一种提高LED外延层结晶质量的方法技术

一种提高LED外延层结晶质量的方法，所述方法包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，所述未掺杂GaN层为多层没有掺杂的U‑GaN层，生长相邻U‑GaN层时生长速率依次增加，生长温度逐渐升高。通过将未掺杂GaN层以速率渐增的方式生长，同时温度逐渐增高，一方面可以与前面的缓冲层相匹配，减少高温对缓冲层造成的破坏，同时为后面高温条件下生长的N型GaN层过渡，得到的底层结晶质量更好。

【技术实现步骤摘要】
一种提高LED外延层结晶质量的方法
本专利技术涉及LED
，尤其涉及一种提高LED外延层结晶质量的方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，具有体积小、颜色丰富多彩、能耗低、使用寿命长等优点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。其中，以GaN为代表的发光二极管，成本低，外延和芯片工艺相对成熟，仍然引领着前沿和热点技术。GaN基LED外延片通常生长在蓝宝石衬底上，通过在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层得到外延层，未掺杂GaN层介于缓冲层和N型GaN层之间，现有技术中未掺杂GaN层普遍采用同一条件生长，得到的外延层应力大、缺陷多。
技术实现思路
本专利技术目的就是为解决上述技术问题，提供一种提高LED外延层结晶质量的方法，旨在解决现有技术所得到的外延层应力大、缺陷多等不足。本专利技术所要解决的技术问题采用以下的技术方案来实现：一种提高LED外延层结晶质量的方法，所述方法包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，所述未掺杂GaN层为多层没有掺杂的U-GaN层，生长相邻U-GaN层时生长速率依次增加，生长温度逐渐升高。可选的，所述未掺杂GaN层为2-5层没有掺杂的U-GaN层。可选的，与缓冲层接触的U-GaN层为第一U-GaN层。可选的，所述第一U-GaN层生长条件为，氨气流量60-80slm，三甲基镓流量240-320sccm，反应温度900-1100℃。可选的，生长相邻U-GaN层时生长速率以0.2-0.6um/h速度增加，温度以20-30℃梯度递增。可选的，生长相邻U-GaN层时氨气流量不变，三甲基镓流量按照30-50sccm增加，温度以20-30℃梯度递增。可选的，生长相邻U-GaN层时三甲基镓流量不变，氨气流量按照10-20slm增加，温度以20-30℃梯度递增。可选的，相邻U-GaN层之间至少其中之一插入AlGaN层。本专利技术的优点是：通过将未掺杂GaN层以速率渐增的方式生长，同时温度逐渐增高，一方面可以与前面的缓冲层相匹配，减少高温对缓冲层造成的破坏，同时为后面高温条件下生长的N型GaN层过渡，得到的底层结晶质量更好；速率渐增式生长更符合图形化衬底的工艺需求，能够以渐变的方式将图形逐步填平，减少外延层形成过程中产生的缺陷，直接使用同一生长速率生长，生长过程中极易产生大量的缺陷和位错，降低结晶质量。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，下面将对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种提高LED外延层结晶质量的方法，采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：MetalorganicChemicalVaporDeposition，简称：MOCVD)技术生长外延片，采用三甲基镓或者三乙基镓作为镓源，高纯氨气(NH3)作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，采用硅烷作为N型掺杂剂，采用二茂镁作为P型掺杂剂。该生长方法包括：步骤(1)：在衬底上外延生长缓冲层。在本实施例中，衬底可以为蓝宝石衬底。可选地，衬底可以为尺寸大于2英寸的大尺寸衬底，如4英寸衬底。具体地，缓冲层为不同生长温度梯度下的GaN叠层，且生长温度依次升高，相邻温度相差20-50℃，GaN叠层可以包括2-10个GaN缓冲层。优选的，GaN叠层包括两个GaN缓冲层，分别为第一GaN缓冲层、第二GaN缓冲层，第一GaN缓冲层与第二GaN缓冲层生长气氛相同，均为由N2、H2和NH3构成的氛围，均采用三甲基镓作为镓源，第一GaN缓冲层三甲基镓流量为40-100sccm，第二GaN缓冲层三甲基镓流量为100-200sccm，第一GaN缓冲层生长温度为500-600℃，第二GaN缓冲层生长温度为600-650℃。