本发明专利技术涉及一种GaN基LED外延有源区基础结构的外延生长方法,以改善普通外延生长晶体质量差、光效低的现状。步骤包括：(1)在覆盖有GaN层的衬底上PECVD沉积一层SiO2，再在SiO2上蒸镀一层Ni薄膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛；(2)以Ni纳米岛为掩膜，刻蚀SiO2和GaN层，刻蚀完后去除Ni薄膜，获得顶部带SiO2图形掩膜的GaN纳米柱；(3)在顶部带有SiO2图形掩膜的GaN纳米柱上横向外延生长GaN，GaN在每根纳米柱侧壁上侧向生长，形成空腔；并由于SiO2与GaN晶格不匹配，GaN会越过SiO2图形掩膜横向生长，最终将SiO2覆盖，横向外延生长结束后再生长1-2μm的GaN，得到有源区基础结构。本发明专利技术提供的外延生长方法可同时提高内外量子效应，从而提高GaN基LED光效。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于LED外延层生长
，主要涉及。
技术介绍
GaN基光电器件由于其较宽的禁带宽度，因而有着广阔的应用领域。纯GaN衬底由于与外延层有着良好的晶格匹配度，是目前最适合生长外延的衬底材料，但由于其成本很高，因此不被普通器件所使用；A1203是目前普遍使用的GaN基LED衬底材料，图形化技术的应用更是推进了 LED亮度的发展。 目前常见的生长外延层流程如图1所示，首先制备三角锥PSS(图形化蓝宝石衬底)，采用M0CVD技术，在三角锥PSS表面540°C生长2 μ m的GaN缓冲层，作为后续有源区外延生长的基础。例如，在此基础上1050°C生长高温3 μ m的n-GaN，接着生长10对InGaN/GaN多量子阱层，最后生长0.2 μ m的p_GaN。TMGa、TMIn和NH3分别作为Ga、In和N源，SiH4和CP2Mg作为N型和P型掺杂源。
技术实现思路
本专利技术针对普通外延生长晶体质量差、光效低的现状，提出一种新的外延生长方法，可同时提高内量子效应和外量子效应，从而提高GaN基LED光效。 本专利技术通过生长顶部带有Si02掩膜的GaN纳米柱外延层，通过植入空腔和Si02图形掩膜得到适于后续有源区生长的基础外延结构，从而提高LED外量子效应和内量子效应，最终实现提高GaN基LED光效。该方法主要包括以下步骤: (1)在覆盖有GaN层的衬底上PECVD沉积一层Si02，再在Si02上蒸镀一层Ni薄膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛； (2)以Ni纳米岛为掩膜，分别使用反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合等离子刻蚀(ICP)刻蚀Si02和GaN层，刻蚀完成后去除Ni薄膜，最终获得顶部带Si02图形掩膜的GaN纳米柱； (3)利用低压M0CVD技术在顶部带有Si02图形掩膜的GaN纳米柱上横向外延生长GaN，GaN在每根纳米柱侧壁上侧向生长，纳米柱之间的距离逐渐缩短，形成空腔；并由于Si02与GaN晶格不匹配，GaN会越过Si02图形掩膜横向生长，最终将Si02覆盖，横向外延生长结束后再生长1_2μπι的GaN，得到所述有源区基础结构，即后续有源区相关的外延层是在此基础上进行生长。 基于以上基本方案，本专利技术还进一步做如下细节优化: 步骤(1)在1.5-2.0 μ m厚的GaN外延层上PECVD沉积200_300nm的Si02层；接着在Si02上蒸镀一层8-15nm厚的Ni薄膜，氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛。 步骤(1)形成的Ni纳米岛的平均直径为250-500nm，密度为3_5X 108/cm2 (纳米柱之间的平均间距在400nm左右)； 步骤(3)形成的空洞的平均宽度为0.1-0.25 μ m，平均高度为0.5-1.5 μ m。 步骤⑵中，使用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀Si02层，刻蚀气体为CF4，刻蚀速率控制在50-66nm/min，刻蚀时间为3_6min ;然后使用电感耦合等离子刻蚀(ICP)刻蚀GaN，刻蚀气体为Cl2和Ar，刻蚀速率为45-58nm/min，时间25_45min。 步骤⑵中刻蚀完成后采用100°C的ΗΝ03溶液中浸泡5min去除Ni薄膜。 基于以上方法得到的GaN基LED外延有源区基础结构，本专利技术还举例一种高亮度GaN基LED外延(产品)结构。该产品结构包括依次在衬底基础上生长的有源区基础结构、η-GaN、若干周期的InGaN/GaN多量子阱层、p-GaN ;其特殊之处在于:所述有源区基础结构包括在衬底上生长的平整的GaN层；平整的GaN层内部靠近外表面的位置平面分布有若干个Si02图形掩膜块，在各个Si02图形掩膜块之间间隙的下方分布有空腔，空腔的平均宽度为0.1-0.25 μ m,平均高度为0.5-1.5 μ m, Si02以上的GaN厚度为1-2 μ m。 本专利技术的有益效果如下: 通过本方法处理，外延层在GaN纳米柱和Si02图形掩膜的共同作用下横向生长，既形成空腔，又横向覆盖Si02。其中，空腔的植入有利于光的折射，从而改变光路提高外量子效应；Si02图形掩膜的存在可以增加横向外延生长，阻挡位错线蔓延，减少后续外延层的位错密度，从而提高量子阱的晶体质量，最终表现为内量子效应提高。 使用本专利技术方法制备的GaN基LED外延片，晶体质量大幅度提高，(102)和(002)晶面半高宽均可降低到300arcses以下，且外延层表面光滑平整无缺陷。 【附图说明】 图1为传统图形化衬底外延生长流程图。 