一种GaN基发光二极管外延片的生长方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，属于半导体技术领域。所述生长方法包括：升高温度将衬底在纯氢气气氛下进行热处理；降低温度沉积缓冲层；进行多个阶段的升温，再生长过渡层，过渡层为从二维生长先转为三维生长再转为二维生长的多层AlGaN层，多层AlGaN层包括交替层叠的第一AlGaN层和第二AlGaN层，第一AlGaN层和第二AlGaN层的Al组分不同，同一阶段的温度恒定，且不同阶段的温度随时间的增长而升高；升高温度沉积非掺杂GaN层；生长N型层；交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱层；生长P型电子阻挡层；生长P型层；生长P型接触层。本发明专利技术适应大尺寸外延片的生产。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片的生长方法。
技术介绍
发光二极管(Light Emitting Diodes，简称LED)具有体积小、颜色丰富多彩、使用寿命长等优点，是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。以GaN为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体，具有导热率高、发光效率高、物理化学性质稳定、能实现P型或N型掺杂的优点，而且GaN的多元合金InGaN和GaN构成的量子阱结构，发光波长可覆盖整个可见光区域，还具有较高的内量子效率，因此GaN是制作LED的理想材料。随着近年来经济的不断发展和人力成本的不断提高，LED芯片厂商已经逐步超大尺寸外延工艺(大于2英寸的外延片)发展，以提高生产效率和LED芯片产能(如6英寸外延片为4英寸外延片的2倍、3英寸外延片的3-4倍、2英寸外延片的8-9倍)，降低生产成本。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：GaN基外延片与蓝宝石衬底之间存在晶格失配，造成高密度缺陷、热膨胀系数大，应力释放不充分导致外延片表面不平整，大尺寸外延片具有更高的翘曲度，破片率较高，严重制约大尺寸外延技术的发展。
技术实现思路
为了解决现有技术翘曲度和破片率较高的问题，本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的生长方法。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：升高温度将衬底在纯氢气气氛下进行热处理；降低温度沉积缓冲层；进行多个阶段的升温，再生长过渡层，所述过渡层为从二维生长先转为三维生长再转为二维生长的多层AlGaN层，所述多层AlGaN层包括交替层叠的第一AlGaN层和第二AlGaN层，所述第一AlGaN层和所述第二AlGaN层的Al组分不同，同一所述阶段的温度恒定，且不同所述阶段的温度随时间的增长而升高；升高温度沉积非掺杂GaN层；生长掺杂Si的GaN层，形成N型层；交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱层；生长掺杂Mg的AlGaN层，形成P型电子阻挡层；生长掺杂Mg的GaN层，形成P型层；生长掺杂Mg的GaN层，形成P型接触层，所述P型接触层的厚度小于所述P型层的厚度。可选地，各层所述第一AlGaN层的Al组分相同，各层所述第二AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向变化；或者，各层所述第一AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向变化，各层所述第二AlGaN层的Al组分相同。优选地，所述沿所述过渡层的生长方向变化为增加、减少、先增加再减少、先减少再增加、周期性变化中的任一种。可选地，各层所述第一AlGaN层的Al组分和各层所述第二AlGaN层的Al组分均沿所述过渡层的生长方向变化。优选地，所述均沿所述过渡层的生长方向变化为以下方式组合中的任一种：各层所述第一AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向减少，各层所述第二AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向增加；各层所述第一AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向增加，各层所述第二AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向减少；各层所述第一AlGaN层的Al组分和各层所述第二AlGaN层的Al组分均沿所述过渡层的生长方向增加；各层所述第一AlGaN层的Al组分和各层所述第二AlGaN层的Al组分均沿所述过渡层的生长方向减少；各层所述第一AlGaN层的Al组分和各层所述第二AlGaN层的Al组分均沿所述过渡层的生长方向周期性变化。可选地，所述AlGaN层的厚度为10～500nm。可选地，所述过渡层的厚度小于或等于1.5μm。可选地，不同所述阶段的温度的升高速率保持不变、逐渐减小或者逐渐升高。可选地，所述升高温度将衬底在纯氢气气氛下进行热处理，包括：进行多个阶段的升温，再将所述衬底在纯氢气气氛下进行热处理，同一所述阶段的温度恒定，且不同所述阶段的温度随时间的增长而升高。可选地，所述衬底的尺寸为3英寸、4英寸、6英寸、8英寸或者2英寸。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过进行多个阶段的升温，再生长过渡层，同一阶段的温度恒定，且不同阶段的温度随时间的增长而升高，温场稳定、受热均匀，有利于底层温场的均匀性和稳定性，降低因热膨胀系数的差异而引起的张应力，缓解晶格失配产生的应力，改善外延片的翘曲度，提高晶体质量。