现有技术中缓冲层主要采用单层的低温GaN层，厚度在20-50nm,生长完缓冲层后会进行退火的步骤，退火温度一般在900-1100℃，由于缓冲层厚度较薄，直接在高温下进行退火容易将生长在衬底上的缓冲层烤去，致使缓冲层表面不平、形貌差，进而导致生长在缓冲层上的未掺杂GaN层、N型GaN层等层等层以及最后得到的外延片表面凹凸不平，采用不同生长温度梯度下的GaN叠层作为缓冲层，可以有效的避免高温退火时产生的表面不平整，在异质外延结构中更好的起到减少衬底与GaN材料之间的晶格失配以及由此产生的应力，得到的外延片表面平整、均匀性好，缺陷少，同时光电参数均匀性也好于单层缓冲层。优选的，GaN叠层中至少其中之一掺杂铝，在GaN叠层中掺杂铝可以进一步减少衬底与GaN材料之间的晶格失配以及由此产生的应力，同时可降低大尺寸外延片生长过程中产生的翘曲，提高外延片边缘均匀性。步骤(2)：在缓冲层上外延生长未掺杂GaN层。具体地，未掺杂GaN层为多层没有掺杂的U-GaN层，可以为2-5层没有掺杂的U-GaN层，生长相邻U-GaN层时生长速率依次增加，生长温度逐渐升高。其中与缓冲层接触的U-GaN层为第一U-GaN层，生长在第一U-GaN层上的U-GaN层为第二U-GaN层，生长在第二U-GaN层上的U-GaN层为第三U-GaN层，生长在第三U-GaN层上的U-GaN层为第四U-GaN层，生长在第四U-GaN层上的U-GaN层为第五U-GaN层，生长第一U-GaN层、第二U-GaN层、第三U-GaN层、第四U-GaN层、第五U-GaN层、三甲基镓流量逐渐增大，生长速率依次增加，生长温度逐渐升高。第一U-GaN层生长条件为，氨气流量60-80slm，三甲基镓流量240-320sccm，反应温度900-1100℃。优选的，生长相邻U-GaN层时生长速率以0.2-0.6um/h速度增加，温度以20-30℃梯度递增。优选的，生长相邻U-GaN层时氨气流量不变，三甲基镓流量按照30-50sccm增加，温度以20-30℃梯度递增，保持与生长速率以0.2-0.6um/h速度增加相匹配。优选的，生长相邻U-GaN层时三甲基镓流量不变，氨气流量按照10-20slm增加，温度以20-30℃梯度递增，保持与生长速率以0.2-0.6um/h速度增加相匹配。通过将未掺杂GaN层以速率渐增的方式生长，同时温度逐渐增高，一方面可以与前面的缓冲层相匹配，减少高温对缓冲层造成的破坏，同时为后面高温条件下生长的N型GaN层过渡，得到的底层结晶质量更好；目前所使用的衬底大多是图形化衬底，与平片相比，图形化衬底在生长过程中需要通过未掺杂GaN层将凸起的图形填平，速率渐增式生长更符合图形化衬底的工艺需求，能够以渐变的方式将图形逐步填平，减少外延层形成过程中产生的缺陷，直接使用同一生长速率生长，生长过程中极易产生大量的缺陷和位错，降低结晶质量。优选的，生长相邻U-GaN层之间至少其中之一插入AlGaN层，由于未掺杂GaN层占整个外延层厚度较厚(约为3/5-4/5)，生长温度较高，生长过程中容易产生较大的翘曲，特别是大尺寸外延片生长过程中，插入AlGaN层可以改善底层翘度，提高外延片均匀性。步骤(3)：在未掺杂GaN层上外延生长N型Ga本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种提高LED外延层结晶质量的方法，所述方法包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，其特征在于，所述未掺杂GaN层为多层没有掺杂的U‑GaN层，生长相邻U‑GaN层时生长速率依次增加，生长温度逐渐升高。

【技术特征摘要】
1.一种提高LED外延层结晶质量的方法，所述方法包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，其特征在于，所述未掺杂GaN层为多层没有掺杂的U-GaN层，生长相邻U-GaN层时生长速率依次增加，生长温度逐渐升高。2.根据权利要求1所述的一种提高LED外延层结晶质量的方法，其特征在于：所述未掺杂GaN层为2-5层没有掺杂的U-GaN层。3.根据权利要求2所述的一种提高LED外延层结晶质量的方法，其特征在于：与缓冲层接触的U-GaN层为第一U-GaN层。4.根据权利要求3所述的一种提高LED外延层结晶质量的方法，其特征在于：所述第一U-GaN层生长条件为，氨气流量60-80slm，三甲基镓流量240-320...

【专利技术属性】
技术研发人员：白航空，
申请(专利权)人：合肥惠科金扬科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34