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：提供至少两种设有氮化铝层的衬底，各种衬底上的氮化铝层的厚度不同；提供一石墨基座，石墨基座上设有多个口袋；在每个口袋中放置一个衬底，衬底上的氮化铝层朝向口袋的开口，分布在同一个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度相同，分布在至少两个同心圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度自至少两个同心圆的圆心沿至少两个同心圆的径向逐渐减少；在每个口袋中放置的衬底上的氮化铝层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层，形成氮化镓基发光二极管外延片。本发明专利技术可使得所有口袋中形成的外延片的翘曲一致。

【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)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管。氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等特性，广泛应用于各种波段的发光二极管。发光二极管的核心组件是芯片，芯片包括外延片和设于外延片上的电极。氮化镓基发光二极管外延片一般包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层。衬底用于为外延材料提供生长表面，缓冲层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。目前量产氮化镓基发光二极管外延片的主要设备是金属有机化合物化学气相沉淀(英文：MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称：MOCVD)系统。MOCVD系统包括源供给系统、气体输运系统、反应室和加热系统、尾气处理系统、安全保护及报警系统、手动和自动控制系统。其中，反应室由石英管和石墨基座组成。石墨基座上设有多个口袋(pocket)，多个口袋分布在以石墨基座的中心为圆心的多个同心圆上。将各个衬底分别放置在不同的口袋中，可以同时在各个衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，形成外延片。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：衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层、有源层和P型半导体层的材料通常选择氮化镓基材料。蓝宝石和氮化镓基材料为异质材料，晶格常数差异较大，两者之间存在较大的晶格失配，晶格失配产生的应力和缺陷导致形成的外延片存在翘曲。外延片的形成过程中会高速旋转石墨基座，口袋中的衬底受到离心力作用而向石墨基座的边缘偏移，导致衬底的边缘与石墨基座接触。口袋距离石墨基座的中心越远，口袋中的衬底受到的离心力越大，衬底与石墨基座的接触面积越大。由于外延生长的热能是通过石墨基座传递到衬底上的，因此衬底与石墨基座的接触面积越大，衬底的生长温度越高，衬底上形成的外延片的翘曲越明显。所以，石墨基座上同时形成的外延片的翘曲会存在差异，极大影响了各个外延片的波长均匀性，不利于波长命中率的提高。
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，能够解决现有技术采用石墨基座同时形成的各个外延片的翘曲存在差异的问题。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：提供至少两种设有氮化铝层的衬底，各种所述衬底上的氮化铝层的厚度不同；提供一石墨基座，所述石墨基座上设有多个口袋，所述多个口袋分布在以所述石墨基座的中心为圆心的至少两个同心圆上；在每个所述口袋中放置一个所述衬底，所述衬底上的氮化铝层朝向所述口袋的开口，分布在同一个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度相同，分布在所述至少两个同心圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度自所述至少两个同心圆的圆心沿所述至少两个同心圆的径向逐渐减少；在每个所述口袋中放置的衬底上的氮化铝层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层，形成氮化镓基发光二极管外延片。可选地，所述氮化铝层的厚度为20nm～40nm。优选地，分布在相邻两个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度之差为0nm～20nm。可选地，所述提供至少两种设有氮化铝层的衬底，各种所述衬底上的氮化铝层的厚度不同，包括：分别采用物理气相沉积技术在不同的衬底上形成不同厚度的氮化铝层。可选地，所述氮化铝层中掺有氧元素，分布在同一个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层中氧元素的掺杂浓度相同，分布在所述至少两个同心圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层中氧元素的掺杂浓度自所述至少两个同心圆的圆心沿所述至少两个同心圆的径向逐渐减少。优选地，所述提供至少两种设有氮化铝层的衬底，包括：分别采用物理气相沉积技术在不同的衬底上形成掺杂不同浓度的氧元素的氮化铝层。