而且采用两种Al组分不同的AlGaN层交替层叠形成过渡层，可以有效改善GaN材料与衬底之间的热失配和晶格失配，降低外延片中的应力和缺陷，进一步减小外延片的翘曲度和提高晶体质量，提高空穴的注入效率和器件的发光效率，减少破片率，适应大尺寸外延片的生产。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例一提供的一种GaN基发光二极管外延片的生长方法的流程图；图2a是本专利技术实施例一提供的温度速率保持不变的示意图；图2b是本专利技术实施例一提供的温度速率逐渐减小的示意图；图2c是本专利技术实施例一提供的温度速率逐渐增大的示意图；图3是本专利技术实施例二提供的一种GaN基发光二极管外延片的生长方法的流程图；图4是本专利技术实施例二提供的过渡层的Al组分的示意图；图5是本专利技术实施例三提供的过渡层的Al组分的示意图；图6是本专利技术实施例四提供的过渡层的Al组分的示意图；图7是本专利技术实施例五提供的过渡层的Al组分的示意图；图8是本专利技术实施例六提供的过渡层的Al组分的示意图；图9是本专利技术实施例七提供的过渡层的Al组分的示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，参见图1，该生长方法包括：步骤101：升高温度将衬底在纯氢气气氛下进行热处理。可选地，该步骤101可以包括：进行多个阶段的升温，再将衬底在纯氢气气氛下进行热处理。在本实施例中，同一阶段的温度恒定，且不同阶段的温度随时间的增长而升高。可选地，不同阶段的温度的升高速率可以保持不变(如图2a所示)、逐渐减小(如图2b所示)或者逐渐升高(如图2c所示)。可选地，相邻两个阶段的温度的差值可以根据外延生长的要求设定，以选取匹配外延片生长的最优值。优选地，相邻两个阶段的温度的差值可以为定值。优选地，相邻两个阶段的温度的差值可以各不相同。可选地，各个阶段占用的时间可以根据外延生长的要求设定，以选取匹配外延片生长的最优值。优选地，各个阶段占用的时间可以为定值。优选地，各个阶段占用的时间可以各不相同。具体地，衬底的尺寸可以为3英寸、4英寸、6英寸、8英寸或者2英寸。具体地，衬底的材料可以采用蓝宝石、Si、SiC、GaN、AlN、ZnO、GaAs、金属中的任一种。需要说明的是，热处理的目的是清洁衬底表面。步骤102：降低温度沉积缓冲层。步骤103：进行多个阶段的升温，再生长过渡层。在本实施例中，过渡层为从二维生长先转为三维生长再转为二维生长的多层AlGaN层。多层AlGaN层包括交替层叠的第本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：升高温度将衬底在纯氢气气氛下进行热处理；降低温度沉积缓冲层；进行多个阶段的升温，再生长过渡层，所述过渡层为从二维生长先转为三维生长再转为二维生长的多层AlGaN层，所述多层AlGaN层包括交替层叠的第一AlGaN层和第二AlGaN层，所述第一AlGaN层和所述第二AlGaN层的Al组分不同，同一所述阶段的温度恒定，且不同所述阶段的温度随时间的增长而升高；升高温度沉积非掺杂GaN层；生长掺杂Si的GaN层，形成N型层；交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱层；生长掺杂Mg的AlGaN层，形成P型电子阻挡层；生长掺杂Mg的GaN层，形成P型层；生长掺杂Mg的GaN层，形成P型接触层，所述P型接触层的厚度小于所述P型层的厚度。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：升高温度将衬底在纯氢气气氛下进行热处理；降低温度沉积缓冲层；进行多个阶段的升温，再生长过渡层，所述过渡层为从二维生长先转为三维生长再转为二维生长的多层AlGaN层，所述多层AlGaN层包括交替层叠的第一AlGaN层和第二AlGaN层，所述第一AlGaN层和所述第二AlGaN层的Al组分不同，同一所述阶段的温度恒定，且不同所述阶段的温度随时间的增长而升高；升高温度沉积非掺杂GaN层；生长掺杂Si的GaN层，形成N型层；交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱层；生长掺杂Mg的AlGaN层，形成P型电子阻挡层；生长掺杂Mg的GaN层，形成P型层；生长掺杂Mg的GaN层，形成P型接触层，所述P型接触层的厚度小于所述P型层的厚度。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，各层所述第一AlGaN层的Al组分相同，各层所述第二AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向变化；或者，各层所述第一AlGaN层的Al组分沿所述过渡层的生长方向变化，各层所述第二AlGaN层的Al组分相同。3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，所述沿所述过渡层的生长方向变化为增加、减少、先增加再减少、先减少再增加、周期性变化中的任一种。4.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，各层所述第一AlGaN层的Al组分和各层所述第二AlGaN层的Al组分均沿所述过渡层的生长方向变化。5.根据权利要求4所述的生长方...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兰，万林，胡加辉，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33