一種發(fā)光二極管外延片的制備方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。包括：提供一設(shè)有氮化鋁緩沖層的襯底并放置在反應(yīng)腔中，反應(yīng)腔內(nèi)通入有氮氣和氫氣中的至少一種作為載氣；將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫，同時增大載氣中氮氣和氫氣的體積比，梯度升溫包括n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段，n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段隨時間的增長交替出現(xiàn)，n為正整數(shù)；在氮化鋁緩沖層上生長過渡層，過渡層為依次經(jīng)過第一次二維生長、三維生長和第二次二維生長的鋁鎵氮層；在過渡層上依次生長非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層和P型接觸層。本發(fā)明專利技術(shù)適應(yīng)大尺寸外延片的生產(chǎn)。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】
一種發(fā)光二極管外延片的制備方法
本專利技術(shù)涉及半導(dǎo)體
，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片的制備方法。
技術(shù)介紹
發(fā)光二極管(英文：LightEmittingDiodes，簡稱：LED)具有超長壽命、節(jié)能省電、健康環(huán)保、堅固難用等優(yōu)點，應(yīng)用廣泛。以氮化鎵(GaN)為代表的Ⅲ族化合物是直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體，具有導(dǎo)熱率高、發(fā)光效率高、物理化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、能實現(xiàn)P型或者N型摻雜的優(yōu)點，而且GaN的多元合金構(gòu)成的量子阱的發(fā)光波長可覆蓋整個可見光區(qū)域，并具有較高的內(nèi)量子效率，因此GaN是制作LED的理想材料。GaN基LED外延片通常采用藍(lán)寶石襯底，但是GaN和藍(lán)寶石之間存在晶格失配，會造成LED外延片高密度缺陷、熱膨脹系數(shù)大，產(chǎn)生的應(yīng)力無法充分釋放，外延片表面不平整，翹曲度較高。而隨著近年來經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和人力成本的不斷提高，LED芯片廠商已經(jīng)逐步朝大尺寸外延工藝(大于2英寸的外延片)發(fā)展，以提高生產(chǎn)效率和LED芯片產(chǎn)能(如6英寸外延片的芯片產(chǎn)能是4英寸外延片的2倍、3英寸外延片的3～4倍、2英寸外延片的8～9倍)，降低生產(chǎn)成本。大尺寸外延片相比傳統(tǒng)的2英寸外延片，具有更高的翹曲度，破片率較高，嚴(yán)重制約了大尺寸外延技術(shù)的發(fā)展。
技術(shù)實現(xiàn)思路
為了解決現(xiàn)有技術(shù)嚴(yán)重制約大尺寸外延技術(shù)的發(fā)展的問題，本專利技術(shù)實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制備方法。所述技術(shù)方案如下：本專利技術(shù)實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，所述制備方法包括：提供一設(shè)有氮化鋁緩沖層的襯底并放置在反應(yīng)腔中，所述反應(yīng)腔內(nèi)在所述發(fā)光二極管外延片的制備過程中通入有氮氣和氫氣中的至少一種作為載氣；將所述反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫，同時增大所述載氣中氮氣和氫氣的體積比，所述梯度升溫包括n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段，所述n+1個溫度恒定階段和所述n個溫度提升階段隨時間的增長交替出現(xiàn)，每個所述溫度提升階段的開始溫度等于前一個所述溫度恒定階段的溫度，每個所述溫度提升階段的結(jié)束溫度等于后一個所述溫度恒定階段的溫度，n為正整數(shù)；在所述氮化鋁緩沖層上生長過渡層，所述過渡層為依次經(jīng)過第一次二維生長、三維生長和第二次二維生長的鋁鎵氮層；在所述過渡層上依次生長非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層和P型接觸層。可選地，最后一個所述溫度提升階段和最后一個所述溫度恒定階段的所述載氣為純氮氣。