一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法技术

本申请提供了一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，包括：将蓝宝石衬底放入电子束真空镀膜反应腔，在蓝宝石衬底上蒸镀Al单质薄膜；将蒸镀有Al单质薄膜的蓝宝石衬底取出，放入快速退火炉中制备Al2O3薄膜；再把表面制备有Al2O3薄膜的蓝宝石衬底取出，放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的n型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；退火处理。本发明专利技术通过利用电子束真空镀膜方法与快速退火方法在蓝宝石衬底上制备高质量的Al2O3薄膜作为缓冲层，利用Al2O3薄膜减少外延生长过程中所受应力，进而减少外延片的翘曲程度，并提高LED外延片的波长均匀性。

【技术实现步骤摘要】
一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法
本专利技术属于LED
，具体涉及一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种固体照明，由于LED具有体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大。蓝宝石是现阶段工业生长GaN基LED的最普遍的衬底材料。由于蓝宝石衬底和外延薄膜之间存在较大的热失配，使得外延晶体薄膜在生长过程中一直受到应力的作用，导致外延片发生弯曲、翘曲甚至龟裂。传统LED外延层的生长方法为：处理衬底，生长低温缓冲层GaN、生长3DGaN层、生长2DGaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、周期性生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长掺Mg的P型GaN层、降温冷却。上述传统的外延生长技术中外延片翘曲大，尤其在大尺寸蓝宝石衬底上进行外延晶体生长时，翘曲更大，导致后续芯片制作过程中研磨破片率高，产品良率低下。因此，提供一种LED外延生长方法，减少外延片翘曲，是本
亟待解决的技术问题。
技术实现思路
为了解决外延片翘曲大的问题，本专利技术公开了一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，通过利用电子束真空镀膜方法与快速退火方法在蓝宝石衬底上制备高质量的Al2O3薄膜作为缓冲层，利用Al2O3薄膜减少外延生长过程中所受应力，进而减少外延片的翘曲程度，并提高LED外延片的波长均匀性。为解决上述
技术介绍
中的问题，本专利技术提供了一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，包括：将蓝宝石衬底放入电子束真空镀膜反应腔中，使用高纯度金属铝作为靶材，在腔体温度为240℃，镀膜速率为电子枪的输出功率为3-4kW，镀膜功率为电子枪输出功率的0.35倍，腔体压力为1.0×10-6Torr的条件下，在所述蓝宝石衬底上蒸镀100-140nm厚的Al单质薄膜；将蒸镀有所述Al单质薄膜的蓝宝石衬底从电子束真空镀膜反应腔中取出，放入快速退火炉反应腔，退火温度为500℃，反应时间为300～360s，控制反应腔的氧气流量由9mL/min规律性线性增加至15mL/min，且氧气流量的控制关系式满足：Q＝0.1t-21(Q表示氧气流量，t表示反应时间),在蓝宝石衬底表面制备130-160nm厚的Al2O3薄膜；将制备有所述Al2O3薄膜的蓝宝石衬底从快速退火炉反应腔中取出，放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的n型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；在温度为700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N2的条件下，保温20-30min，随炉冷却。进一步地，在温度为1000℃-1100℃，反应腔压力为150-300mbar，通入50-90L/min的H2、40-60L/min的NH3、200-300sccm的TMGa、20-50sccm的SiH4的条件下，生长2μm-4μm厚的掺杂Si的n型GaN层，Si掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3。进一步地，在温度为900℃-1100℃，反应腔压力为100-200mbar，通入50-100L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5min-10min。进一步地，所述有源层MQW，包括：交替生长的InxGa(1-x)N阱层和GaN垒层，交替周期控制在10-15个。进一步地，在温度为700℃-750℃，反应腔压力为300mbar-400mbar，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、10-50sccm的TMGa、1000-2000sccm的TMIn的条件下，生长厚度为3nm-4nm的所述InxGa(1-x)N阱层，其中，x＝0.15-0.25，In掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3。进一步地，在温度为800℃-850℃，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、10-50sccm的TMGa的条件下，生长厚度为10nm-15nm的所述GaN垒层。进一步地，在温度为850-950℃，反应腔压力为200r-400mbar，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、50-100sccm的TMGa的条件下，生长Mg掺杂的所述P型AlGaN层。进一步地，Mg掺杂的所述P型AlGaN层的厚度为50nm-100nm；其中，Al掺杂浓度为1×1020atoms/cm3-3×1020atoms/cm3；Mg掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3。进一步地，在高温度为950℃-1000℃，反应腔压力为200-600mbar，通入50-90L/min的N2、40-60L/min的NH3、50-100sccm的TMGa的条件下，生长掺杂Mg的所述P型GaN层。进一步地，掺杂Mg的所述P型GaN层的厚度为100nm-300nm，其中，Mg掺杂的浓度为1×1019atoms/cm3-1×1020atoms/cm3。与现有技术相比，本申请所述的减少外延片翘曲的LED外延生长方法，达到了如下效果：1)本专利技术通过利用电子束真空镀膜方法与快速退火方法在蓝宝石衬底上制备高质量的Al2O3薄膜作为缓冲层。由于GaN和Al2O3之间具有小的热失配，能够从原理上避免热失配引起的缺陷，减少外延生长过程中所受应力，进而减少外延片的翘曲程度，并提高LED外延片的波长均匀性。2)本专利技术通过利用电子束真空镀膜方法与快速退火方法在蓝宝石衬底上制备高质量的Al2O3薄膜作为缓冲层，Al2O3薄膜制备过程中通过控制反应腔的氧气流量由9mL/min规律性线性增加至15mL/min，可以减少反应过程中原子撞击所造成的损伤,使得氧化铝的晶态形核变得容易,从而使氧化铝薄膜致密性更好，薄膜均匀性更好，薄膜折射率得到提高，薄膜质量更好，进一步有利于减少外延片的翘曲，并有利于提高LED的亮度。附图说明此处所说明的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为采用实施例1中的减少外延片翘曲的LED外延生长方法制备的LED外延的结构示意图；图2为实施例2中的减少外延片翘曲的LED外延生长方法制备的LED外延的结构示意图；图3为现有技术中的传统的LED外延生长方法制备的LED外延结构示意图。具体实施方式如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。“大致”是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所述技术问题，基本达到所述技术效果。说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。另外，本说明书并没有将权利要求书公开的构件和方法步骤限定于实施方式的构件和方法步骤。特本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，包括：将蓝宝石衬底放入电子束真空镀膜反应腔中，使用高纯度金属铝作为靶材，在腔体温度为240℃，镀膜速率为

