一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法
【專利摘要】本發明公開一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，包括以下步驟：在襯底上表面生長緩沖層；在緩沖層上生長非故意摻雜層；非故意摻雜層上生長復合調節層的各層結構；在復合調節層上生長第一型導電層；在第一型導電層上生長有源層；有源層上依次生長電子阻擋層、第二型導電層和歐姆接觸層。本發明解決襯底在外延生長過程由于生長不同功能的外延層時溫度變化及內應力問題導致的外延片彎曲，以及由于外延片彎曲變大而引起的外延表面異常及電性能異常問題。
【專利說明】
一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法
技術領域
[0001]本發明涉及發光二極管技術領域，尤其是指一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法。
【背景技術】
[0002]如圖1所示，現有技術揭示的傳統發光二極管外延結構，在襯底10上采用PVD蒸鍍一層緩沖層20，緩沖層20為AlN緩沖層，或者為GaN緩沖層，或者為AlGaN緩沖層;在緩沖層20上生長非故意摻雜層(uGaN) 30;在非故意摻雜層30上生長第一型導電層(nGaN)40;在第一型導電層(nGaN)40上生長有源層(MQW)50;在有源層(MQW)50上生長第二型導電層(pGaN)60;在第二型導電層(pGaN)60生長歐姆接觸層(IT0)70。
[0003]如圖2a所示，在緩沖層上生長非故意摻雜層(UGaN)時，如果翹曲太大，會導致生長有源層(MQW)時的襯底還處于凹曲狀態;如圖2b所示，在緩沖層上生長非故意摻雜層(uGaN)時，如果翹曲適中，生長有源層(MQW)時的襯底可以處于平整狀態;如圖2c所示，在緩沖層上生長非故意摻雜層(uGaN)時，如果翹曲偏小，會導致生長有源層(MQW)時的襯底還處于凸曲狀態。
[0004]所述傳統外延結構及生長工藝通過在非故意摻雜層UGaN)或第一型導電層(nGaN)插入一層AlGaN來調節外延片的翹曲及起到過濾位錯、電流阻擋的作用。但如果外延片生長非故意摻雜層uGaN過程凹得偏小，那么這層AlGaN會導致生長MQW時偏凸，引起整個外延片的MQW生長均勻性變差，晶體質量下降，從而引起波長的均勻性變差，發光效率下降。最終導致發光二極管的產品良率差。
[0005]由于緩沖層通常設置為一層，因此，在緩沖層上生長非故意摻雜層(UGaN)時難以翹曲適中，無法進行翹曲調整，進而使得外延生長過程中外延片的翹曲變化不穩定，導致的工藝窗口變窄;從而降低LED芯片亮度和增加制造成本。
【發明內容】
[0006]本發明的目的在于提供一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，以解決襯底在外延生長過程由于生長不同功能的外延層時溫度變化及內應力問題導致的外延片彎曲，以及由于外延片彎曲變大而引起的外延表面異常及電性能異常問題。
[0007]為達成上述目的，本發明的解決方案為:
一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，包括以下步驟:
一，采用MOCVD在530-570°C，500-600乇，生長速率低于2um/h，轉速低于500r/h的外延條件下在襯底上表面生長緩沖層；
二，外延生長溫度至升高至1000°C以上，100-500乇，生長速率高于3 um/h，轉速高于700r/h的條件在緩沖層上生長非故意摻雜層；
三，非故意摻雜層上生長復合調節層的各層結構，復合調節層為GalnN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GalnN中的一種，在外延片生長過程中，根據非故意摻雜層的翹曲值，調整GaInN層中In組分、厚度，以及調整AlGaN層中Al組分、厚度，使生長MQW時趨于平坦；
四，在復合調節層上生長第一型導電層；
五，外延生長溫度降低至800 °C以下，壓強低于300乇，轉速高于800r/h的條件在第一型導電層上生長有源層；
六，外延生長溫度升至高于900°C在有源層上依次生長電子阻擋層、第二型導電層和歐姆接觸層。
[0008]進一步，步驟三中，在外延片生長過程中，一、非故意摻雜層(uGaN)的翹曲值高于-60為生長MQW時偏凸，通過GaInN層中In組分提高或者厚度增加，且降低AlGaN層的Al組分及其減薄厚度，外延片的應力會變為更傾向于凹狀翹曲，生長MQW時趨于平坦;二、非故意摻雜層(uGaN)的翹曲值低于-110為生長MQW時偏凹狀，通過AlGaN層中Al組分提高或者厚度增加，且降低GaInN層中In組分提高及減薄厚度，外延片的應力會變為更傾向于凸狀翹曲，生長MQW時趨于平坦;三、非故意摻雜層(uGaN)的翹曲值居于-110至-60時為生長MQW時趨于平坦，GaInN、AlGaN層中Ιη、Α1組分降低且減薄厚度。
[0009]進一步，復合調節層外延生長溫度的變化趨勢:生長AlGaN材料溫度低于1000°C ；生長GaN材料溫度高于1000°C ;生長GaInN材料溫度低于1000°C。
[0010]進一步，復合調節層外延生長壓強的變化趨勢:生長AlGaN材料壓強低于150乇;生長GaN材料壓強范圍150-300乇;生長GaInN材料壓強低于150乇。
