一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體光電器件、光電生長設(shè)備領(lǐng)域，特別是一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)今，發(fā)光二極管(LED)，特別是氮化物發(fā)光二極管因其較高的發(fā)光效率，在普通照明領(lǐng)域已取得廣泛的應(yīng)用。但是，由于氮化物發(fā)光二極管的同質(zhì)外延襯底價格昂貴且制備困難，一般采用藍寶石、硅、SiC等襯底進行異質(zhì)外延生長，而異質(zhì)外延生長因晶格失配，容易產(chǎn)生大量的位錯密度，導(dǎo)致器件的性能下降。為了降低位錯密度，可以采用腐蝕位錯的方法，將氮化鎵外延片的位錯去除，以降低非輻射復(fù)合中心。但是，在多量子阱生長完后，產(chǎn)生的位錯凹坑V-pits尺寸僅有幾十至幾百納米，酸性或堿性溶液難以滲透，導(dǎo)致難以腐蝕掉位錯。
[0003]鑒于現(xiàn)有技術(shù)的難以有效地腐蝕位錯和位錯凹坑V-pits問題，因此有必出一種新的氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是:提供一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法，在外延片上制作圈狀電極并加電場，然后倒置放在可使外延片高速旋轉(zhuǎn)的堿性溶液中，OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-pits并穿透腐蝕其下方的位錯，從而制作具有無位錯V型空氣層的多量子阱和不固定形狀空氣層的N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管，降低非輻射復(fù)合，減少位錯的吸光，空氣層可提升光的反射，提升發(fā)光二極管的效率。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備，包含盛放堿性溶液的容器、承載盤、旋轉(zhuǎn)軸及馬達、電路等，將放置在承載盤上的外延片加電場，并使其高速旋轉(zhuǎn)，由于OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-pits并穿透腐蝕其下方的位錯，從而制作具有無位錯V型空氣層的多量子阱和不固定形狀空氣層的N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管，降低非輻射復(fù)合，減少位錯的吸光，同時，空氣層可提高光的反射，提升發(fā)光二極管的效率。
[0006]進一步地，所述制作設(shè)備可以將放置在承載盤上的外延片施加電場，并使其高速旋轉(zhuǎn)。
[0007]進一步地，所述外延片加電場的電壓為+/-1000V，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為l~1000rpm。
[0008]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，包含以下步驟:
(1)采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(M0CVD)，在襯底上依然外延生長緩沖層、N型氮化物和多量子講；
(2)將生長至多量子阱的外延片取出，制作圈狀的N型電極；
(3)將具有N型電極的外延片倒置放在盛有堿性溶液的腐蝕設(shè)備中，然后施加正電場，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)軸和馬達使外延片高速旋轉(zhuǎn)，施加正電場后，N型氮化物帶正電，OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-pits并穿透腐蝕其下方的位錯，而生成的不帶電的Ga(OH)3則在重力和旋轉(zhuǎn)離心力作用下快速地流出外延層，以進一步加快OH-離子對位錯的腐蝕；
(4)將腐蝕去除完位錯的外延片取出，重新放入MOCVD的反應(yīng)室進行二次外延生長P型氮化物和P型接觸層，最終制作具有無位錯V型空氣層量子阱和不固定形狀空氣層的N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管。
[0009]進一步地，所述步驟(I)襯底為藍寶石、娃、碳化娃、氮化鎵等。
[0010]進一步地，所述步驟(I)、(4)采用的金屬有機化學(xué)氣相沉積的溫度為500~1500度，壓強為50~500Torr，通入氨氣和有機金屬源(TMGa、TEGa, TMIn, TMA1、Cp2Mg)，N型摻雜氣體為硅烷，載氣為氮氣或氫氣，控制生長條件進行不同外延層的生長。