【技术特征摘要】
1.一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，包括：将蓝宝石衬底放入电子束真空镀膜反应腔中，使用高纯度金属铝作为靶材，在腔体温度为240℃，镀膜速率为电子枪的输出功率为3-4kW，镀膜功率为电子枪输出功率的0.35倍，腔体压力为1.0×10-6Torr的条件下，在所述蓝宝石衬底上蒸镀100-140nm厚的Al单质薄膜；将蒸镀有所述Al单质薄膜的蓝宝石衬底从电子束真空镀膜反应腔中取出，放入快速退火炉反应腔，退火温度为500℃，反应时间为300～360s，控制反应腔的氧气流量由9mL/min规律性线性增加至15mL/min，且氧气流量的控制关系式满足：Q＝0.1t-21(Q表示氧气流量，t表示反应时间),在蓝宝石衬底表面制备130-160nm厚的Al2O3薄膜；将制备有所述Al2O3薄膜的蓝宝石衬底从快速退火炉反应腔中取出，放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的n型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；在温度为700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N2的条件下，保温20-30min，随炉冷却。2.根据权利要求1所述的减少外延片翘曲度的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为1000℃-1100℃，反应腔压力为150-300mbar，通入50-90L/min的H2、40-60L/min的NH3、200-300sccm的TMGa、20-50sccm的SiH4的条件下，生长2μm-4μm厚的掺杂Si的n型GaN层，Si掺杂浓度为5×1018atoms/cm3-1×1019atoms/cm3。3.根据权利要求1所述的减少外延片翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，在温度为900℃-1100℃，反应腔压力为100-200mbar，通入50-100L/min的H2的条件下，处理蓝宝石衬底5min-10min。4.根据权利要求1所述的减少外延片翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，所述有源层MQW，包括：交替生长的InxGa(1-x)N阱层和GaN垒层，交替周期控制在10-15个。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43