一种减少翘曲的LED外延生长方法技术

本发明专利技术公开一种减少翘曲的LED外延生长方法，包括：处理衬底、生长AlzGa1‑zN层、生长AlN层、生长MgAlyGa1‑yN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1‑x)N/GaN发光层，其中，x＝0.20‑0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却。本发明专利技术解决了现有技术中LED外延片翘曲大、破片率高的技术问题，并使外延片表面外观更好。

A Method for Reducing Warpage in LED Epitaxy Growth

【技术实现步骤摘要】
一种减少翘曲的LED外延生长方法
本申请涉及LED外延设计应用
，具体地说，涉及一种减少外延片翘曲的LED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。目前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
有鉴于此，本专利技术提供了一种减少翘曲的LED外延生长方法，解决了现有技术中LED的外延片翘曲大、破片率高的技术问题，并使外延片表面外观更好。为了解决上述技术问题，本专利技术提出一种减少翘曲的LED外延生长方法，包括：处理衬底、生长AlzGa1-zN层、生长AlN层、生长MgAlyGa1-yN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，其中，x＝0.20-0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；其中，生长AlzGa1-zN层，进一步为：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为100-150L/min的NH3、120-135L/min的N2、00-4000sccm的TMGa、300-450sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从500℃渐变升高至550℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度为14-20nm的渐变AlzGa1-zN层,其中z的取值范围为0.05-0.15；生长AlN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-400mbar、保持温度600℃-800℃，通入流量为10000sccm-15000sccm的NH3、100L/min-130L/min的N2以及TMAl源，生长厚度为20nm-30nm的AlN层，其中，在生长所述AlN层的过程中，TMAl的流量每秒增加2sccm，所述TMAl的流量从1000sccm渐变增加到1500sccm；生长MgAlyGa1-yN层，进一步为：保持反应腔压力为600-700mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的NH3、100-130L/min的H2、200-300sccm的TMGa、50-100sccm的TMAl及40-60sccm的Cp2Mg的条件下，生长200-300nm的MgAlyGa1-yN层，y的取值范围为0.10-0.35，所述生长时间为250s，所述Mg掺杂浓度每秒增加8E+15atoms/cm3，从2E+18atoms/cm3线性渐变增加为4E+18atoms/cm3。进一步地，其中，处理衬底，进一步为：向放置有衬底的金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，同时通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，升高温度至900-1000℃，在反应腔压力为100-200mbar的条件下，处理所述衬底。进一步地，其中，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，通入流量为30000-60000sccm的NH3、200-400sccm的TMGa、100-130L/min的H2、20-50sccm的SiH4持续生长3-4μm的掺杂Si的N型GaN层，其中，Si掺杂浓度5E18-1E19atom/cm3。进一步地，其中，生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，进一步为：保持反应腔压力为300-400mbar、温度为700-750℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-40sccm的TMGa、1500-2000sccm的TMIn及100-130L/min的N2的条件下，生长2.5-3.5nm掺杂In的InxGa(1-x)N层，其中，x＝0.20-0.25，发光波长为450-455nm；升高温度至750-850℃，保持反应腔压力为300-400mbar，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa及100-130L/min的N2的条件下，生长8-15nm的发光GaN层；重复交替生长InxGa(1-x)N层和发光GaN层，得到InxGa(1-x)N/GaN发光层，其中，InxGa(1-x)N层和发光GaN层的交替生长周期数为7-15。进一步地，其中，生长P型AlGaN层，进一步为：保持反应腔压力为200-400mbar、温度为900-950℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、30-60sccm的TMGa、100-130L/min的H2、100-130sccm的TMAl、1000-1300sccm的Cp2Mg，持续生长50-100nm的P型AlGaN层，其中，Al掺杂浓度1E20-3E20atom/cm3，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。进一步地，其中，生长掺镁的P型GaN层，进一步为：保持反应腔压力为400-900mbar、温度为950-1000℃，通入流量为50000-70000sccm的NH3、20-100sccm的TMGa、100-130L/min的H2、1000-3000sccm的Cp2Mg，持续生长50-200nm的掺镁的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度1E19-1E20atom/cm3。进一步地，其中，降温冷却，进一步为：降温至650-680℃后，保温20-30min，关闭加热系统、关闭给气系统，随炉冷却。与现有技术相比，本专利技术的减少翘曲的LED外延生长方法，实现了如下的有益效果：(1)本专利技术所述的减少翘曲的LED外延生长方法，在衬底上生长AlzGa1-zN层、AlN层和MgAlyGa1-yN层，有利于消除蓝宝石衬底对GaN薄膜的应力累积效应，能够显著增大外延膜材料应力控制的窗口，从而可以减少外延片翘曲，减少破片率。(2)本专利技术所述的减少翘曲的LED外延生长方法，在衬底上生长AlzGa1-zN层、AlN层和MgAlyGa1-yN层，很好地解决了从蓝宝石图形化衬底到N型GaN层的过渡，解决了在衬底上直接生长GaN生长工艺复杂的问题。(3)本专利技术所述的减少翘曲的LED外延生长方法，通过分别控制AlzGa1-zN层、AlN层和MgAlyGa1-yN层生长过程中的温度、TMAl流量、Mg掺杂浓度规律性渐变，可以促使外延材料中的各种原子达到规则排列，能够获得整齐的表面，并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。当然，实施本专利技术的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。通过以下参照附图对本专利技术的示例性实施例的详细描述，本专利技术的其它特征及其优点将会变得清楚。附图说明被结合在说明书中并构成说明书的一部分的附图示出了本专利技术的实施例，并且连同其说明一起用于解释本专利技术的原理。图1为利用本专利技术方法制备得到LED的结构示意图；图2为利用现有技术中发光二极管衬底外延生长方法的制备得到传统LED的结构示意图；其中，1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种减少翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，包括：处理衬底、生长AlzGa1‑zN层、生长AlN层、生长MgAlyGa1‑yN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1‑x)N/GaN发光层，其中，x＝0.20‑0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；其中，生长AlzGa1‑zN层，进一步为：控制400‑600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为100‑150L/min的NH3、120‑135L/min的N2、300‑4000sccm的TMGa、300‑450sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从500℃渐变升高至550℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度为14‑20nm的AlzGa1‑zN层,其中z的取值范围为0.05‑0.15；生长AlN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar‑400mbar、保持温度600℃‑800℃，通入流量为10000sccm‑15000sccm的NH3、100L/min‑130L/min的N2以及TMAl源，生长厚度为20nm‑30nm的AlN层，其中，在生长所述AlN层的过程中，TMAl的流量每秒增加2sccm，所述TMAl的流量从1000sccm渐变增加到1500sccm；生长MgAlyGa1‑yN层，进一步为：保持反应腔压力为600‑700mbar、温度为1000‑1200℃，同时通入流量为30000‑60000sccm的NH3、100‑130L/min的H2、200‑300sccm的TMGa、50‑100sccm的TMAl及40‑60sccm的Cp2Mg的条件下，生长200‑300nm的MgAlyGa1‑yN层，y的取值范围为0.10‑0.35，所述生长时间为250s，所述Mg掺杂浓度每秒增加8E+15atoms/cm...

