:形成圖形化襯底，在圖形化襯底的正面形成外延層以及在圖形化襯底的背面形成反射層，反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層，反射層可直接形成于LED外延片的背面，無(wú)需采用GaAs襯底以及無(wú)需采用晶片鍵合技術(shù)，制作過(guò)程簡(jiǎn)單，從而極大的降低了 LED的制造成本。在背面形成有反射層的圖形化襯底的正面形成外延層，從而提高了 LED外延片的質(zhì)量。本實(shí)施例中的LED外延片不僅具有良好的質(zhì)量，發(fā)光強(qiáng)度高，具有更高的出光量。
[0063]可以理解的是，以上實(shí)施方式僅僅是為了說(shuō)明本發(fā)明的原理而采用的示例性實(shí)施方式，然而本發(fā)明并不局限于此。對(duì)于本領(lǐng)域內(nèi)的普通技術(shù)人員而言，在不脫離本發(fā)明的精神和實(shí)質(zhì)的情況下，可以做出各種變型和改進(jìn)，這些變型和改進(jìn)也視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種LED外延片，其特征在于，包括:圖形化襯底、外延層和反射層，所述外延層形成于所述圖形化襯底的正面，所述反射層形成于所述圖形化襯底的背面，所述反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述交替周期數(shù)包括:10至20。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED外延片，其特征在于，所述低折射率膜層的材料包括:Na3AlF6、SiO2、MgF2、LiF或者LaF3，所述高折射率膜層的材料包括:Y203，HfO2, Ta2O5或者Ti02。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的LED外延片，其特征在于，所述低折射率膜層的厚度為1/4 λ，所述高折射率膜層的厚度為1/4 λ。
5.—種LED外延片的制造方法，其特征在于，包括: 形成圖形化襯底； 在所述圖形化襯底的正面形成外延層以及在所述圖形化襯底的背面形成反射層，所述反射層包括按照交替周期數(shù)交替形成的低折射率膜層和高折射率膜層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述在所述圖形化襯底的正面形成外延層以及在所述圖形化襯底的背面形成反射層包括: 在所述圖形化襯底的正面形成所述外延層； 在所述圖形化襯底的背面形成所述反射層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述在所述圖形化襯底的背面形成所述反射層包括: 通過(guò)PVD或者CVD的方法，在所述圖形化襯底的背面按照交替周期數(shù)交替形成所述低折射率膜層和所述高折射率膜層。
8.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述交替周期數(shù)包括:10至20。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述低折射率膜層的材料包括:Na3AlF6、Si02、MgF2、LiF或者LaF3，所述高折射率膜層的材料包括:Y203，HfO2, Ta2O5 或者 TiO2。
10.根據(jù)權(quán)利要求5至7任一所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述低折射率膜層的厚度為1/4 λ，所述高折射率膜層的厚度為1/4 λ。
【文檔編號(hào)】H01L33/00GK103840046SQ201210486695
【公開(kāi)日】2014年6月4日 申請(qǐng)日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月26日
【發(fā)明者】何麗 申請(qǐng)人:北京北方微電子基地設(shè)備工藝研究中心有限責(zé)任公司