可選地，在所述將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫的過程中，若所述反應(yīng)腔內(nèi)的溫度低于800℃，則所述載氣中氮氣和氫氣的體積比小于1。優(yōu)選地，在所述將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫的過程中，若所述反應(yīng)腔內(nèi)的溫度低于800℃，則所述載氣為純氫氣。可選地，所述增大所述載氣中氮氣和氫氣的體積比，包括：保持所述載氣的體積不變，增加所述載氣中氮氣的體積，減少所述載氣中氫氣的體積。可選地，各個所述溫度提升階段的溫度升高速率保持不變、逐漸減小或者逐漸增大。可選地，相鄰兩個所述溫度恒定階段的溫度的差值各不相同。可選地，各個所述溫度恒定階段占用的時間為定值。可選地，所述過渡層的厚度小于或等于1.5μm。可選地，所述襯底的尺寸為3英寸、4英寸、6英寸、8英寸或者2英寸。本專利技術(shù)實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫，梯度升溫包括n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段，n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段隨時間的增長交替出現(xiàn)，使溫度可以逐步變化到所需溫度，給予溫度傳遞提供充分的時間，整體溫度可以保持一致，溫場穩(wěn)定、受熱均勻，降低了由于襯底和氮化鋁緩沖層的熱膨脹系數(shù)不同而引起的張應(yīng)力，進(jìn)而緩解晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，改善外延片的翹曲度。同時在將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫的過程中，增大載氣中氮氣和氫氣的體積比，溫度較低時氫氣較多，有利于去除襯底表面的雜質(zhì)，氮氣隨著溫度的升高增多，可以使氮化鋁緩沖層緩解襯底的凹形形變，進(jìn)一步改善外延片的翹曲度，降低因熱膨脹系數(shù)的差異而引起的張應(yīng)力，緩解晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，降低外延片的位錯和缺陷密度，改善晶體質(zhì)量，提高空穴的注入效率和器件的發(fā)光效率，減少破片率，適應(yīng)大尺寸外延片的生產(chǎn)。附圖說明為了更清楚地說明本專利技術(shù)實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本專利技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本專利技術(shù)實施例一提供的一種發(fā)光二極管外延片的制備方法的流程圖；圖2a-圖2h是本專利技術(shù)實施例一提供的外延片制備過程中的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本專利技術(shù)實施例一提供的載氣中氮氣和氫氣變化情況的示意圖；圖4a-4c是本專利技術(shù)實施例一提供的溫度速率變化情況的示意圖；圖5是本專利技術(shù)實施例二提供的一種發(fā)光二極管外延片的制備方法的流程圖。具體實施方式為使本專利技術(shù)的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本專利技術(shù)實施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。實施例一本專利技術(shù)實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，參見圖1，該制備方法包括：步驟101：提供一設(shè)有氮化鋁緩沖層的襯底并放置在反應(yīng)腔中，反應(yīng)腔內(nèi)在LED外延片的制備過程中通入有氮氣和氫氣中的至少一種作為載氣。圖2a為步驟101執(zhí)行之后的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為襯底，2為氮化鋁緩沖層。步驟102：將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫，同時增大載氣中氮氣和氫氣的體積比。具體地，增大載氣中氮氣和氫氣的體積比，可以包括：保持載氣的體積不變，增加載氣中氮氣的體積，減少載氣中氫氣的體積，如圖3所示。需要說明的是，上述實現(xiàn)方式可以保持反應(yīng)腔內(nèi)的生長壓力不變，避免載氣的變化過程影響到外延片生長壓力的變化。可選地，在進(jìn)行多個階段的升溫過程中，最后一個溫度提升階段和最后一個溫度恒定階段的載氣可以為純氮氣，以充分保護(hù)氮化鋁緩沖層中摻雜的氧，使氧原子在襯底處于高溫的情況下緩解襯底的凹形形變，改善外延片的翹曲度。