一种led外延结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种LED外延结构的制作方法。
【背景技术】
[0002]氮化镓基发光二极管作为新型光源替代传统光源已成为不可逆转的趋势，发光效率已成为影响发光二极管性能的瓶颈，影响产品的用途拓展，如何降低器件的工作电压，实现更高光效的发光二极管已经成为目前的技术研究热点。
[0003]中国专利号为CN101866831的专利公开了:一种低表面缺陷密度的外延基板及其制造方法，该制造方法先自一层晶格不匹配的基材侧向外延，形成一层具有多个缺陷处且表面缺陷降低的第一外延层，再自该第一外延层的平面进行缺陷选择性蚀刻，将所述缺陷处蚀刻出多个第一凹洞，使该第一外延层具有一界定所述第一凹洞的外延层平面，所述第一凹洞的径宽彼此相近，然后形成一填满所述第一凹洞的阻挡层，以阻隔差排向上延伸，再利用化学机械研磨法均匀地移除多余阻挡层，至该外延层平面裸露并使得其更加平坦，而使该外延层平面与剩下的该阻挡层表面共同定义出一面完整且平坦的外延基面。该发明所述低表面缺陷密度的外延基板及其制造方法，能够有效地降低缺陷密度，且能提高后续外延品质。但是该专利是在一次外延后腐蚀出凹洞，再填埋、研磨，然后二次外延，工艺较为复杂，此外凹洞是在芯片工艺制成中完成的，并非是原位腐蚀形成。
【发明内容】
[0004]本发明目的在于:提供LED外延结构的制作方法，通过外延制程原位形成凹洞，再在凹洞中填满电流阻挡介质层，从而构成电流扩展层，具有电流扩展效果，可以有效提高电子或空穴电流均匀性，提高发光亮度及降低工作电压。
[0005]本发明的第一方面，提供一种LED外延结构的制作方法，包括以下工艺步骤:
提供一基板；在所述基板之上形成第一外延层；在所述第一外延层之上通过外延制程形成第一凹洞；在所述第一凹洞中通过外延制程填满第一电流阻挡介质层；在所述第一凹洞与第一电流阻挡介质层之上形成第二外延层。
[0006]本发明的第二方面，再提供一种LED外延结构的制作方法，包括以下工艺步骤: 提供一基板；在所述基板之上形成第一外延层；在所述第一外延层之上通过外延制程形成第一凹洞；在所述第一凹洞中通过外延制程填满第一电流阻挡介质层；在所述第一凹洞与第一电流阻挡介质层之上形成第二外延层；在所述第二外延层之上通过外延制程形成第二凹洞；在所述第二凹洞中通过外延制程填满第二电流阻挡介质层；在所述第二凹洞与第二电流阻挡介质层之上形成第三外延层。
[0007]优选地，所述第一外延层的材料为GaN。
[0008]优选地，所述第二外延层/第三外延层包括氮化物发光外延层。
[0009]优选地，所述电流阻挡介质层的材料为低浓度掺杂或者不掺杂的InAlGaN。
[0010]优选地，通过控制InAlGaN材料的掺杂介质和浓度及Al组分，使得InAlGaN材料的电导率小于所填满凹洞对应的外延层，发挥电流阻挡作用。
[0011]优选地，所述电流阻挡介质层与具有凹洞的外延层构成电流扩展层。
[0012]优选地，所述电流扩展层可以为单个或多个叠层结构。
[0013]优选地，所述第一外延层之上形成第一凹洞的外延制程为:在第一外延层外延生长过程中，通过降低生长温度(900 °C以下)、高反应室压力(300torr以上)、低NH3和H 2分压(H2分压小于30%)、高生长速率(大于2 μπι/h)，从而降低第一外延层的侧向外延能力，利用穿透位错在第一外延层表面形成第一凹洞。
[0014]优选地，在所述第一凹洞中填满第一电流阻挡介质层的外延制程为:在具有第一凹洞的第一外延层之上先外延生长薄的第一电流阻挡介质层(厚度小于0.1 μ m)，通过调整生长速率、温度、压力条件控制，迅速把所述第一凹洞填满；再通过控制外延生长条件，刻蚀位于所述第一外延层之上的第一电流阻挡介质层，使得仅在所述第一凹洞中填满所述第一电流阻挡介质层。
[0015]优选地，第一电流阻挡介质层的外延生长方法为:在所述第一凹洞中生长低掺杂或者不掺杂的InAlGaN材料，通过调整生长温度(1100°C以上)、低反应室压力(10torr以下)、高順3和H 2分压(H 2分压大于50%)、低生长速率(远低于第一外延层生长速率)，从而提高InAlGaN材料的侧向外延生长能力，在C面(GaN (0001)面)生长非常薄的厚度(厚度小于0.1 μπι)下迅速填满所述第一凹洞。