图2为本专利技术的一个实施例流程图。 【具体实施方式】 按照本专利技术的原理，如图2所示，制造高亮度GaN基LED外延层的方法主要包括以下步骤: 1、在长有1.5-2.0 μ m厚的GaN外延层上PECVD沉积200_300nm的Si02层，沉积温度为250°C。接着在Si02上蒸镀一层8-15nm厚的Ni薄膜,氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛，退火温度850°C,时间为l_3min。 2、以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀Si02层，刻蚀气体为CF4，刻蚀速率控制在50-66nm/min，刻蚀时间为3-6min。继续使用电感耦合等离子刻蚀(ICP)刻蚀GaN,刻蚀气体为5sccm的Cl2和50sccm的Ar,刻蚀速率为45_58nm/min,时间25_45min。 3、在100°C的ΗΝ03溶液中浸泡5min去除剩余的Ni薄膜。 4、使用低压M0CVD技术在顶部带有Si02图形掩膜的GaN纳米柱上侧向外延生长GaN层，生长温度为1050°C。GaN在每根纳米柱侧壁上侧向生长，纳米柱之间的距离逐渐缩短，最终形成平均宽度为0.1-0.25 μ m、平均高度为0.5-1.5 μ m的空洞(此空洞是在外延三维生长时外延粘连逐渐形成的，形状并不规则，但平均宽度较相邻纳米柱的间距小，高度也会比纳米柱的高度小)。形成空洞后继续M0CVD生长GaN层，由于Si02与GaN晶格不匹配，GaN会越过Si02横向生长，最终将Si02覆盖。 5、横向外延结束后再生长1-2 μ m的GaN，得到所述有源区基础结构。接着继续生长LED结构，例如:3 μ m的n-GaN, 10对InGaN/GaN多量子阱层，和0.2 μ m的p-GaN,完成LED外延片的生长。 以上方案，采用TMGa、TMIn和NH3分别作为Ga、In和N源，SiH4和CP2Mg作为N型和P型掺杂源。 具体示例如下: 首先在长有2.0 μ m厚的GaN外延层上PECVD沉积200nm的Si02层，沉积温度为250°C。接着在Si02上蒸镀一层10nm厚的Ni薄膜，氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛，退火温度850°C，时间为lmin。以Ni纳米岛为掩膜，使用反应离子刻蚀(RIE)刻蚀Si02层，刻蚀气体为CF4，刻蚀速率控制在56nm/min，刻蚀时间为3.5min。继续使用电感耦合等离子刻蚀(ICP)刻蚀GaN，刻蚀气体为5sccm的Cl2和50sccm的Ar，刻蚀速率为50nm/min,时间40min。在100°C的ΗΝ03溶液中浸泡5min去除剩余的Ni薄膜。然后使用低压MOCVD技术在顶部带有Si02图形掩膜的本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种GaN基LED外延有源区基础结构的外延生长方法，其特征在于，包括以下环节：(1)在覆盖有GaN层的衬底上PECVD沉积一层SiO2，再在SiO2上蒸镀一层Ni薄膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛；(2)以Ni纳米岛为掩膜，分别使用反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合等离子刻蚀(ICP)刻蚀SiO2和GaN层，刻蚀完成后去除Ni薄膜，最终获得顶部带SiO2图形掩膜的GaN纳米柱；(3)利用低压MOCVD技术在顶部带有SiO2图形掩膜的GaN纳米柱上横向外延生长GaN，GaN在每根纳米柱侧壁上侧向生长，纳米柱之间的距离逐渐缩短，形成空腔；并由于SiO2与GaN晶格不匹配，GaN会越过SiO2图形掩膜横向生长，最终将SiO2覆盖，横向外延生长结束后再生长1‑2μm的GaN，得到所述有源区基础结构，即后续有源区相关的外延层是在此基础上进行生长。
【技术特征摘要】
1.一种GaN基LED外延有源区基础结构的外延生长方法，其特征在于，包括以下环节: .(1)在覆盖有GaN层的衬底上PECVD沉积一层S12,再在S12上蒸镀一层Ni薄膜，通过快速热退火制备Ni纳米岛； .(2)以Ni纳米岛为掩膜，分别使用反应离子刻蚀(RIE)和电感耦合等离子刻蚀(ICP)刻蚀S12和GaN层，刻蚀完成后去除Ni薄膜，最终获得顶部带S12图形掩膜的GaN纳米柱； .(3)利用低压MOCVD技术在顶部带有S12图形掩膜的GaN纳米柱上横向外延生长GaN，GaN在每根纳米柱侧壁上侧向生长，纳米柱之间的距离逐渐缩短，形成空腔；并由于S12与GaN晶格不匹配，GaN会越过S12图形掩膜横向生长，最终将S12覆盖，横向外延生长结束后再生长1-2 μ m的GaN，得到所述有源区基础结构，即后续有源区相关的外延层是在此基础上进行生长。2.根据权利要求1所述的GaN基LED外延有源区基础结构的外延生长方法，其特征在于:步骤(I)是在1.5-2.0 μ m厚的GaN外延层上PECVD沉积200_300nm的S12层；接着在S12上蒸镀一层8-15nm厚的Ni薄膜,氮气气氛下通过快速热退火形成Ni纳米岛。3.根据权利要求2所述的GaN基LED外延有源区基础结构的外延生长方法，其特征在于:步骤(I)形成的N...
【专利技术属性】
技术研发人员：韩沈丹，
申请(专利权)人：西安神光安瑞光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61
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