一種氮化物發(fā)光二極管制備方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種氮化物發(fā)光二極管制備方法，采用PVD法在更大深度的圖形化襯底上沉積AlN薄膜層，在AlN薄膜層上利用CVD法沉積厚度較薄氮化物外延層，通過減薄外延層較小應(yīng)力，改善外延片的翹曲，進而改善單片外延片的電性均勻性；同時利用大深度圖形化襯底改善取光效率；且在活性層中摻入高濃度雜質(zhì)，在不影響漏電的狀況下可有效降低電壓特性，進而改善發(fā)光二極管的整體良率。
【專利說明】 一種氮化物發(fā)光二極管制備方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)光二極管制備方法，屬于發(fā)光二極管制造【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]物理氣相沉積(Physical Vapor Deposit1n，PVD)技術(shù)是指在真空條件下，采用物理方法，將材料源一一固體或液體表面氣化成氣態(tài)原子、分子或部分電離成離子，并通過低壓氣體(或等離子體)過程，在基體表面沉積具有某種特殊功能的薄膜的技術(shù)。物理氣相沉積方法主要包括:真空蒸鍍、濺射鍍膜、電弧等離子體鍍、離子鍍膜，及分子束外延等；其不僅可以沉積金屬膜、合金膜、還可以沉積化合物、陶瓷、半導(dǎo)體、聚合物膜等；該技術(shù)工藝過程簡單，對環(huán)境污染小，原材消耗少，且成膜均勻致密，與基板的結(jié)合力強。
[0003]圖形化襯底技術(shù)通過在平面襯底表面制作具有細微結(jié)構(gòu)的圖形，然后再在這種圖形化襯底表面進行外延生長LED材料。圖形化的界面改變了 GaN材料的生長過程，能抑制缺陷向外延表面延伸，提高器件內(nèi)量子效率；同時，粗糙化的GaN/襯底界面能散射從有源區(qū)發(fā)射的光子，使原本全發(fā)射的光子有機會出射到器件外部，有效提高光提取效率。
[0004]但目前常規(guī)的利用金屬有機化學(xué)氣相沉積法(M0CVD法)在圖形化襯底表面外延生長LED材料時，對于圖形化襯底表面的圖形深度要求其小于2微米，當(dāng)深度值大于此值時，M0CVD法無法得到質(zhì)量良好的外延薄膜層；此外，因圖形化襯底凹凸不平的表面特點，故而在LED結(jié)構(gòu)中需在η型層與襯底之間層疊較厚緩沖層，使η型層生長之前的外延層表面達到需要的平緩結(jié)構(gòu)，利于后續(xù)外延層的層疊，然而較厚的底層結(jié)構(gòu)產(chǎn)生較大應(yīng)力，造成生長完成的LED結(jié)構(gòu)翹曲偏大，從而不利于后續(xù)制程的實施(例如后續(xù)制程中出現(xiàn)裂片現(xiàn)象)，且造成單片LED結(jié)構(gòu)中各處電性能差異明顯，影響生長良率；且因底層質(zhì)量影響，致使活性層摻雜濃度亦受其局限，無法得到較高摻雜水平，從而局限了電壓等電性的進一步改善。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述問題，本發(fā)明提出了一種氮化物半導(dǎo)體制備方法，采用PVD法在更大深度的圖形化襯底上沉積A1N薄膜層，在A1N薄膜層上利用CVD法沉積厚度較薄氮化物外延層，通過減薄外延層減小應(yīng)力，改善外延片的翹曲度，進而改善單片外延片的電性均勻性；同時利用較大深度圖形化襯底改善取光效率；且在活性層中摻入高濃度雜質(zhì)，在不影響漏電的狀況下可有效降低電壓特性，進而改善發(fā)光二極管的整體良率。
[0006]本發(fā)明解決上述問題的具體技術(shù)方案為:一種氮化物發(fā)光二極管制備方法，包括如下步驟:
一種氮化物發(fā)光二極管制備方法，包括如下步驟:
步驟一:提供一襯底，將其放入物理氣相沉積(PVD)腔室；
步驟二:利用PVD法在所述襯底表面沉積A1N材料層；
步驟三:將沉積有所述A1N材料層的襯底取出，再將其放入載盤內(nèi)并傳入化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室； 步驟四:在所述A1N材料層表面利用CVD法沉積氮化物材料層；
步驟五:在所述氮化物材料層表面沉積具有高濃度摻雜的活性層，其摻雜濃度足以改善發(fā)光二極管的電壓特性；
步驟六:在所述高濃度摻雜活性層表面沉積p型層。
[0007]優(yōu)選的，所述步驟三至步驟六的沉積方式均為金屬有機化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)。
[0008]優(yōu)選的，所述襯底為圖形化襯底，圖形垂直高度為2?20微米。
[0009]優(yōu)選的，所述襯底中圖形為干法蝕刻或濕法蝕刻或前述組合制備。
[0010]優(yōu)選的，所述步驟四中氮化物材料層為非參雜氮化鎵材料層與η型氮化鎵材料層組合形成。
[0011]優(yōu)選的，所述步驟四中氮化物材料層為低溫氮化鎵層、高溫非摻雜氮化鎵層與η型氮化鎵材料層組合形成。
[0012]優(yōu)選的，所述低溫氮化鎵層的生長溫度為200?900°C。
[0013]優(yōu)選的，所述步驟四中氮化物材料層范圍為1.0?3.5微米。
[0014]優(yōu)選的，所述氮化物發(fā)光二極管的整體外延層厚度小于或等于4微米。
[0015]優(yōu)選的，所述步驟六中沉積的高摻雜活性層摻雜有η型雜質(zhì)，摻雜濃度大于6 X 1018/cm3。