【技术特征摘要】
1.一种减少翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，包括：处理衬底、生长AlzGa1-zN层、生长AlN层、生长MgAlyGa1-yN层、生长掺杂Si的N型GaN层、生长InxGa(1-x)N/GaN发光层，其中，x＝0.20-0.25，生长P型AlGaN层、生长掺镁的P型GaN层、降温冷却；其中，生长AlzGa1-zN层，进一步为：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为100-150L/min的NH3、120-135L/min的N2、300-4000sccm的TMGa、300-450sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从500℃渐变升高至550℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度为14-20nm的AlzGa1-zN层,其中z的取值范围为0.05-0.15；生长AlN层，进一步为：保持反应腔压力300mbar-400mbar、保持温度600℃-800℃，通入流量为10000sccm-15000sccm的NH3、100L/min-130L/min的N2以及TMAl源，生长厚度为20nm-30nm的AlN层，其中，在生长所述AlN层的过程中，TMAl的流量每秒增加2sccm，所述TMAl的流量从1000sccm渐变增加到1500sccm；生长MgAlyGa1-yN层，进一步为：保持反应腔压力为600-700mbar、温度为1000-1200℃，同时通入流量为30000-60000sccm的NH3、100-130L/min的H2、200-300sccm的TMGa、50-100sccm的TMAl及40-60sccm的Cp2Mg的条件下，生长200-300nm的MgAlyGa1-yN层，y的取值范围为0.10-0.35，所述生长时间为250s，所述Mg掺杂浓度每秒增加8E+15atoms/cm3，从2E+18atoms/cm3线性渐变增加为4E+18atoms/cm3。2.根据权利要求1所述的减少翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，处理衬底，进一步为：向放置有衬底的金属有机化学气相沉积系统的反应腔内，同时通入流量为10000-20000sccm的NH3、100-130L/min的H2，升高温度至900-1000℃，在反应腔压力为100-200mbar的条件下，处理所述衬底。3.根据权利要求1所述的减少翘曲的LED外延生长方法，其特征在于，生长掺杂Si的N型GaN层，进一步为：保持反应腔压力为300-600mbar、温度为1000-1200℃，通入流量为30000-60000...

【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