[0011 ]進一步，復合調節層外延生長大盤轉速的變化趨勢:生長AlGaN材料轉速低于800r/h ；生長GaN材料轉速高于800r/h ；生長GaInN材料轉速低于800r/h。
[0012]進一步，復合調節層外延生長速率的變化趨勢:生長AlGaN材料生長速率低于2um/h;生長GaN材料生長速率高于4um/h;生長GaInN材料生長速率低于lum/h。
[0013]—種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延結構，襯底上生長緩沖層，緩沖層上生長非故意摻雜層，非故意摻雜層上生長復合調節層，復合調節層上生長第一型導電層，第一型導電層上生長有源層，有源層上生長電子阻擋層，電子阻擋層上生長第二型導電層，第二型導電層上生長歐姆接觸層;復合調節層為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種。
[0014]進一步，襯底為大尺寸藍寶石襯底。
[0015]進一步，復合調節層的厚度蘭200nmo
[0016]進一步，復合調節層構成為GalnN/GaN/AlGaN外延結構時，GaInN的厚度0〈dl〈150nm，GaN 的厚度 0〈d2〈30nm，AlGaN 的厚度 0〈d3〈150nm。
[0017]采用上述方案后，本發明復合調節層為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種。因此，復合調節層可在外延生長過程通過更改復合調節層的組分及厚度，調節外延片的翹曲情況，達到在有源區生長時外延片是趨于平坦的目的，有效提高外延片的光電性能及產品良率。而且可以實現在外延層生長過程在線更改翹曲情況:通過MOCVD監控生長狀況的翹曲曲線判斷外延片的翹曲情況。1、在外延片生長過程偏凸的情況，可以在線通過調整其中GaInN層的In組分或者厚度，使得外延片的應力變化為翹曲更傾向于凹狀。改善了外延片生長偏凸的狀態。2、在外延片生長偏凹狀的情況，可以通過在線調整其中AlGaN層的Al組分或者厚度，使得外延片的應力變化為翹曲更傾向于凸狀。改善外延片生長偏凹的狀態。設置GaN層夾于GaInN和AlGaN中間起到漸進緩沖、調節應力的作用。通過GaN層的厚度調整也可適當調節外延片翹曲狀態。
【附圖說明】
[0018]圖1是現有技術的結構示意圖；
圖2a是現有技術生長非故意摻雜層與有源層時翹曲示意圖一；
圖2b是現有技術生長非故意摻雜層與有源層時翹曲示意圖二；
圖2c是現有技術生長非故意摻雜層與有源層時翹曲示意圖三；
圖3是本發明的結構示意圖。
[0019]標號說明
襯底10緩沖層20
非故意摻雜層30 第一型導電層40 有源層50第二型導電層60
歐姆接觸層70
襯底I緩沖層2
非故意摻雜層3 復合調節層4 GaInN層41GaN層42
AlGaN層43第一型導電層5
有源層6電子阻擋層7
第二型導電層8 歐姆接觸層9。
【具體實施方式】
[0020]以下結合附圖及具體實施例對本發明做詳細描述。
[0021]參閱圖3所示，本發明揭示的一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延結構，襯底I上生長緩沖層2，緩沖層2上生長非故意摻雜層3，非故意摻雜層3上生長復合調節層4，復合調節層4上生長第一型導電層5，第一型導電層5上生長有源層6，有源層6上生長電子阻擋層7，電子阻擋層7上生長第二型導電層8，第二型導電層8上生長歐姆接觸層9。襯底I優選為大尺寸藍寶石襯底。
[0022]復合調節層4為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種。本實施例中，復合調節層4采用依次生長的GaInN層41，GaN層42和AlGaN層43，其中GaInN層41生長在非故意摻雜層3上，GaN層42生長在GaInN層41和AlGaN層43之間，第一型導電層5生長在AlGaN層43上。
[0023]復合調節層4的厚度5200nm。復合調節層4的厚度偏厚會引起后續生長第一型導電層5(nGaN)的應力過大，導致晶體質量變差，位錯密度反而增大。
[0024]復合調節層4構成為GalnN/GaN/AlGaN外延結構時，GaInN的厚度0〈dl〈150nm，GaN的厚度 0〈d2〈30nm，AlGaN 的厚度 0〈d3〈150nmo
[0025]本發明還揭示一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，包括以下步驟:
一，采用MOCVD在530-570°C，500-600乇，生長速率低于2um/h，轉速低于500r/h的外延條件下在襯底I上表面生長緩沖層2。
[0026]二，外延生長溫度至升高至1000°C以上，100-500乇，生長速率高于3 um/h，轉速高于700r/h的條件在緩沖層2上生長非故意摻雜層3。
[0027]三，非故意摻雜層3上生長復合調節層4的各層結構，復合調節層4為GalnN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種:1、在外延片生長過程中，非故意摻雜層3(uGaN)的翹曲值高于-60為生長MQW時偏凸，通過GaInN層中In組分提高或者厚度增加，且降低AlGaN層的Al組分及其減薄厚度，外延片的應力會變為更傾向于凹狀翹曲，生長MQW時趨于平坦;2、在外延片生長過程中，非故意摻雜層3(uGaN)的翹曲值低于-110為生長MQW時偏凹狀，通過AlGaN層中Al組分提高或者厚度增加，且降低GaInN層中In組分提高及減薄厚度，外延片的應力會變為更傾向于凸狀翹曲，生長MQW時趨于平坦;3、在外延片生長過程中，非故意摻雜層3(uGaN)的翹曲值居于-110至-60時為生長MQW時趨于平坦，GaInN、AlGaN層中Ιη、Α1組分降低且減薄厚度。