[0016]優(yōu)選的，所述步驟二中腔室溫度為350?550 °C。
[0017]優(yōu)選的，所述步驟二中腔室壓力為2?10 mtorr。
[0018]優(yōu)選的，所述步驟二中沉積的A1N材料層厚度為5?350埃。
[0019]本發(fā)明至少具有以下有益效果:本發(fā)明通過使用PVD法在較大深度的圖形化襯底上沉積表面平整的A1N薄膜層，在此A1N薄膜層上利用CVD法沉積厚度較薄氮化物外延層結(jié)構(gòu)，且此結(jié)構(gòu)中活性層摻雜有高濃度η型雜質(zhì)；利用大深度圖形化襯底改善取光效率，同時通過減薄外延層較小應(yīng)力，改善外延片的翹曲鍍，進而改善單片外延片的電性均勻性；且通過高濃度摻雜活性層，改善LED結(jié)構(gòu)的電壓電性，進而改善LED芯片的整體良率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制；此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。
[0021]圖1為本發(fā)明之一種氮化物發(fā)光二極管的制備方法流程圖。
[0022]圖2為本發(fā)明之實施例1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖一。
[0023]圖3為本發(fā)明之實施例2的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖4為本發(fā)明之實施例3的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖5為本發(fā)明之實施例1的發(fā)光二極管結(jié)構(gòu)示意圖二。
[0026]圖中:1.襯底；2.A1N材料層；3.氮化物材料層；30.低溫氮化鎵層；31.非參雜氮化鎵材料層；32.η型氮化鎵材料層；4.高摻雜活性層；5.ρ型層。

【具體實施方式】
[0027]下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細說明。
[0028]實施例1
請參看附圖1和2，提供襯底1，其為平片襯底或圖形化襯底，其材質(zhì)為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵等，其中圖形化襯底中圖形的垂直高度范圍為2?20微米，其圖形可用干法蝕刻形成，亦可用濕法蝕刻形成；將此大深度襯底1放入PVD腔室，調(diào)節(jié)腔室溫度為350?550°C，壓力為2?lOmtorr，利用PVD法在襯底1表面沉積表面平整、厚度為5?350埃的A1N材料層2 ;因PVD法的成膜特性，當(dāng)圖形化襯底的圖形深度高于常規(guī)襯底深度時，其A1N材料層2仍能保持表面平整，膜層質(zhì)量較好的特性；隨后將沉積有A1N材料層2的襯底取出，再將其放入載盤內(nèi)并傳入化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室，調(diào)節(jié)腔室溫度為400?1150°C，在A1N材料層2表面利用CVD法沉積一氮化物材料層3 ;再在氮化物材料層3上沉積高濃度摻雜活性層4和ρ型層5，高濃度摻雜活性層4摻雜有η型雜質(zhì)，摻雜濃度大于6Χ 1018/cm3，其摻雜濃度足以改善發(fā)光二極管的電壓特性；其中氮化物材料層3至ρ型層5的沉積方式優(yōu)選金屬有機化學(xué)氣相沉積法(M0CVD)此結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管因其底層使用PVD法鍍A1N材料層，其晶體質(zhì)量較好，對后續(xù)沉積的材料層質(zhì)量影響較小，故后續(xù)活性層可摻雜高濃度雜質(zhì)而不會明顯降低其晶體質(zhì)量，從而避免造成漏電流增加等電性變差的現(xiàn)象，而該高濃度摻雜活性層結(jié)構(gòu)可有效降低發(fā)光二極管的電壓，進而改善發(fā)光二極管的芯片良率。
[0029]實施例2
請參看附圖3，提供襯底1，為平片襯底或圖形化襯底，其材質(zhì)可為藍寶石、硅、碳化硅、氮化鎵或砷化鎵等；當(dāng)選用圖形化襯底時，其圖形的垂直高度范圍為2?20微米，其圖形為干法蝕刻或濕法蝕刻形成；將此大深度襯底1放入PVD腔室，調(diào)節(jié)腔室溫度為350?550 °C，壓力為2?lOmtorr，利用PVD法在襯底1表面沉積表面平整、厚度為5?350埃的A1N材料層2 ;因PVD法的成膜特性，當(dāng)所使用襯底的圖形深度高于常規(guī)圖形化襯底時，其A1N材料層2仍能保持表面平整，膜層質(zhì)量較好的特性；隨后將沉積有A1N材料層2的襯底取出，再將其放入載盤內(nèi)并傳入化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室，調(diào)節(jié)腔室溫度為900?1150°C，在A1N材料層2表面利用CVD法沉積一氮化物材料層3，該層由高溫非摻雜氮化鎵材料層31與η型氮化鎵材料層32組合形成，其中非摻雜氮化鎵材料層31厚度范圍為0?1.5微米；η型氮化鎵材料層32厚度為1.0?3.0微米；而氮化物材料層3厚度為1.0?3.5微米；最后再在氮化物材料層3上沉積摻雜活性層4和ρ型層5，而活性層4的摻雜濃度足以改善發(fā)光二極管的電壓特性；此外，氮化物材料層3至ρ型層5的沉積方式優(yōu)選金屬有機化學(xué)氣相沉積法(M0CVD);此發(fā)光二極管整體外延層厚度小于或等于4微米；而此結(jié)構(gòu)的發(fā)光二極管因其底層及總體厚度均較薄，故而減小了晶格應(yīng)力，從而減小外延片的翹曲，使單片外延片各點的生長條件均勻一致，各點的電性一致，且減小后續(xù)制程中出現(xiàn)破片的概率；同時，因此結(jié)構(gòu)使用襯底深度較大，有效改善了取光效率，進而改善發(fā)光二極管的生長良率。
