一種發(fā)光表面有周期性圖案的高光效倒裝led的制作方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及LED生產(chǎn)技術領域，特別是氮化物LED外延/芯片制備技術領域。
【背景技術】
[0002]LED因具有體積小，壽命長，功耗低，亮度高，易集成等諸多優(yōu)點，被認為是21世紀最有前景的發(fā)光器件。
[0003]目前的氮化物LED外延制備，大部分均采用異質外延的技術，即在藍寶石(或者碳化硅、硅等)襯底上外延生長氮化物材料，特別是圖形化的藍寶石基底，已在各制造廠商廣泛應用。
[0004]由于藍寶石基底不導電，硬度大等特有的材料性質，給后續(xù)LED芯片的制備帶來了困難，同時由于圖形化的藍寶石基底價格相對昂貴，不利于制造成本的降低。
[0005]硅襯底由于其尺寸大，易于加工，可導電且價格低廉，被認為是替代藍寶石襯底的優(yōu)選材料，目前Si上外延氮化物LED —般采用兩種方法:
一種在平面Si上設計復雜的緩沖層結構，譬如高溫A1N緩沖層，低溫A1N緩沖層，變組分的AlGaN緩沖層以及由這些緩沖層構成的多層復合結構過渡層，復雜的過渡層之后再生長N型電子供給層，發(fā)光有源層和P型空穴供給層。雖然經(jīng)過了復雜的緩沖層設計，但由于Si襯底與氮化物材料之間的熱失配和晶格失配，隨著外延厚度的積累，外延表面仍很容易產(chǎn)生龜裂線，且位錯密度高，晶體質量不足以滿足器件制作需求。
[0006]另外一種方案是在圖案化的Si襯底上生長氮化物材料，此種方法可制得晶體質量較優(yōu)秀的氮化物LED器件，然而光提取效率仍然低下。
[0007]因此，就目前技術由于硅襯底材料與氮化物材料具有相對更大的晶格失配和熱失配，使得硅襯底上外延氮化物技術變得復雜。同時由于硅襯底材料會吸收氮化物有源層發(fā)射的光，硅上外延氮化物材料的技術一直難以得到各制造廠商的應用。硅襯底上生長出的氮化物材料器件的性能沒有競爭力。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明目的是提出一種生產(chǎn)成本低、能克服現(xiàn)有技術以硅為襯底缺陷的發(fā)光表面有周期性圖案的高光效倒裝LED的制作方法。
[0009]本發(fā)明包括在Si襯底上制作外延層，并制作電極，然后將具有電極的器件倒裝在永久基板上，并去除Si襯底。本發(fā)明的特點是:
先在Si襯底上蒸鍍A1N薄膜，并在A1N薄膜上刻蝕出周期性圖形，所述周期性圖形的凹槽部分為Si襯底，凸起部分為A1N薄膜，然后再制作外延層；所述外延層中的合并層中具有孔洞，各孔洞一一對應于所述具有周期性圖形的凹槽部分；在去除Si襯底時，采用由等體積的冊、圓03和CH3C00H混合組成的溶液，露出A1N薄膜和AlGaN層交替的周期圖形表面。
[0010]本發(fā)明通過在硅襯底上蒸鍍A1N，然后刻蝕出圖形，再在圖形上生長氮化物材料，最終做成倒裝的LED器件且剝離掉硅襯底，可達到如下目的:
1、在硅襯底上預先生長A1N薄膜，可節(jié)約MOCVD硅上緩沖層的生長時間，提高產(chǎn)能，同時可提尚后續(xù)MOCVD外延氣化物材料的晶體質量；
2、在生長了A1N薄膜的硅基底上刻蝕圖案后，可減小后續(xù)生長應力積累，提高外延晶體質量，同時還無需復雜的緩沖層生長工藝；
3、在圖案化襯底上生長氮化物材料，通過外延工藝的控制，可形成孔洞，截斷位錯線，提尚晶體質量，同時孔洞還有助于提尚出光效率；
4、剝離掉硅襯底，做成倒裝的LED器件，可避免硅襯底的吸光，實現(xiàn)背面出光；
