專利名稱：高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法，屬于光電子材料技術(shù)領(lǐng)域。
全色高亮度LED將帶來照明技術(shù)的一場革命，利用高亮度紅、綠、藍(lán)色LEDs的組合，可以發(fā)出波長連續(xù)可調(diào)的各色光源，構(gòu)成全色光源。尤其是白色光源，其耗電量僅相當(dāng)于相同亮度白熾燈(壽命約為6~12月)的10％～20％，其壽命約為5~10年，這種體積小、重量輕、方向性好、節(jié)能、長壽命、抗惡劣條件能力強的新型固體光源將對傳統(tǒng)的光源市場造成沖擊。
外延片的生長是指在一定條件下，將氮化鎵材料分子(或氮化鎵材料系列，如鋁鎵氮、銦鎵氮等)有規(guī)則排列、定向生長在藍(lán)寶石襯底上的過程。外延片生長完畢后，對其進行電極制作，減薄，切割，焊引線，封裝等工藝，即可制成發(fā)光二極管。因此，外延片的生長是制作發(fā)光二極管的關(guān)鍵步驟。
然而，發(fā)光二極管外延片的具體結(jié)構(gòu)并不是單一的一層氮化鎵材料，而是有許多層不同的氮化鎵系列的材料，如鋁鎵氮、銦鎵氮等組合在一起組成的，也稱氮化鎵基外延片。
高質(zhì)量氮化鎵基外延片的生長一直是高亮度發(fā)光二極管制作中的難點。由于氮化鎵與藍(lán)寶石襯底的晶格常數(shù)及熱膨脹系數(shù)不同，所以在藍(lán)寶石襯底上生長氮化鎵時，氮化鎵外延層與藍(lán)寶石襯底之間存在應(yīng)力。應(yīng)力積累到一定程度時，會觀察到外延片發(fā)生彎曲變形。氮化鎵外延層與藍(lán)寶石襯底間存在的應(yīng)力會嚴(yán)重影響制成的發(fā)光二極管的發(fā)光亮度。
Jpn.J.Appl.Phys.(vol.40(2001)pp L16-L19)和Journal of crystal growth235(2002)129-134公開的在藍(lán)寶石表面刻槽以生長氮化鎵材料的方法，其原理是利用了氮化鎵的橫向外延生長，在藍(lán)寶石襯底上刻上許多互相平行的溝槽，槽寬為5-10微米，槽間距為10微米左右，然后進行外延生長，在生長過程中，氮化鎵除了沿垂直于藍(lán)寶石襯底表面的方向生長以外，還沿平行于藍(lán)寶石襯底表面的方向進行橫向外延生長，橫向生長的氮化鎵覆蓋在藍(lán)寶石襯底溝槽的上面，連成一片，進而獲得了低缺陷密度的氮化鎵材料。但在這些公開技術(shù)中，只生長了單一層的氮化鎵材料，并沒有生長出發(fā)光二極管外延層，而且在氮化鎵與藍(lán)寶石襯底之間的應(yīng)力釋放不明顯。
在Journal of crystal growth 221(2000)345-349所公開的技術(shù)中，其原理是利用了氮化鎵的橫向外延生長，在藍(lán)寶石襯底上先進行外延生長一層底層氮化鎵材料，然后在這底層氮化鎵材料上刻上許多互相平行的溝槽，槽寬為5-10微米，隨后進行外延生長，在生長過程中，氮化鎵除了沿垂直于底層氮化鎵材料表面的方向生長以外，還沿平行于底層氮化鎵材料表面的方向進行橫向生長，橫向生長的氮化鎵覆蓋在底層氮化鎵材料的溝槽的上面，連成一片，進而獲得了低缺陷密度的氮化鎵材料。但在這種公開技術(shù)中，只生長了單一層的氮化鎵材料，并沒有生長發(fā)光二極管外延層，在生長完底層氮化鎵材料后，需將外延片從生長設(shè)備中取出，進行刻槽，然后再將刻槽完畢的外延片放入生長設(shè)備中，進行第二次外延生長，其工藝路線復(fù)雜，而且在氮化鎵與藍(lán)寶石襯底之間的應(yīng)力釋放不明顯。
中國專利CN1305639A利用了氮化鎵的橫向外延生長的原理，首先在藍(lán)寶石襯底上進行外延生長一層底層氮化鎵材料，然后在這底層氮化鎵材料上刻上許多互相平行的溝槽，隨后再進行外延生長，在生長過程中，氮化鎵除了沿垂直于底層氮化鎵材料表面的方向生長以外，還沿平行于底層氮化鎵材料表面的方向進行橫向生長，橫向生長的氮化鎵覆蓋在底層氮化鎵材料的溝槽的上面，連成一片，進而獲得了高亮度的發(fā)光二極管外延片。但在這種公開技術(shù)中，在生長完底層氮化鎵材料后，需將外延片從生長設(shè)備中取出，進行刻槽，然后再將刻槽完畢的外延片放入生長設(shè)備中，進行第二次外延生長，其工藝路線復(fù)雜，而且在氮化鎵與藍(lán)寶石襯底之間的應(yīng)力釋放不明顯。