[0028]四，在復合調節層4上生長第一型導電層5。
[0029]五，外延生長溫度降低至800°C以下，壓強低于300乇，轉速高于800r/h的條件在第一型導電層5上生長有源層6。
[0030]六，外延生長溫度升至高于900°C在有源層6上生長電子阻擋層7、在電子阻擋層7上生長第二型導電層8，在第二型導電層8上生長歐姆接觸層9。
[0031]其中，復合調節層4外延生長溫度的變化趨勢:生長AlGaN材料溫度低于1000°C ;生長GaN材料溫度高于1000°C ;生長GaInN材料溫度低于1000°C。復合調節層4外延生長壓強的變化趨勢:生長AlGaN材料壓強低于150乇;生長GaN材料壓強范圍150-300乇;生長GaInN材料壓強低于150乇。復合調節層4外延生長大盤轉速的變化趨勢:生長AlGaN材料轉速低于800r/h;生長GaN材料轉速高于800r/h;生長GaInN材料轉速低于800r/h。復合調節層4外延生長速率的變化趨勢:生長AlGaN材料生長速率低于2um/h ；生長GaN材料生長速率高于4um/h;生長GaInN材料生長速率低于lum/h。
[0032]以上所述僅為本發明的優選實施例，并非對本案設計的限制，凡依本案的設計關鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【主權項】
1.一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，其特征在于:包括以下步驟: 一，采用MOCVD在530-570°C，500-600乇，生長速率低于2um/h，轉速低于500r/h的外延條件下在襯底上表面生長緩沖層； 二，外延生長溫度至升高至1000°C以上，100-500乇，生長速率高于3 um/h，轉速高于700r/h的條件在緩沖層上生長非故意摻雜層； 三，非故意摻雜層上生長復合調節層的各層結構，復合調節層為GalnN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GalnN中的一種，在外延片生長過程中，根據非故意摻雜層的翹曲值，調整GaInN層中In組分、厚度，以及調整AlGaN層中Al組分、厚度，使生長MQW時趨于平坦； 四，在復合調節層上生長第一型導電層； 五，外延生長溫度降低至800 °C以下，壓強低于300乇，轉速高于800r/h的條件在第一型導電層上生長有源層； 六，外延生長溫度升至高于900°C在有源層上依次生長電子阻擋層、第二型導電層和歐姆接觸層。2.如權利要求1所述的一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，其特征在于:步驟三中，在外延片生長過程中，一、非故意摻雜層的翹曲值高于-60為生長MQW時偏凸，通過GaInN層中In組分提高或者厚度增加，且降低AlGaN層的Al組分及其減薄厚度，外延片的應力會變為更傾向于凹狀翹曲，生長MQW時趨于平坦;二、非故意摻雜層的翹曲值低于-110為生長MQW時偏凹狀，通過AlGaN層中Al組分提高或者厚度增加，且降低GaInN層中In組分提高及減薄厚度，外延片的應力會變為更傾向于凸狀翹曲，生長MQW時趨于平坦;三、非故意摻雜層(UGaN)的翹曲值居于-110至-60時為生長MQW時趨于平坦，GaInN、AlGaN層中Ιη、Α1組分降低且減薄厚度。3.如權利要求1或2所述的一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，其特征在于:復合調節層外延生長溫度的變化趨勢:生長AlGaN材料溫度低于100tC ;生長GaN材料溫度高于1000°C ;生長GaInN材料溫度低于1000°C。4.如權利要求1或2所述的一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，其特征在于:復合調節層外延生長壓強的變化趨勢:生長AlGaN材料壓強低于150乇；生長GaN材料壓強范圍150-300乇;生長GaInN材料壓強低于150乇。5.如權利要求1或2所述的一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，其特征在于:復合調節層外延生長大盤轉速的變化趨勢:生長AlGaN材料轉速低于800r/h;生長GaN材料轉速高于800r/h;生長GaInN材料轉速低于800r/h。6.如權利要求1或2所述的一種具有生長過程可調節翹曲的發光二極管外延生長方法，其特征在于:復合調節層外延生長速率的變化趨勢:生長AlGaN材料生長速率低于2um/h ；生長GaN材料生長速率高于4um/h;生長GaInN材料生長速率低于lum/h。
【文檔編號】H01L33/20GK105977352SQ201610425301
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月16日
【發明人】林志偉, 陳凱軒, 張永, 卓祥景, 姜偉, 汪洋, 童吉楚, 方天足
【申請人】廈門乾照光電股份有限公司