一種發光二極體晶片的外延層生長方法
2023-09-23 19:47:30 2
專利名稱：一種發光二極體晶片的外延層生長方法
技術領域：
本發明涉及半導體技術領域，特別涉及ー種發光二極體晶片的外延層生長方法。
背景技術：
發光二極體晶片為半導體晶片，是發光二極體的核心組件。發光二極體晶片主要包括襯底、生長在襯底上的外延層和設於外延層上的電極。
其中，外延層通常包括不摻雜的GaN層、N型層、多量子阱層和P型層。目前大多數的發光二極體都是採用 MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition,金屬有機化合物氣相沉積)方法在藍寶石襯底上生長外延層。其中，在生長外延層時，採用的生長壓カ為 40 400torr。在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題由於外延層和藍寶石襯底間具有大的晶格常數和熱膨脹係數失配，因此在外延層生長的過程中會產生大量的位錯和缺陷，在生長壓カ為4(T400torr的情況下，這些位錯和缺陷會從襯底層延伸至外延層表面，密度高達IX IOkVc1Ii3，影響了發光二極體晶片的內量子效率，降低了發光二極體晶片的質量。
發明內容
為了降低發光二極體晶片的缺陷密度，提高內量子效率，本發明實施例提供了一種發光二極體晶片的外延層生長方法。所述技術方案如下—種發光二極體晶片的外延層生長方法,所述方法包括採用金屬有機化合物氣相沉積方法在襯底上依次生長不摻雜的GaN層、η型層、量子阱有源區層、P型層，所述量子阱有源區層的生長壓カ為60(T750torr。優選地，所述η型層包括η型載流子層和η型接觸層，所述η型接觸層的生長壓カ為 600 750torr。進ー步地，所述η型載流子層的生長壓カ為4(T400torr。優選地，所述P型層包括P型載流子層和P型接觸層，所述P型GaN接觸層的生長壓カ為6OO 750torr。進ー步地，所述P型載流子層的生長壓カ為4(T400torr。優選地，所述在襯底上採用金屬有機化合物氣相沉積方法依次生長不摻雜的GaN層、η型層、量子阱有源區層、P型層之前，所述方法還包括對所述襯底進行熱處理，所述熱處理的溫度為1060°C。進ー步地，所述熱處理的時間為5分鐘。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是在外延層生長的過程中，外延層的材料會同時進行生長和裂解，通過將量子阱有源區層的生長壓カ設為60(T750torr，增強了量子阱有源區層的材料的裂解效應，而較強的裂解效應使得材料的表面變得粗糙，有效增加了材料的橫向生長效應，從而降低了材料中的缺陷密度，提高了發光二極體晶片的晶體質量和內量子效率，進而提高了發光二極體晶片的發光效率。
為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，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發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發明實施例中提供的ー種發光二極體晶片的外延層的結構示意圖；圖2是本發明實施例2中提供的ー種發光二極體晶片的外延層的生長壓カ示意圖。
附圖中，各標號所代表的組件列表如下I襯底；2不摻雜的GaN層；3n型層；31n型GaN載流子層；32n型GaN接觸層；4量子阱有源區層；5p型層；5 Ip型GaN載流子層；52p型GaN接觸層。
具體實施例方式為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進ー步地詳細描述。本發明實施例將以GaN基發光二極體晶片為例，來說明本發明實施例提供的發光ニ極管晶片的外延層生長方法。下面先簡單介紹GaN基藍光發光二極體晶片的外延層的結構。具體地，如圖I所示，該發光二極體晶片的外延層包括依次層疊在襯底I上的不摻雜的GaN層2、n型層3、量子阱有源區層4、p型層5，其中，η型層3包括η型載流子層31和η型接觸層32，P型層5包括P型載流子層51和P型接觸層52，量子阱有源區層4可以包括依次交替層疊的InGaN層和GaN層。一般地，η型GaN載流子層21的厚度為I 3um，η型GaN接觸層32的厚度為5 100nm，p型GaN載流子層51的厚度為10(T300nm，p型GaN接觸層52的厚度為5 50nm。更具體地，η型GaN載流子層31、η型GaN接觸層32中的η型可以通過Si摻雜獲取，P型GaN載流子層51和P型GaN接觸層52中的ρ型可以通過Mg摻雜獲取。實施例I本發明實施例提供了ー種發光二極體晶片的外延層生長方法,該方法包括採用MOCVD方法在襯底I上依次生長u型GaN層2、η型層3、量子阱有源區層4、P型層5，如圖2所示，其中，量子有源區層4的生長壓カ為60(T750torr。