[0030]實施例3
請參看附圖4，本實施例在實施例2的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化實施，即當(dāng)將沉積有Α1Ν材料層2的襯底取出，再將其放入化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室時，調(diào)節(jié)腔室溫度為200-900°C，在Α1Ν材料層2表面利用CVD法先沉積低溫氮化鎵層30，厚度為5埃?1500埃，再升高腔室溫度至900°C以上沉積高溫非摻雜氮化鎵層31，后再沉積η型氮化鎵層32，最后再調(diào)節(jié)腔室溫度繼續(xù)沉積摻雜活性層4和ρ型層5。[0031 ] 本實施例中，在A1N材料層上先沉積低溫氮化鎵層30，后在升溫沉積高溫非摻雜氮化鎵層之前先對低溫氮化鎵層30進行升高溫退火處理，使低溫氮化鎵層30形成“島狀結(jié)構(gòu)”，實現(xiàn)“成核”過程，由于該層為低溫生長，其部分晶體特性與A1N材料層2較為相近，而部分材料特性與后續(xù)氮化物材料層3接近，故其可以很好地連接A1N材料層與高溫氮化鎵材料層，緩沖減小A1N材料層2與氮化物材料層3之間的晶格應(yīng)力，從而改善后續(xù)外延層的晶格質(zhì)量。
[0032]應(yīng)當(dāng)理解的是，上述具體實施方案為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明的范圍不限于該實施例，凡依本發(fā)明所做的任何變更，皆屬本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種氮化物發(fā)光二極管制備方法，包括如下步驟: 步驟一:提供一襯底，將其放入物理氣相沉積(PVD)腔室； 步驟二:利用PVD法在所述襯底表面沉積AlN材料層； 步驟三:將沉積有所述AlN材料層的襯底取出，再將其放入化學(xué)氣相沉積(CVD)腔室； 步驟四:在所述AlN材料層表面利用CVD法沉積氮化物材料層； 步驟五:在所述氮化物材料層表面沉積具有高濃度摻雜的活性層，其摻雜濃度足以改善發(fā)光二極管的電壓特性； 步驟六:在所述高濃度摻雜活性層表面沉積P型層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟三至步驟六的沉積方式均為金屬有機化學(xué)氣相沉積法(MOCVD)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述襯底為圖形化襯底，圖形垂直高度為2?20微米。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述襯底中圖形為干法蝕刻或濕法蝕刻或前述組合制備。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟五中沉積的摻雜活性層摻雜有η型雜質(zhì)，摻雜濃度大于6Χ 1018/cm3。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟四中氮化物材料層為高溫非摻雜氮化鎵與η型氮化鎵材料層組合形成。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟四中氮化物材料層為低溫氮化鎵層、高溫非摻雜氮化鎵層與η型氮化鎵層組合形成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述低溫氮化鎵層的生長溫度為200?900°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述低溫氮化鎵層的厚度為5埃?1500埃。
10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述氮化物材料層厚度范圍為1.0?3.5微米。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述氮化物發(fā)光二極管的整體外延層厚度小于或等于4微米。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟二中腔室溫度為350?550 °C。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟二中腔室壓力為2?1mtorr。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物發(fā)光二極管制備方法，其特征在于:所述步驟二中沉積的AlN材料層厚度為5?350埃。
【文檔編號】H01L33/00GK104505441SQ201410549383
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年10月17日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月17日
【發(fā)明者】謝翔麟, 李政鴻, 徐志波, 林兓兓, 卓昌正, 張家宏 申請人:安徽三安光電有限公司