优选地，所述分别采用物理气相沉积技术在不同的衬底上形成掺杂不同浓度的氧元素的氮化铝层，包括：在物理气相沉积反应室内设置铝靶；依次将各个衬底放入所述物理气相沉积反应室，并在将衬底放入所述物理气相沉积反应室之后，向所述物理气相沉积反应室内通入氮气和氧气，利用经电场加速的离子轰击所述铝靶，在所述衬底上形成掺杂氧元素的氮化铝层，所述至少两种衬底上的氮化铝层形成时向所述物理气相沉积反应室内通入的氧气的流量不同。更优选地，向所述物理气相沉积反应室内通入的氧气的流量为1sccm～5sccm。进一步地，分布在相邻两个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层形成时向所述物理气相沉积反应室内通入的氧气的流量之差为0sccm～2sccm。可选地，向所述物理气相沉积反应室内通入的氮气的流量为50sccm～200sccm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在与石墨基座的中心之间距离不同的口袋中放置不同的衬底，不同的衬底上的氮化铝的厚度不同，再在各个口袋中的衬底上的氮化铝层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层形成外延片。氮化铝层的厚度不同，氮化铝层对衬底材料(主要成分为三氧化二铝)和氮化镓基材料之间晶格失配产生的应力和缺陷的影响会随之不同，外延片整体的翘曲程度存在差异，即氮化铝层的厚度与外延片的翘曲相关。由于氮化铝层的厚度越大，外延片的翘曲越明显，因此对于靠近石墨基座的中心的口袋中形成的外延片，较低的生长温度使得外延片的翘曲较小，此时采用厚度较大的氮化铝层形成外延片，又使得外延片的翘曲较大；同时对于靠近石墨基座的边缘的口袋中形成的外延片，较高的生长温度较高使得外延片的翘曲较大，此时采用厚度较小的氮化铝层形成外延片，又使得外延片的翘曲较小。在不同生长温度和不同厚度氮化铝层的综合作用下，与石墨基座的中心之间距离不同的口袋中形成的外延片的翘曲程度基本一致，即利用氮化铝层厚度的不同抵消与石墨基座的中心之间距离不同的口袋中形成的外延片之间的翘曲差异，使得石墨基座的所有口袋中形成的外延片的翘曲一致，改善各个外延片的波长均匀性，有利于波长命中率的提高。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；图2是本专利技术实施例提供的设有氮化铝层的衬底的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种石墨基座的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的另一种石墨基座的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的衬底放入口袋中的结构示意图；图6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结构示意图。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：提供至少两种设有氮化铝层的衬底，各种所述衬底上的氮化铝层的厚度不同；提供一石墨基座，所述石墨基座上设有多个口袋，所述多个口袋分布在以所述石墨基座的中心为圆心的至少两个同心圆上；在每个所述口袋中放置一个所述衬底，所述衬底上的氮化铝层朝向所述口袋的开口，分布在同一个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度相同，分布在所述至少两个同心圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度自所述至少两个同心圆的圆心沿所述至少两个同心圆的径向逐渐减少；在每个所述口袋中放置的衬底上的氮化铝层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层，形成氮化镓基发光二极管外延片。

【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：提供至少两种设有氮化铝层的衬底，各种所述衬底上的氮化铝层的厚度不同；提供一石墨基座，所述石墨基座上设有多个口袋，所述多个口袋分布在以所述石墨基座的中心为圆心的至少两个同心圆上；在每个所述口袋中放置一个所述衬底，所述衬底上的氮化铝层朝向所述口袋的开口，分布在同一个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度相同，分布在所述至少两个同心圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度自所述至少两个同心圆的圆心沿所述至少两个同心圆的径向逐渐减少；在每个所述口袋中放置的衬底上的氮化铝层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层，形成氮化镓基发光二极管外延片。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述氮化铝层的厚度为20nm～40nm。3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，分布在相邻两个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层的厚度之差为0nm～20nm。4.根据权利要求1～3任一项所述的生长方法，其特征在于，所述提供至少两种设有氮化铝层的衬底，各种所述衬底上的氮化铝层的厚度不同，包括：分别采用物理气相沉积技术在不同的衬底上形成不同厚度的氮化铝层。5.根据权利要求1～3任一项所述的生长方法，其特征在于，所述氮化铝层中掺有氧元素，分布在同一个圆上的口袋中放置的衬底上的氮化铝层中氧元素的掺杂...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，周飚，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33