This application discloses a method for improving crystal quality of LED epitaxy. The method includes treating sapphire substrates with AlN thin films, successively growing Al0.8Ga0.2N, Al0.5Ga0.5N and Al0.2Ga0.8N layers on the sapphire substrates, growing undoped GaN layers, growing Si-doped N-type GaN layers, periodically growing active MQW, P-type AlGaN layers, and Mg-doped P-type GaN layers. Layer, and cooling. The method of the invention adds the blocking and isolation mechanism of defects during epitaxial crystal growth, improves lattice matching, reduces dislocation density, reduces defect proportion and improves crystal quality, thereby improving LED luminous efficiency, antistatic ability and surface appearance of epitaxial wafer. At the same time, it is beneficial to eliminate the stress accumulation effect of sapphire substrates on GaN thin films, reduce the warpage of epitaxial wafers and improve the yield of products.
【技术实现步骤摘要】
提高晶体质量的LED外延生长方法
本专利技术涉及LED外延片生长
，具体地说，涉及一种提高晶体质量的LED外延生长方法。
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...
【技术保护点】
1.一种提高晶体质量的LED外延生长方法，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Al0.8Ga0.2N层、生长Al0.5Ga0.5N层和生长Al0.2Ga0.8N层，其中，所述生长Al0.8Ga0.2N层包括：控制400‑600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量Q1为60‑70L/min的NH3，通入流量为90‑95L/min的N2、100‑110sccm的TMGa、230‑250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟升高0.5℃将生长温度从800℃渐变升高至900℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8‑10nm的Al0.8Ga0.2N层；所述生长Al0.5Ga0.5N层包括：保持反应腔压力和N2、TMGa、TMAl通入流量不变，向反应腔通入流量Q2为72‑84L/min的NH3，生长过程中以每秒钟升高0.4℃将生长温度从900℃渐变增加至1100℃，在所述Al0.8Ga0.2N层上生长厚度D2为8‑10nm的Al0.5Ga0.5N层,D2＝D1，Q2＝1.2Q1；所述生长Al0.2Ga0.8N层包括：保持反应腔压力和生长温度不变，保...
【技术特征摘要】
1.一种提高晶体质量的LED外延生长方法，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Al0.8Ga0.2N层、生长Al0.5Ga0.5N层和生长Al0.2Ga0.8N层，其中，所述生长Al0.8Ga0.2N层包括：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量Q1为60-70L/min的NH3，通入流量为90-95L/min的N2、100-110sccm的TMGa、230-250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟升高0.5℃将生长温度从800℃渐变升高至900℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8-10nm的Al0.8Ga0.2N层；所述生长Al0.5Ga0.5N层包括：保持反应腔压力和N2、TMGa、TMAl通入流量不变，向反应腔通入流量Q2为72-84L/min的NH3，生长过程中以每秒钟升高0.4℃将生长温度从900℃渐变增加至1100℃，在所述Al0.8Ga0.2N层上生长厚度D2为8-10nm的Al0.5Ga0.5N层,D2＝D1，Q2＝1.2Q1；所述生长Al0.2Ga0.8N层包括：保持反应腔压力和生长温度不变，保持N2、TMGa、TMAl通入流量不变，向反应腔通入流量Q3为60-84L/min的NH3，生长过程中控制生长温度以每秒钟降低0.8℃从1100℃渐变减少至1000℃，在所述Al0.5Ga0.5N层上生长厚度D3为8-10nm的Al0.2Ga0.8N层,D3＝D2，Q1＜Q3＜Q2；保持反应腔压力和温度不变，控制N2流量为150-160L/min，对所述Al0.2Ga0.8N层进行8-10s的退火处理；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所述的提高晶体质量的LED外延生长方法，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所述的提高晶体质量的LED外延生长方法，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、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、在所述低温缓冲层上持续生长2-4μm的不掺杂GaN层。4.根据权利要求1所述的提高晶体质量的LED外延生长方法，其特征在于，所述生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为，保持反应...
【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
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