一种氮化镓基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氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，属于半导体技术领域。包括：提供一形成有缓冲层的衬底，并将所述衬底放入反应室内；以500转/分钟～800转/分钟的转速转动所述衬底，并控制所述反应室内的压力为100torr～150torr，在所述缓冲层上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上依次生长有源层和P型半导体层。本发明专利技术通过将衬底的转速从1000转/分钟以上降低至800转/分钟以下，反应室内的压力从200torr以上降低至150torr以下，使得N型半导体层在低速低压下生长，有利于N型半导体层在生长过程中释放晶格失配产生的应力，改善N型半导体层的翘曲，最终提升LED的抗静电能力。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。LED，尤其是氮化镓(GaN)基LED，具有体积小、效率高、寿命长等优点，被广泛应用于交通信号灯、全色显示器件、液晶显示屏幕背光板、汽车仪表内装灯等领域。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的氮化镓基LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。衬底用于为外延材料提供生长表面，缓冲层用于为外延材料的生长提供成核中心；N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光。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：衬底材料和外延材料之间为异质材料，衬底和N型半导体层之间存在较大的晶格失配。晶格失配产生的应力导致N型半导体层出现较大的凹型翘曲，N型半导体层边缘与衬底之间的距离远大于N型半导体层中心与衬底之间的距离。由于外延生长的热能是从衬底向上传递的，与衬底之间的距离越远，温度越低，因此N型半导体层边缘的温度会远低于N型半导体层中心的温度。而温度的高低与生长质量的好坏正相关，所以N型半导体层边缘的晶体质量较差，影响LED的抗静电能力。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，能够解决现有技术外延翘曲影响晶体质量、降低LED抗静电能力的问题。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：提供一形成有缓冲层的衬底，并将所述衬底放入反应室内；以500转/分钟～800转/分钟的转速转动所述衬底，并控制所述反应室内的压力为100torr～150torr，在所述缓冲层上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上依次生长有源层和P型半导体层。可选地，生长所述N型半导体层时向所述反应室内通入氨气、氢气和氮气的混合气体，所述混合气体的总体积小于或等于150L。优选地，所述混合气体中氨气和氢气的体积之和与所述混合气体的总体积之比大于或等于82％。更优选地，所述氨气的体积大于或等于45L，且所述氨气的体积与所述混合气体的总体积之比大于或等于30％。更优选地，所述氢气的体积大于或等于60L，且所述氢气的体积与所述混合气体的总体积之比大于或等于52％。优选地，所述氮气的体积大于或等于10L，且所述氮气的体积与所述混合气体的总体积之比大于或等于8％。可选地，生长所述N型半导体层时控制所述反应室内的温度为1120℃～1150℃。可选地，所述N型半导体层包括依次层叠的电子提供层和电流扩展层，所述电子提供层的材料采用N型掺杂的氮化镓，所述电流扩展层的材料采用N型掺杂的氮化铝镓。优选地，所述电子提供层的厚度为所述电流扩展层的厚度的50倍～100倍。优选地，所述电子提供层中N型掺杂剂的掺杂浓度为所述电流扩展层中N型掺杂剂的掺杂浓度的10倍～30倍。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将衬底的转速从1000转/分钟以上降低至800转/分钟以下，反应室内的压力从200torr以上降低至150torr以下，使得N型半导体层在低速低压下生长，有利于N型半导体层在生长过程中释放晶格失配产生的应力，改善N型半导体层的翘曲，使得N型半导体层边缘和中心的温度比较接近，提高N型半导体层整体的晶体质量，最终提升LED的抗静电能力。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提供的一种氮化镓基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。本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法。图1为本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法的流程图。参见图1，该生长方法包括：步骤101：提供一形成有缓冲层的衬底，并将衬底放入反应室内。在本实施例中，反应室可以为金属有机化合物化学气相沉淀(英文：MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称：MOCVD)设备中的反应腔。具体地，衬底的材料可以采用蓝宝石、单晶氮化镓、单晶硅、单晶碳化硅中的一种。缓冲层的材料可以采用氮化镓或者氮化铝。进一步地，缓冲层的厚度可以为15nm～30nm，优选为20nm。当缓冲层的材料采用氮化铝时，可以先采用物理气相沉积(英文：PhysicalVaporDeposition，简称：PVD)设备在衬底上形成缓冲层，再采用MOCVD设备完成后续的外延生长。当缓冲层的材料采用氮化镓或者氮化铝时，可以直接采用MOCVD设备完成整个的外延生长。可选地，在衬底上形成缓冲层之前，该生长方法可以包括：控制温度为1040℃～1180℃(优选为1110℃)，在氢气气氛中对衬底进行退火处理；对衬底进行氮化处理。通过上述步骤清洁衬底的表面，避免杂质掺入外延片中，有利于提高外延片的生长质量。可选地，在步骤101之后，该生长方法还可以包括：在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。进一步地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为0.8μm～3μm，优选为1.2μm。具体地，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层，可以包括：控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力可以为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。步骤102：以500转/分钟～800转/分钟的转速转动衬底，并控制反应室内的压力为100torr～150torr，在缓冲层上生长N型半导体层。本专利技术实施例通过将衬底的转速从1000转/分钟以上降低至800转/分钟以下，反应室内的压力从200torr以上降低至150torr以下，使得N型半导体层在低速低压下生长，有利于N型半导体层在生长过程中释放晶格失配产生的应力，改善N型半导体层的翘曲，使得N型半导体层边缘和中心的温度比较接近，提高N型半导体层整体的晶体质量，最终提升LED的抗静电能力。优选地，衬底的转速可以为600转/分钟，反应室内的压力可以为150torr。可选地，生长N型半导体层时向反应室内通入氨气、氢气和氮气的混合气体，混合气体的总体积可以小于或等于150L。通过将生长N型半导体层时向反应室内通入的氨气、氢气和氮气的总体积从200L以上减少至150L以下，有利于反应物均匀反应，进一步改善N型半导体层的翘曲，同时还可以弥补低速低压生长带来的效率和厚度损失，保证外延片的生产效率、以及N型半导体层的厚度。具体地，混合气体的总体积可以大于或等于115L，以满足N型半导体层的生长需要。优选地，混合气体中氨气和氢气的体积之和与混合气体的总体积之比可以大于或等于82％。通过将混合气体中氨气和氢气所占的比例从70％以下提升至82％以上，一方面镓源可以被氨气充分反应掉，改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基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：提供一形成有缓冲层的衬底，并将所述衬底放入反应室内；以500转/分钟～800转/分钟的转速转动所述衬底，并控制所述反应室内的压力为100torr～150torr，在所述缓冲层上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上依次生长有源层和P型半导体层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基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：提供一形成有缓冲层的衬底，并将所述衬底放入反应室内；以500转/分钟～800转/分钟的转速转动所述衬底，并控制所述反应室内的压力为100torr～150torr，在所述缓冲层上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上依次生长有源层和P型半导体层。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，生长所述N型半导体层时向所述反应室内通入氨气、氢气和氮气的混合气体，所述混合气体的总体积小于或等于150L。3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，所述混合气体中氨气和氢气的体积之和与所述混合气体的总体积之比大于或等于82％。4.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，所述氨气的体积大于或等于45L，且所述氨气的体积与所述混合气体的总体积之比大于或等于30％。5.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，所述氢气的体积...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕蒙普，叶芸，郭炳磊，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32