本發(fā)明提出的一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法，含有在待外延生長的藍(lán)寶石襯底表面刻上許多溝槽，其特征在于所述方法是在待外延生長的藍(lán)寶石襯底表面刻上將藍(lán)寶石襯底表面分成許多小塊的溝槽，所述溝槽寬為0.001-1000微米，深為0.001-300微米，溝槽間距為0.01-10000微米。
本發(fā)明提出的另一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法，其特征在于所述方法是先在待外延生長的藍(lán)寶石表面上沉積薄膜，然后在薄膜上刻有許多小塊的溝槽，溝槽深度達(dá)到藍(lán)寶石襯底的表面，藍(lán)寶石襯底的表面被沉積的薄膜材料分成許多小塊，所述溝槽寬為0.01-10000微米，溝槽間距為0.01-1000微米。所述的沉積薄膜為1100℃以上穩(wěn)定存在的薄膜材料。
本發(fā)明提出的高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法，由于在進行外延生長前，在襯底表面刻上溝槽，這些溝槽把襯底表面分成許多小塊，然后再進行外延生長，生長過程中，應(yīng)力在小塊的邊緣即溝槽處釋放。與現(xiàn)有技術(shù)相比，可使外延層與藍(lán)寶石襯底之間的應(yīng)力降至二分之一以下。在小塊上面的外延層質(zhì)量較好，用來制作發(fā)光二極管，可大幅度降低外延生長過程中外延層與襯底之間的應(yīng)力積累，進而可獲得高亮度及均勻性良好的的發(fā)光二極管。
權(quán)利要求
1.一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法，含有在待外延生長的藍(lán)寶石襯底表面刻上許多溝槽，其特征在于所述方法是在待外延生長的藍(lán)寶石襯底表面刻上將藍(lán)寶石襯底表面分成許多小塊的溝槽，所述溝槽寬為(0.001-1000)微米，深為(0.001-300)微米，溝槽間距為(0.01-10000)微米。
2.一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法，其特征在于所述方法是先在待外延生長的藍(lán)寶石表面上沉積薄膜，然后在薄膜上刻有許多小塊的溝槽，溝槽深度達(dá)到藍(lán)寶石襯底的表面，藍(lán)寶石襯底的表面被沉積的薄膜材料分成許多小塊，所述溝槽寬為(0.01-10000)微米，溝槽間距為(0.01-1000)微米。
3.按照權(quán)利要求2所述的一種襯底處理方法，其特征在于所述的沉積薄膜為1100℃以上穩(wěn)定存在的薄膜材料。
全文摘要
一種高亮度氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的襯底處理方法,屬于光電子材料技術(shù)領(lǐng)域。本發(fā)明的特征是在待外延生長的藍(lán)寶石襯底表面刻上將藍(lán)寶石襯底表面分成許多小塊的溝槽,溝槽寬為0.001－1000微米,深為0.001－300微米,溝槽間距為0.01－10000微米。本發(fā)明的另一種處理方法是先在待外延生長的藍(lán)寶石表面上沉積薄膜,然后在薄膜上刻有許多小塊的溝槽,溝槽深度達(dá)到藍(lán)寶石襯底的表面,溝槽寬為0.01－10000微米,溝槽間距為0.01－1000微米。用本發(fā)明制備的外延片襯底制作發(fā)光二極管,可大幅度降低外延生長過程中外延層與襯底之間的應(yīng)力積累,進而可獲得高亮度及均勻性良好的發(fā)光二極管。
文檔編號H01L33/00GK1379484SQ02117329
公開日2002年11月13日 申請日期2002年5月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年5月17日
發(fā)明者羅毅, 郭文平, 胡卉, 孫長征, 郝智彪 申請人:清華大學(xué)