一种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：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；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AlGaN层；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；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。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)具有超长寿命、节能省电、健康环保、高亮低热、坚固耐用等优点，应用广泛。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发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：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；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AlGaN层；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；其中，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，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，所述衬底的尺寸为3英寸、4英寸、6英寸、8英寸或者2英寸。可选地，相邻两个所述阶段的温度的差值根据外延生长的要求设定。优选地，相邻两个所述阶段的温度的差值为定值。优选地，相邻两个所述阶段的温度的差值各不相同。可选地，各个所述阶段占用的时间根据外延生长的要求设定。优选地，各个所述阶段占用的时间为定值。优选地，各个所述阶段占用的时间各不相同。可选地，热处理之前进行多个阶段的升温的方式与生长过渡层之前进行多个阶段的升温的方式相同或不同。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，再将衬底在纯氢气气氛下进行热处理，并且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，降低外延片的位错和缺陷密度，改善晶体质量，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发光二极管外延片的生长方法的流程图。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：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。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AlGaN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。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，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。需要说明的是，热处理之前进行多个阶段的升温的方式与生长过渡层之前进行多个阶段的升温的方式可以相同，也可以不同。例如，热处理之前进行多个阶段的升温的速率逐渐升高，生长过渡层之前进行多个阶段的升温的速率保持不变。步骤104：升高温度沉积非掺杂GaN层。步骤105：生长掺杂Si的GaN层，形成N型层。步骤106：交替生长InGaN层和GaN层，形成多量子阱层。步骤107：生长掺杂Mg的AlGaN层，形成P型电子阻挡层。步骤108：生长掺杂Mg的GaN层，形成P型层。步骤109：生长掺杂Mg的GaN层，形成P型接触层。在本实施例中，P型接触层的厚度小于P型层的厚度。本专利技术实施例通过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，并且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，降低外延片的位错和缺陷密度，改善晶体质量，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。实施例二本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，本实施例提供的生长方法是实施例一提供的生长方法的具体实现。在实施例中，以高纯氢气(H2)或氮气(N2)作为载气，以三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In、N源，采用硅烷(SiH4)、二茂镁(Cp2Mg)分别作为N型、P型掺杂剂。参见图3，该生长方法包括：步骤201：将衬底先升温到500℃，再升温到800℃并稳定30s，再升温到1000℃并稳定30s，再升温到1230℃并稳定10min，在纯氢气气氛下进行热处理本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种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：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；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AlGaN层；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；其中，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。

【技术特征摘要】
1.一种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：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；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AlGaN层；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；其中，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。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，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。3.根据权利要求1或2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