LED外延片生长方法技术

本申请公开了一种LED外延片生长方法，方法包括处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上顺次生长第一渐变AlGaN层、生长第二渐变AlGaN层、以及生长第三渐变AlGaN层，生长低温缓冲层，生长不掺杂GaN层，生长掺杂Si的N型GaN层，周期性生长有源层MQW，生长P型AlGaN层，生长掺杂Mg的P型GaN层，以及降温冷却。生长第一渐变AlGaN层、第二渐变AlGaN层和第三渐变AlGaN层，降低了位错密度，提高晶体质量，减少外延片翘曲，提高GaN外延片的合格率，提高了LED发光效率。对渐变AlGaN层进行退火处理，使整个外延层表面更平整，表面六角缺陷和凹型坑更少，整个外观更好。

【技术实现步骤摘要】
LED外延片生长方法
本专利技术涉及LED外延片生长
，具体地说，涉及一种LED外延片生长方法。
技术介绍
目前普遍采用的GaN生长方法是在蓝宝石衬底上进行图形化。蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一，其单晶制备工艺成熟。GaN为蓝光LED制作基材。其中GaN外延层的衬底材料SiC，其与GaN晶格失配度小，只有3.4％，但其热膨胀系数与GaN差别较大，易导致GaN外延层断裂，并且制造成本高，为蓝宝石的10倍；衬底材料Si成本低，与GaN晶格失配度大，达到17％，生长GaN比较难，与蓝宝石比较发光效率太低；衬底材料蓝宝石晶体结构相同(六方对称的纤锌矿晶体结构)，与GaN晶格失配度大13％，易导致GaN外延层高位错密度，为此，在蓝宝石衬底上加入AlN或低温GaN外延层或SiO2层等，可降低GaN外延层位错密度。蓝宝石与GaN间存在较大的晶格失配(13-16％)和热失配，使得GaN外延层中的失配位错密度较高(～1010cm-2)，影响GaN外延层质量，从而影响器件质量(发光效率、漏电极、寿命等)。传统的做法是采用低温缓冲层，通过调整蓝宝石衬底的氮化、低温缓冲层的生长温度、缓冲层的厚度等，来提高GaN外延层的晶体质量。但是，由于低温缓冲层还是属于异质外延，其提升的晶体质量有限。另外，由于各外延薄膜层之间存在较大的晶格失配，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。传统低温缓冲层方法在大尺寸蓝宝石衬底上进行外延晶体生长时，外延片翘曲大，导致后续芯片制作过程中研磨破片率高，产品良率低下。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种LED外延片生长方法，其特征在于，包括步骤：处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上顺次生长第一渐变AlGaN层、生长第二渐变AlGaN层、以及生长第三渐变AlGaN层，其中，所述生长第一渐变AlGaN层包括：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为60-70L/min的NH3、90-95L/min的N2，100-110sccm的TMGa、230-250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟降低0.1℃将生长温度从550℃渐变降低至500℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8-10nm的第一渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％；所述生长第二渐变AlGaN层包括：将生长温度升高至700℃，保持反应腔压力和气体通入流量不变，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从700℃渐变增加至800℃，在所述第一渐变AlGaN层上生长厚度D2为8-10nm的第二渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％，D2＝D1；所述生长第三渐变AlGaN层包括：将反应腔压力提高至800mbar，生长温度从800℃降低至600℃，保持气体通入流量不变，控制反应腔压力和生长温度同时渐变，其中反应腔压力以每秒减少1mbar从800mbar渐变减少至650mbar，生长温度以每秒减少1℃从600℃渐变减少至450℃，在所述第二渐变AlGaN层上生长厚度D3为8-10nm的温度压力同时渐变的第三渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％，D3＝D2；保持反应腔压力在850-900mbar之间，控制N2流量为150-160L/min，控制反应室温度在680-720℃之间，对所述第一渐变AlGaN层、第二渐变AlGaN层以及第三渐变AlGaN层进行20s的退火处理；生长低温缓冲层；生长不掺杂GaN层；生长掺杂Si的N型GaN层；周期性生长有源层MQW；生长P型AlGaN层；生长掺杂Mg的P型GaN层；以及降温冷却。优选地，在1000-1200℃，反应腔压力维持在100-150mbar的氢气气氛下高温处理表面有AlN薄膜的蓝宝石衬底5-10分钟。优选地，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至550-650℃下，反应腔压力维持在400-600mbar，通入流量为10000-20000sccmNH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、在所述第三渐变AlGaN层上生长厚度为20-50nm的低温缓冲层。优选地，所述生长不掺杂GaN层，进一步为，升高温度到1000-1200℃，反应腔压力维持在150-300mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、200sccm-400sccm的TMGa、100L/min-130L/min的H2、在所述低温缓冲层上持续生长2-4μm的不掺杂GaN层。优选地，所述生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为，保持反应腔压力在150-300mbar，保持温度1000-1100℃，通入流量为40L/min-60L/min的NH3、200sccm-300sccm的TMGa、50L/min-90L/min的H2及20sccm-50sccm的SiH4，在所述不掺杂GaN层上持续生长2-4μm掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5E+18-1E+19atoms/cm3。优选地，所述周期性生长有源层MQW，进一步为，反应腔压力维持在300-400mbar，低温700-750℃，通入50000-60000sccm的NH3、100-150sccm的TEGa、以及TMIn，TMIn的流量以每秒增加25-52sccm从150-170sccm逐渐增加到1500-1700sccm，生长30-50s的Iny1Ga(1-y1)N，生长厚度为D4，In掺杂浓度以每秒增加4E+17-7E+17atoms/cm3从1E+19atoms/cm3渐变为3E+19atoms/cm3；维持生长条件不变，稳定TMIn的流量为1500-1700sccm，生长100-150s的Iny2Ga(1-y2)N，生长厚度为D5，In掺杂浓度1E+20-3E+20atoms/cm3，D4+D5的范围为3-3.5nm，y1和y2的范围为0.015-0.25，其中y1和y2不相等；升高温度至800-850℃，压力维持在300-400mbar，通入50000-60000sccm的NH3、400-500sccm的TEGa，生长10nm的GaN层，Iny1Ga(1-y1)N/Iny2Ga(1-y2)N/GaN周期数为10-15。优选地，所述生长P型AlGaN层，进一步为，升高温度到900-1000℃，反应腔压力维持在200-400mbar，在所述有源层MQW上持续生长20-50nm的P型AlGaN层，Al掺杂浓度1E+20-3E+20atoms/cm3，Mg掺杂浓度5E+18-1E+19atoms/cm3。优选地，所述生长掺杂Mg的P型GaN层，进一步为，升高温度到930-950℃，反应腔压力维持在200-600mbar，在所述P型AlGaN层上持续生长100-300nm的掺镁的P型GaN层，Mg掺杂浓度1E+19-1E+20atoms/cm3。优选地，所述降温冷却，进一步为，降温至700-800℃，保温20-30min，接着炉内冷却。与现有技术相比，本专利技术提供的LED外延片生长方法，达到如下有益效果：第一，通过在AlN薄膜的蓝宝石衬底上生长结晶质量稍低的第一渐变AlGaN层，与衬底能够更好的匹配，具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种LED外延片生长方法，其特征在于，包括步骤：处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上顺次生长第一渐变AlGaN层、生长第二渐变AlGaN层、以及生长第三渐变AlGaN层，其中，所述生长第一渐变AlGaN层包括：控制400‑600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为60‑70L/min的NH3、90‑95L/min的N2，100‑110sccm的TMGa、230‑250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟降低0.1℃将生长温度从550℃渐变降低至500℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8‑10nm的第一渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10‑12％；所述生长第二渐变AlGaN层包括：将生长温度升高至700℃，保持反应腔压力和气体通入流量不变，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从700℃渐变增加至800℃，在所述第一渐变AlGaN层上生长厚度D2为8‑10nm的第二渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10‑12％，D2＝D1；所述生长第三渐变AlGaN层包括：将反应腔压力提高至800mbar，生长温度从800℃降低至600℃，保持气体通入流量不变，控制反应腔压力和生长温度同时渐变，其中反应腔压力以每秒减少1mbar从800mbar渐变减少至650mbar，生长温度以每秒减少1℃从600℃渐变减少至450℃，在所述第二渐变AlGaN层上生长厚度D3为8‑10nm的温度压力同时渐变的第三渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10‑12％，D3＝D2；保持反应腔压力在850‑900mbar之间，控制N2流量为150‑160L/min，控制反应室温度在680‑720℃之间，对所述第一渐变AlGaN层、第二渐变AlGaN层以及第三渐变AlGaN层进行20s的退火处理；生长低温缓冲层；生长不掺杂GaN层；生长掺杂Si的N型GaN层；周期性生长有源层MQW；生长P型AlGaN层；生长掺杂Mg的P型GaN层；以及降温冷却。...