在具體實施中，該方法可以通過以下步驟實現步驟101 :將晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上並送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。步驟102 :在200torr低壓下生長2um厚的不摻雜的GaN層2。步驟103 :在40torr低壓下生長2um厚的摻Si的η型GaN載流子層31。步驟104 :在40torr低壓下生長約30nm厚的摻Si的η型GaN接觸層32。步驟105 :在600torr高壓下生長InGaN/GaN的量子阱有源層4。步驟106 :在40torr低壓下生長200nm厚的摻Mg的ρ型GaN載流子層51。步驟107 :在40torr低壓下生長30nm厚的摻Mg的ρ型GaN接觸層52，得到多顆晶片a。上述生長過程是採用MOCVD法在MOCVD反應腔中進行的。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是在外延層生長的過程中，外延層的材料會同時進行生長和裂解，通過將量子阱有源區層的生長壓カ設為60(T750torr，增強了量子阱有源區層的材料的裂解效應，而較強的裂解效應使得材料的表面變得粗糙，有效增加了材料的橫向生長效應，從而降低了材料中的缺陷密度，提高了發光二極體晶片的晶體質量和內量子效率，進而提高了發光二極體晶片的發光效率。同時在η型層和ρ型層部分或全部採用採用60(T750torr的高壓生長，進ー步增強了材料的裂解效應，降低了材料中的缺陷密度，提高了發光二極體晶片的發光效率。實施例2本發明實施例提供了ー種發光二極體晶片的外延層生長方法，參見圖2，該方法包 括採用MOCVD方法在襯底I上依次生長不摻雜的GaN層2、η型層3、量子阱有源區層4、ρ型層5，如圖2所示，其中，量子有源區層4的生長壓カ為60(T750torr。優選地，η型接觸層32的生長壓カ為60(T750torr。進ー步地，η型GaN載流子層31的生長壓カ為4(T400torr。在實際生長中，為了提高生長的速度，一般會採用4(T400torr生長η型GaN載流子層31。顯然地，也可以採用高壓60(T750torr生長η型GaN載流子層31，採用高壓60(T750torr生長可以進ー步加大材料的裂解效應，降低材料中的缺陷密度。需要說明的是，η型GaN載流子層31和η型GaN接觸層32的材料是相同的，在生長時，先採用4(T400torr低壓生長η型層3，此時生長的為η型GaN載流子層31，一定時間後，採用60(T750torr生長η型層3，此時生長的為η型GaN接觸層32。顯然地，η型GaN載流子層31也可以採用60(T750torr生長。優選地，ρ型GaN接觸層52的生長壓カ為60(T750torr。進ー步地，ρ型載流子層51的生長壓カ為4(T400tOrr。在實際生長中，為了提高生長的速度，一般會採用4(T400torr生長ρ型載流子層51。顯然地，也可以採用高壓60(T750torr生長ρ型載流子層51,採用高壓60(T750torr生長可以進ー步加大材料的裂解效應，降低材料中的缺陷密度。需要說明的是，P型GaN載流子層51和ρ型GaN接觸層52的材料是相同的，在生長時，先採用4(T400torr低壓生長ρ型層5，此時生長的為ρ型GaN載流子層51，一定時間後，採用60(T750torr生長ρ型層5，此時生長的為ρ型GaN接觸層52。顯然地，ρ型GaN載流子層51也可以採用60(T750torr生長。優選地，在襯底I上採用金屬有機化合物氣相沉積方法依次生長u型GaN層2、η型層3、量子阱有源區層4、ρ型層5之前，該方法還包括對襯底I進行熱處理，熱處理的溫度為1060°C。進ー步地，熱處理的時間為5分鐘。在具體實施中，該方法可以通過以下步驟實現步驟201 :將晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上並送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。
步驟202 :在200torr低壓下生長2um厚的不摻雜的GaN層2。步驟203 :在220torr低壓下生長2um厚的摻Si的η型GaN載流子層31。步驟204 :在600torr高壓下生長約30nm厚的摻Si的η型GaN接觸層32。步驟205 :在600torr高壓下生長InGaN/GaN量子阱有源區層4。步驟206 :在220torr低壓下 生長200nm厚的摻Mg的ρ型GaN載流子層51。步驟207 :在600torr低壓下生長30nm厚的摻Mg的ρ型GaN接觸層52，得到多顆晶片b。上述生長過程是採用MOCVD法在MOCVD反應腔中進行的。在具體實施中，該方法也可以通過以下步驟實現步驟301 :將晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上並送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。