可選地，在將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫的過程中，若反應(yīng)腔內(nèi)的溫度低于800℃，則載氣中氮氣和氫氣的體積比可以小于1，在低溫環(huán)境下利用氫氣能夠去除襯底表面的雜質(zhì)。優(yōu)選地，在將反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫的過程中，若反應(yīng)腔內(nèi)的溫度低于800℃，則載氣可以為純氫氣，襯底表面雜質(zhì)的去除效果達(dá)到最佳。在本實施例中，梯度升溫包括n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段，n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段隨時間的增長交替出現(xiàn)，每個溫度提升階段的開始溫度等于前一個溫度恒定階段的溫度，每個溫度提升階段的結(jié)束溫度等于后一個溫度恒定階段的溫度，n為正整數(shù)。可選地，各個溫度提升階段的溫度升高速率可以保持不變(如圖4a所示)、逐漸減小(如圖4b所示)或者逐漸升高(如圖4c所示)。若溫度升高速率保持不變，則實現(xiàn)比較簡單；實驗證明，若溫度升高效率逐漸減小或者逐漸升高，則此時外延片的翹曲度較優(yōu)。可選地，相鄰兩個溫度恒定階段的溫度的差值可以為定值，實現(xiàn)比較簡單。可選地，相鄰兩個階段的溫度的差值可以各不相同，可以依據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)效果達(dá)到最佳。可選地，各個階段占用的時間可以為定值，實現(xiàn)比較簡單。可選地，各個階段占用的時間可以各不相同，可以依據(jù)具體情況進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，實現(xiàn)效果達(dá)到最佳。具體地，襯底的尺寸可以為3英寸、4英寸、6英寸、8本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：提供一設(shè)有氮化鋁緩沖層的襯底并放置在反應(yīng)腔中，所述反應(yīng)腔內(nèi)在所述發(fā)光二極管外延片的制備過程中通入有氮氣和氫氣中的至少一種作為載氣；將所述反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫，同時增大所述載氣中氮氣和氫氣的體積比，所述梯度升溫包括n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段，所述n+1個溫度恒定階段和所述n個溫度提升階段隨時間的增長交替出現(xiàn)，每個所述溫度提升階段的開始溫度等于前一個所述溫度恒定階段的溫度，每個所述溫度提升階段的結(jié)束溫度等于后一個所述溫度恒定階段的溫度，n為正整數(shù)；在所述氮化鋁緩沖層上生長過渡層，所述過渡層為依次經(jīng)過第一次二維生長、三維生長和第二次二維生長的鋁鎵氮層；在所述過渡層上依次生長非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層和P型接觸層。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種發(fā)光二極管外延片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括：提供一設(shè)有氮化鋁緩沖層的襯底并放置在反應(yīng)腔中，所述反應(yīng)腔內(nèi)在所述發(fā)光二極管外延片的制備過程中通入有氮氣和氫氣中的至少一種作為載氣；將所述反應(yīng)腔內(nèi)的溫度進(jìn)行梯度升溫，同時增大所述載氣中氮氣和氫氣的體積比，所述梯度升溫包括n+1個溫度恒定階段和n個溫度提升階段，所述n+1個溫度恒定階段和所述n個溫度提升階段隨時間的增長交替出現(xiàn)，每個所述溫度提升階段的開始溫度等于前一個所述溫度恒定階段的溫度，每個所述溫度提升階段的結(jié)束溫度等于后一個所述溫度恒定階段的溫度，n為正整數(shù)；在所述氮化鋁緩沖層上生長過渡層，所述過渡層為依次經(jīng)過第一次二維生長、三維生長和第二次二維生長的鋁鎵氮層；在所述過渡層上依次生長非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型氮化鎵層和P型接觸層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，最后一個所述溫度提升階段和最后一個所述溫度恒定階段的所述載氣為純氮氣。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制備方法，其特征在于，在所述將反...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊蘭，萬林，胡加輝，
申請(專利權(quán))人：華燦光電浙江有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：浙江,33