5、剝離掉硅襯底之后，在出光表面上可同時還原出之前的周期圖案，大大提高背發(fā)射的出光效率。
[0011]因此，本發(fā)明通過工藝改進，使背發(fā)射LED芯片達到了提高出光效率的效果。
[0012]進一步地，本發(fā)明所述A1N薄膜的厚度為10?200 nm。
[0013]所述周期性圖形為條狀圖形，凹槽部分和凸起部分分別為平行的條狀，并且凹槽部分和凸起部分相隔排列，凹槽部分的寬度為500nm?5000nm，凸起部分的寬度為500nm?5000nmo
[0014]所述周期性圖形為點陣圖形，凹槽部分等間距地布置在凸起部分中，凹槽部分的長度與寬度相同，凹槽部分的長度與寬度為500nm?5000nm，相鄰的凹槽部分的間距為500nm ?5000nmo
[0015]以上兩種圖形的凹槽寬度和高度影響后續(xù)外延生長讓AlGaN外延層合并成一個平面的時間以及空洞的大小，太小的凹槽寬度和高度無法在AlGaN合并層中形成孔洞，且位錯密度較大，太大的凹槽寬度，將會加長AlGaN外延合并成一個平面的時間，影響整個外延制程周期。
[0016]以上兩種圖形的所述凹槽部分的刻蝕深度為500nm?5000nm。
[0017]凸起部分的寬度影響后續(xù)外延層的位錯密度，太大的凸起寬度將使得凸起部分中心位置的位錯線無法延伸至空洞處被截斷，而直接延伸到后續(xù)的外延生長層中。
[0018]在制作外延層的合并層時，以三甲基鋁為鋁源，以三甲基鎵為鎵源，采用50mbar?500mbar的低壓和500?10000的高V / III生長直至外延表面形成一個平整的表面。通過低壓和高V /III的外延生長條件，可促進外延橫向生長，縮短外延層合并成一個平面層的時間，減少整個外延材料的生長時間，提高生產(chǎn)效率。
[0019]更進一步地，三甲基鎵的流量恒定不變，三甲基鋁的流量隨著合并層外延生長時間的延長而逐漸變小，并且三甲基鋁的流量與合并層的外延生長時間成線性關系，且通入三甲基鋁的時間小于整個合并層生長時間的一半。通過三甲基鋁流量的線性變化，可生長出A1組分漸變的AlGaN層，避免從A1N層到GaN層外延材料組分的突變。通入三甲基鋁源的時間小于整個合并層生長時間的一半，可以有效避免太厚的AlGaN層延長整個外延層的合并時間。
[0020]在制作外延層的第一 N型GaN層時，以N型摻雜，摻雜濃度為:5X1017?5X1018，米用200mbar?600mbar高壓和100CTC?140CTC高溫生長形成厚度為100?1000 nm的第一 N型GaN層。在生長外延合并層后，在外延合并處將會產(chǎn)生一定數(shù)量的位錯線并隨著材料外延往上延伸。通過第一 N型GaN層的高壓高溫生長，可很大程度上減少位錯線的延伸，提尚后續(xù)外延晶體質量。
[0021]同時高溫高壓外延生長完第一 N型GaN層后，還生長有AlGaN缺陷阻隔層，該AlGaN層可截斷位錯線，減少位錯線往上延伸。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明在Si襯底材料上形成的外延片的結構示意圖。
[0023]圖2為本發(fā)明廣品結構不意圖。
[0024]圖3為本發(fā)明在A1N薄膜上刻蝕出的條狀圖形示意圖。
[0025]圖4為本發(fā)明在A1N薄膜上刻蝕出的點陣圖形示意圖。
[0026]圖5為外延生長合并層時的A1流量變化控制圖。
【具體實施方式】
[0027]—種高光效的倒裝LED制備步驟:
1、采用物理氣相沉積(PVD)技術，在Si襯底材料1的一面蒸鍍10?200 nm厚的A1N薄膜