步驟302 :在200torr低壓下生長2um厚的不摻雜的GaN層2。步驟303 :在220torr低壓下生長2um厚的摻Si的η型GaN載流子層31。步驟304 :在680torr高壓下生長約30nm厚的摻Si的η型GaN接觸層32。步驟305 :在680torr高壓下生長InGaN/GaN量子阱有源區層4。步驟306 :在220torr低壓下生長200nm厚的摻Mg的ρ型GaN載流子層51。步驟307 :在680torr低壓下生長30nm厚的摻Mg的ρ型GaN接觸層52，得到多顆晶片C。上述生長過程是採用MOCVD法在MOCVD反應腔中進行的。在具體實施中，該方法也可以通過以下步驟實現步驟401 :將晶向的藍寶石襯底放置石墨盤上並送入反應腔中，加熱至1060°C對藍寶石襯底進行5min的熱處理。步驟402 :在200torr低壓下生長2um厚的不摻雜的GaN層2。步驟403 :在400torr低壓下生長2um厚的摻Si的η型GaN載流子層31。步驟404 :在750torr高壓下生長約30nm厚的摻Si的η型GaN接觸層32。步驟405 :在750torr高壓下生長InGaN/GaN量子阱有源區層4。步驟406 :在400torr低壓下生長200nm厚的摻Mg的ρ型GaN載流子層51。步驟407 :在750torr低壓下生長30nm厚的摻Mg的ρ型GaN接觸層52，得到多顆晶片d。上述生長過程是採用MOCVD法在MOCVD反應腔中進行的。本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是在外延層生長的過程中，外延層的材料會同時進行生長和裂解，通過將量子阱有源區層的生長壓カ設為60(T750torr，增強了量子阱有源區層的材料的裂解效應，而較強的裂解效應使得材料的表面變得粗糙，有效增加了材料的橫向生長效應，從而降低了材料中的缺陷密度，提高了發光二極體晶片的晶體質量和內量子效率，進而提高了發光二極體晶片的發光效率。同時在η型層和ρ型層部分或全部採用採用60(T750torr的高壓生長，進ー步增強了材料的裂解效應，降低了材料中的缺陷密度，提高了發光二極體晶片的發光效率。需要說明的是，本發明實施例提供的方法不僅可以用來生長GaN基發光二極體晶片的外延層，也可以用來生長其他類型的發光二極體晶片的外延層，例如AlGaInP基發光ニ極管晶片的外延層、GaAsP基發光二極體晶片的外延層等等。產品試驗對現有的發光二極體晶片(即採用4(T400tOrr的生長壓カ生長外延層)和本發明
實施例提供的發光二極體晶片的光功率進行了測試，測試結果如下表
權利要求
1.ー種發光二極體晶片的外延層生長方法，所述方法包括採用金屬有機化合物氣相沉積方法在襯底上依次生長不摻雜的GaN層、η型層、量子阱有源區層、P型層，其特徵在於，所述量子阱有源區層的生長壓カ為60(T750torr。
2.如權利要求I所述的方法，其特徵在幹，所述η型層包括η型載流子層和η型接觸層，所述η型接觸層的生長壓カ為60(T750torr。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述η型載流子層的生長壓カ為40^400torro
4.如權利要求I所述的方法，其特徵在幹，所述P型層包括P型載流子層和P型接觸層，所述P型GaN接觸層的生長壓カ為60(T750torr。
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在幹，所述P型載流子層的生長壓カ為40 400torr。
6.如權利要求I所述的方法，其特徵在於，所述在襯底上採用金屬有機化合物氣相沉積方法依次生長不摻雜的GaN層、η型層、量子阱有源區層、P型層之前，所述方法還包括對所述襯底進行熱處理，所述熱處理的溫度為1060°C。
7.如權利要求6所述的方法，其特徵在於，所述熱處理的時間為5分鐘。
全文摘要
本發明公開了一種發光二極體晶片的外延層生長方法，屬於半導體技術領域。該方法包括在襯底上採用金屬有機化合物氣相沉積方法依次生長不摻雜的GaN層、n型層、量子阱有源區層、p型層，所述量子阱有源區層的生長壓力為600~750torr。本發明在外延層生長的過程中，外延層的材料會同時進行生長和裂解，通過將量子阱有源區層的生長壓力設為600~750torr，增強了量子阱有源區層的材料的裂解效應，而較強的裂解效應使得材料的表面變得粗糙，有效增加了材料的橫向生長效應，從而降低了材料中的缺陷密度，提高了發光二極體晶片的晶體質量和內量子效率，進而提高了發光二極體晶片的發光效率。
文檔編號H01L33/00GK102832301SQ20121031244
公開日2012年12月19日 申請日期2012年8月29日 優先權日2012年8月29日
發明者孫玉芹, 王江波, 劉榕 申請人:華燦光電股份有限公司