[实用新型]一种氮化镓图形衬底

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种可提高LED发光效率与光取出效率的氮化镓图形衬底，属于半导体技术领域。

背景技术

GaN材料是第三代半导体材料。当前，进一步降低LED制造成本，提高LED的发光效率与光取出效率，是LED产业面临的主要挑战之一。

目前，用于GaN生长最普通的衬底是蓝宝石衬底，即三氧化二铝晶体，其优点是化学稳定性好、不吸收可见光、价格适中、制造技术相对成熟。为了提高LED的发光效率，人们通常采用图形衬底技术，通过在蓝宝石衬底表面制备具有细微结构的图形，然后在这种图形化的衬底表面进行LED材料外延。

通常PSS衬底的制作方法如下：蓝宝石衬底上制作图形化掩膜，刻蚀蓝宝石，去掉掩膜，得到图形化的蓝宝石衬底。

由于蓝宝石衬底比较坚硬，无论是干法刻蚀还是湿法刻蚀，制作过程对设备和工艺要求很高。由于蓝宝石的Al-O键键能较大，刻蚀困难，一般刻蚀速率只能达到60nm/min，而且图形形貌较难控制，整片图形做好一致性、均匀性都有一定难度。而GaN刻蚀速率能达到120nm/min。

而且，在外延生长过程中，PSS蒙古包侧壁上n面和r面不可避免地有核岛产生，这些成核岛在合并的过程中会导致新的位错出现，而且由于底部区域GaN侧向生长模式，必然导致底部平面地区产生的位错会向侧壁方向弯转，位错向侧壁转向会使得PSS顶部附近容易形成位错簇，位错簇使得漏电通道得到较大的扩展，进而器件极易发生漏电击穿。

如中国专利200910010921中揭示了一种氮化镓基LED外延片及其生长方法，通过生长非掺杂GaN层，减少外延层的位错密度。但外延片的出光效率并没有大幅度的提高。

实用新型内容

本实用新型的目的解决上述技术问题，提出一种LED图形衬底。

本实用新型的目的，将通过以下技术方案得以实现：

一种氮化镓图形衬底，包括采用气相外延生长技术，在气相外延生长反应室里进行热处理及降温处理的衬底底层，所述衬底底层上方依次生长有结晶氮化镓缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、N型氮化镓层，所述N型氮化镓层表面设有凹凸的图形。

优选地，所述N型氮化镓层表面的图形为刻蚀图形，所述图形为圆形、圆柱、三角锥、子弹头中的一种，所述图形尺寸为130nm-4um。

本实用新型的有益效果主要体现在： 相对现有技术中在蓝宝石衬底上进行刻蚀，N型氮化镓刻蚀容易，刻蚀速度快，生产效率高，而且可以得到不同形貌、尺寸的图案，工艺过程容易控制；在N-GaN结构上进行外延生长，避免了晶格失配现象，降低外延层中的位错密度，避免了器件发生漏电击穿现象；图形化结构接近有源层，能更有效反射从有源区发射的光子，大大提高了光提取效率。

附图说明

图1是本实用新型的LED外延片平面结构示意图。

具体实施方式

本实用新型揭示了一种氮化镓图形衬底，以下结合图2具体图形衬底，一种氮化镓图形衬底，包括采用气相外延生长技术，在气相外延生长反应室里进行热处理及降温处理的衬底底层，其特征在于：所述衬底底层上方依次生长有结晶氮化镓缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、N型氮化镓层，所述N型氮化镓层表面设有凹凸的图形。

所述N型氮化镓层表面的图形为刻蚀图形，所述图形为圆形、圆柱、三角锥、子弹头中的一种，所述图形尺寸为130nm-4um。

所述氮化镓图形衬底的制备方法包括如下步骤：

步骤一、将衬底放入气相外延生长反应室，在H₂环境中，1100℃-1200℃条件下，对其进行高温净化处理。所述衬底1材料为蓝宝石、碳化硅、硅、砷化镓、氧化锌中的一种。

步骤二、在衬底1上生长一层非晶氮化物成核层：氮化物成核层的生长温度为510℃—570℃，生长压力为400 mbar—800mbar，厚度为20 nm—50nm。

步骤三、在温度1050-1150℃条件下，将低温生长的非晶缓冲层通过高温形成多晶氮化镓缓冲层。

步骤四、在温度1000℃-1200℃，生长压力为200 mbar—800mbar条件下，生长1um-4um厚度的非故意掺杂氮化镓层2。

步骤五、在温度1100℃—1200℃，生长压力100-700mbar条件下，在非故意掺杂氮化镓层2上生长厚度为2—4um N型氮化镓层3；

步骤六、将生长有N型氮化镓层3的衬底取出，利用光刻或压印的方法形成目标周期性图形；