[0011]進一步地，所述步驟(2)采用光刻技術(shù)蝕刻圈狀的N型電極，電極的寬度為10nm~10mm，優(yōu)選電極寬度為I μπι。
[0012]進一步地，所述步驟(3)堿性溶液(Κ0Η、NaOH等)，優(yōu)選KOH溶液，溶液的溫度為25-500 度，濃度為 1~100%。
【附圖說明】
[0013]圖1為傳統(tǒng)氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為傳統(tǒng)氮化物發(fā)光二極管長完多量子講的AFM圖。
[0015]圖3為本發(fā)明實施例的氮化物發(fā)光二極管長完多量子阱后制作N型圈狀電極的截面示意圖。
[0016]圖4為本發(fā)明實施例的氮化物發(fā)光二極管長完多量子阱后制作N型圈狀電極的俯視示意圖。
[0017]圖5為本發(fā)明實施例的氮化物發(fā)光二極管的位錯凹坑V-pits及位錯線的腐蝕原理示意圖。
[0018]圖6為本發(fā)明實施例的具有無位錯的V型空氣層量子阱和不固定形狀N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管的示意圖。
[0019]圖示說明:100:藍寶石襯底；101:氮化物緩沖層；102:N型氮化物；103:多量子講；104:P型氮化物；105:P型接觸層；106a:腐蝕前的位錯凹坑V-pits ；106b:無位錯的無固定形狀空氣層；107a:腐蝕前的N型氮化物及緩沖層的位錯線；107b:去除位錯后形成具有無位錯的V型空氣層；108:N型圈狀電極；109:電線；110:承載盤；111:旋轉(zhuǎn)軸及馬達。
【具體實施方式】
[0020]本發(fā)明提出的一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法。傳統(tǒng)的氮化物發(fā)光二極管一般采用異質(zhì)外延，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包含:藍寶石襯底100，氮化物緩沖層101，N型氮化物102，多量子阱103，P型氮化物104，P型接觸層105，腐蝕前的位錯凹坑V-pits 106a，腐蝕前的N型氮化物及緩沖層的位錯線107a。由于異質(zhì)外延產(chǎn)生晶格失配，容易產(chǎn)生大量的位錯線107a，特別是生長完多量子阱后會產(chǎn)生大量位錯凹坑V-pits 106a，如圖2所示。為了降低位錯密度，可以采用腐蝕位錯的方法，將氮化鎵外延片的位錯去除，以降低非輻射復(fù)合中心。但在多量子阱生長完后，產(chǎn)生的位錯凹坑V-pits尺寸僅有幾十至幾百納米，酸性或堿性溶液難以滲透，導(dǎo)致難以腐蝕掉位錯。
[0021]為了解決位錯凹坑V-pits 106a和位錯線107a難以腐蝕的困難，本實施例提出一種新的氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法。首先，采用MOCVD外延生長氮化物發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)至多量子阱，然后，采用光刻的方法蝕刻出N型圈狀電極108，電極的寬度為I μπι，如圖3和4所示。然后，將外延片放入放在盛有KOH堿性溶液的腐蝕設(shè)備中，，如圖5所示，外延片倒置放在承載盤110中，電極接上電線109，施加正電場，使N型氮化物一側(cè)產(chǎn)生正極；接著，開啟馬達及旋轉(zhuǎn)軸111，使外延片高速旋轉(zhuǎn)，OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-pits并穿透腐蝕其下方的位錯。而生成的不帶電的Ga(OH)lJlj在重力和旋轉(zhuǎn)離心力作用下快速地流出外延層，以進一步加快OH-對位錯的腐蝕，從而去除位錯，在多量子阱層形成具有無位錯的V型空氣層107b，在N型氮化物及緩沖層形成無位錯的無固定形狀空氣層106b。
[0022]最后，將腐蝕完位錯的外延片取出，重新放入MOCVD的反應(yīng)室進行二次外延生長P型氮化鎵和P型接觸層，最終制作具有無位錯的V型空氣層量子阱和不固定形狀空氣層的N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管，如圖6所示。
[0023]以上實施方式僅用于說明本發(fā)明，而并非用于限定本發(fā)明，本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修飾和變動，因此所有等同的技術(shù)方案也屬于本發(fā)明的范疇，本發(fā)明的專利保護范圍應(yīng)視權(quán)利要求書范圍限定。