【技术特征摘要】
1.一种LED外延片生长方法，其特征在于，包括步骤：处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上顺次生长第一渐变AlGaN层、生长第二渐变AlGaN层、以及生长第三渐变AlGaN层，其中，所述生长第一渐变AlGaN层包括：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为60-70L/min的NH3、90-95L/min的N2，100-110sccm的TMGa、230-250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟降低0.1℃将生长温度从550℃渐变降低至500℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8-10nm的第一渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％；所述生长第二渐变AlGaN层包括：将生长温度升高至700℃，保持反应腔压力和气体通入流量不变，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从700℃渐变增加至800℃，在所述第一渐变AlGaN层上生长厚度D2为8-10nm的第二渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％，D2＝D1；所述生长第三渐变AlGaN层包括：将反应腔压力提高至800mbar，生长温度从800℃降低至600℃，保持气体通入流量不变，控制反应腔压力和生长温度同时渐变，其中反应腔压力以每秒减少1mbar从800mbar渐变减少至650mbar，生长温度以每秒减少1℃从600℃渐变减少至450℃，在所述第二渐变AlGaN层上生长厚度D3为8-10nm的温度压力同时渐变的第三渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％，D3＝D2；保持反应腔压力在850-900mbar之间，控制N2流量为150-160L/min，控制反应室温度在680-720℃之间，对所述第一渐变AlGaN层、第二渐变AlGaN层以及第三渐变AlGaN层进行20s的退火处理；生长低温缓冲层；生长不掺杂GaN层；生长掺杂Si的N型GaN层；周期性生长有源层MQW；生长P型AlGaN层；生长掺杂Mg的P型GaN层；以及降温冷却。2.根据权利要求1所述的LED外延片生长方法，其特征在于，在1000-1200℃，反应腔压力维持在100-150mbar的氢气气氛下高温处理表面有AlN薄膜的蓝宝石衬底5-10分钟。3.根据权利要求1所述的LED外延片生长方法，其特征在于，所述生长低温缓冲层，进一步为，降温至550-650℃下，反应腔压力维持在400-600mbar，通入流量为10000-20000sccmNH3、50-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、在所述第三渐变AlGaN层上生长厚度为20-50nm的低温缓冲层。4.根据权利要求1所述的LED外延片生长方法，其特征在于，所述生长不掺杂GaN层，进一步为，升高温度到1000-1200℃，反应腔压力维持在150-300mbar，通入流量为30000-40000sccm的NH3、200sccm-...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，吴奇峰，
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