[0016]优选地，位于所述第一外延层之上的第一电流阻挡介质层的刻蚀方法为:在所述第一电流阻挡介质层填满所述第一凹洞之后，中断生长，关闭順3源，降低反应室压力，进行原位刻蚀，由于InAlGaN材料在纯&条件下沿C面(GaN (0001)面)发生分解，使得位于所述第一外延层之上的InAlGaN材料全部分解，而位于所述第一凹洞内部依然填满InAlGaN材料。
[0017]本发明相对于现有技术，至少包括以下技术效果:
(O凹洞是利用外延层中的穿透位错产生，很容易实现IeScm 2以上的密度，分布比较均匀，完全通过外延过程原位实现，不需要芯片工艺制程，不需要增设掩膜层。
[0018](2)通过外延制程形成凹洞，可以有效释放膜内应力，降低发光外延层内建电场和极化电荷密度，增大电子空穴波函数交叠，提高辐射复合几率。
[0019](3)在凹洞中填满电流阻挡介质层，不需要通过芯片工艺增设掩膜层再研磨、蚀刻等，简化了工艺流程。
[0020](4)多个叠层结构的电流扩展层(电流阻挡介质层与具有凹洞的外延层)，可以有效改善电流扩展效果，有效提高电子或空穴电流均匀性，提高发光亮度及降低工作电压。
【附图说明】
[0021]附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。
[0022]图中标示:衬底I !InAlGaN缓冲层2 ；U-GaN层3 ;第一 N-GaN层4 ;第二 N-GaN层5 ;第一电流阻挡介质层6 ;超晶格7 ;发光外延层8 (MQff)5P-GaN层9 ;Ρ型接触层10 ;第三N-GaN层11 ;第二电流阻挡介质层12 ;第二 P-GaN层13。
[0023]图1~图5为本发明实施例1制作LED外延结构的工艺流程示意图。
[0024]图6为本发明实施例2制作LED外延结构的示意图。
[0025]图7为本发明实施例3制作LED外延结构的示意图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合示意图对本发明进行详细的描述，在进一步介绍本发明之前，应当理解，由于可以对特定的实施例进行改造，因此，本发明并不限于下述的特定实施例。还应当理解，由于本发明的范围只由所附权利要求限定，因此所采用的实施例只是介绍性的，而不是限制性的。除非另有说明，否则这里所用的所有技术和科学用语与本领域的普通技术人员所普遍理解的意义相同。
[0027]实施例1
如图1~5所示，本实施例提供一种LED外延结构的制作方法，包括以下工艺步骤:
(I)如图1所示，提供一平片蓝宝石或者PSS衬底I ;在衬底I上生长第一外延层，本实施例优选依次在衬底I上生长InAlGaN缓冲层2、U-GaN层3、第一 N-GaN层4和第二 N-GaN层5 ;第一凹洞5A。
[0028](2)如图2所示，在第二 N-GaN层5上通过外延制程形成第一凹洞，具体来说，形成第一凹洞的外延制程为:在第二 N-GaN层5外延生长过程中，通过降低生长温度(900°C以下)、高反应室压力(300torr以上)、低见13和H 2分压(H 2分压小于30%)、高生长速率(大于2 μ m)，从而降低第一外延层的侧向外延能力，利用穿透位错在第二 N-GaN层5上表面形成第一凹洞5A ;由于凹洞是利用GaN中的穿透位错产生，很容易实现IeScm 2以上的密度，分布比较均匀，完全通过外延过程原位实现，不需要芯片工艺制程，不需要增设掩膜层；此夕卜，通过外延制程形成凹洞，可以有效释放膜内应力，降低发光外延层内建电场和极化电荷密度，增大电子空穴波函数交叠，提高辐射复合几率。
[0029](3)如图3所示，在所述第一凹洞5A中填满第一电流阻挡介质层，其外延制程为:在具有第一凹洞的第二 N-GaN层5之上先外延生长薄的第一电流阻挡介质层6 (厚度小于0.1 μπι)，第一电流阻挡介质层6的材料选用低N掺杂或者不掺杂的InAlGaN，通过调整生长温度(IlOOcC以上)、低反应室压力(10torr以下)、