【主權(quán)項】
1.一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備，其特征在于:包括盛放堿性溶液的容器、承載盤、旋轉(zhuǎn)軸及馬達、接電極的電線，將放置在承載盤上的外延片加電場，并使其高速旋轉(zhuǎn)，由于OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-Pits并穿透腐蝕其下方的位錯，從而制作具有無位錯V型空氣層的多量子阱和不固定形狀空氣層的N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管，降低非輻射復(fù)合，減少位錯的吸光，同時，空氣層提高光的反射，提升發(fā)光二極管的效率。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備，其特征在于:所述外延片加電場的電壓為+/-1000V，旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)速為1~1000 rpm。3.一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，包含以下步驟: (1)采用金屬有機化學(xué)氣相沉積(M0CVD)，在襯底上依次外延生長緩沖層、N型氮化物和多量子講； (2)將生長至多量子阱的外延片取出，制作圈狀的N型電極； (3)將具有N型電極的外延片倒置放在盛有堿性溶液的腐蝕設(shè)備中，然后施加正電場，轉(zhuǎn)動旋轉(zhuǎn)軸和馬達使外延片高速旋轉(zhuǎn)，施加正電場后，N型氮化物帶正電，OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-pits并穿透腐蝕其下方的位錯，同時，生成的不帶電的Ga(OH)3則在重力和旋轉(zhuǎn)離心力作用下快速地流出外延層，以進一步加快OH-離子對位錯的腐蝕； (4)將腐蝕完位錯的外延片取出，重新放入MOCVD的反應(yīng)室進行二次外延生長P型氮化物和P型接觸層，最終制作具有無位錯的V型空氣層量子阱和不固定形狀N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述步驟(I)襯底為藍寶石或硅或碳化硅或氮化鎵。5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述步驟(1)、(4)采用的金屬有機化學(xué)氣相沉積的溫度為500~1500度，壓強為50~500Torr。6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述步驟(2)采用光刻技術(shù)蝕刻圈狀的N型電極。7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述電極的寬度為10nm~10mm。8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述步驟(3)堿性溶液為KOH或NaOH。9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種氮化物發(fā)光二極管的制作方法，其特征在于:所述步驟(3)堿性溶液的溫度為25~500度，濃度為1~100%。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化物發(fā)光二極管的制作設(shè)備和方法。傳統(tǒng)氮化物發(fā)光二極管一般采種異質(zhì)外延，因晶格失配會產(chǎn)生大量位錯，特別在多量子阱生長完后會產(chǎn)生位錯凹坑V-pits，其尺寸僅有幾十至幾百納米，酸性或堿性溶液難以滲透，導(dǎo)致難以有效腐蝕去除位錯。本發(fā)明在外延片上制作圈狀N型電極并外加電場，倒置放在可使外延片高速旋轉(zhuǎn)的堿性溶液中，OH-離子在電場作用下快速滲透腐蝕位錯凹坑V-pits并穿透腐蝕其下方的位錯，從而制作具有無位錯V型空氣層的多量子阱和不固定形狀空氣層的N型氮化物及緩沖層的發(fā)光二極管，降低非輻射復(fù)合，減少位錯的吸光，同時，空氣層可提高光的反射，提升發(fā)光二極管的效率。
【IPC分類】H01L33/00
【公開號】CN105161580
【申請?zhí)枴緾N201510523680
【發(fā)明人】鄭錦堅, 鐘志白, 尋飛林, 李志明, 杜偉華, 伍明躍, 周啟倫, 林峰, 李水清, 康俊勇
【申請人】廈門市三安光電科技有限公司
【公開日】2015年12月16日
【申請日】2015年8月25日