一種發光二極體外延片生長方法

2023-04-25 23:34:41 3

一種發光二極體外延片生長方法
【專利摘要】本發明公開了一種發光二極體外延片生長方法，屬於半導體【技術領域】。所述方法包括：將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層；將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在不摻雜層上生長N型層；將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在N型層上生長有源層；將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在有源層上生長P型層；第一生長溫度、第二生長溫度、第三生長溫度以及第四生長溫度均不超過480°。
【專利說明】一種發光二極體外延片生長方法

【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體【技術領域】，特別涉及一種發光二極體外延片生長方法。

【背景技術】
[0002]發光二極體晶片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。
[0003]目前的GaN基發光二極體普遍採用金屬有機化合物化學氣相沉澱(Metal-organic Chemical Vapor Deposit1n,簡稱 「MOCVD」)的方法在襯底上生長外延層，常用於製作的襯底材料有藍寶石、碳化矽和矽。但這些常用材料製作的襯底因襯底翹曲問題製作尺寸較小且成本較高，而玻璃作為一種常見材料，相對上述常用材料，其成本低。
[0004]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:
[0005]由於玻璃的軟化溫度為500°C，而傳統的MOCVD法中的外延層的生長所需溫度會超過500°C，致使玻璃製作的襯底軟化，導致玻璃無法作為製作襯底的材料。


【發明內容】

[0006]為了解決玻璃由於軟化溫度不高而無法在傳統的MOCVD法中成為GaN基發光二極體晶片襯底的製作材料的問題，本發明實施例提供了一種發光二極體外延片生長方法。所述技術方案如下:
[0007]—方面，提供了一種發光二極體外延片生長方法，所述方法包括:
[0008]將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向所述反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層；
[0009]將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向所述反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在所述不摻雜層上生長N型層；
[0010]將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，停止向所述反應腔中通入矽源，向所述反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在所述N型層上生長有源層；
[0011]將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，停止向所述反應腔中通入三甲基銦源，向所述反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在所述有源層上生長P型層；
[0012]所述第一生長溫度、所述第二生長溫度、所述第三生長溫度以及所述第四生長溫度均不超過480°。
[0013]具體地，所述第一生長溫度在450 ° -480 °之間，所述第二生長溫度在420 ° -450 °之間，所述第三生長溫度在380 ° -400 °之間，所述第四生長溫度在420° -440° 之間。
[0014]具體地,所述方法還包括:
[0015]將所述玻璃襯底置於所述反應腔中，在氫氣氛圍下加熱至初始溫度，對所述玻璃襯底進行預處理。
[0016]進一步地，所述初始溫度在410° -440°之間。
[0017]進一步地，在所述預處理之前，所述方法還包括:
[0018]將所述玻璃襯底進行化學清洗並用氮氣槍吹乾。
[0019]具體地，所述不摻雜層的厚度為2um。
[0020]具體地，所述N型層的厚度為2um。
[0021]具體地，所述有源層為4-6個周期的InGaN/GaN量子阱。
[0022]具體地，所述InGaN/GaN量子阱包括InGaN阱層和GaN壘層，所述InGaN阱層的厚度為2-4nm，所述GaN壘層的厚度為5_20nm。
[0023]具體地，所述P型層的厚度為100_400nm。
[0024]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0025]通過將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源在玻璃襯底上生長不摻雜層；將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源在不摻雜層上生長N型層；將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源在N型層上生長有源層；將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源在有源層上生長P型層。此方法中，第一生長溫度、第二生長溫度、第三生長溫度以及第四生長溫度均不超過480°，使得玻璃可以作為製作襯底的材料，既可以增大襯底的製作尺寸，又可以降低了發光二極體晶片的襯底製作成本。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]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。
[0027]圖1是本發明實施例一提供的一種發光二極體外延片生長方法的流程圖；
[0028]圖2是本發明實施例二提供的一種發光二極體外延片生長方法的流程圖；
[0029]圖3是本發明實施例二提供的一種發光二極體外延片結構示意圖；
[0030]圖4是本發明實施例二提供的一種有源層的結構示意圖。

【具體實施方式】
[0031]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一步地詳細描述。
[0032]實施例一
[0033]本發明實施例提供了一種發光二極體外延片生長方法，參見圖1，該方法包括:
[0034]步驟S11，將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層。
[0035]其中，第一生長溫度不超過480°。
[0036]在本實施例中，間斷性地通入三甲基鎵源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2_10秒。
[0037]步驟S12，將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在不摻雜層上生長N型層。
[0038]其中，第二生長溫度不超過480°。
[0039]在本實施例中，上述矽源可以是矽烷，間斷性地通入三甲基鎵源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2-10秒。
[0040]步驟S13，將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，停止向反應腔中通入矽源，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在N型層上生長有源層。
[0041]其中，第三生長溫度不超過480°。
[0042]在本實施例中，間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2-10秒。
[0043]步驟S14，將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，停止向反應腔中通入三甲基銦源，向反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在有源層上生長P型層。
[0044]其中，第四生長溫度不超過480°。
[0045]在本實施例中，間斷性地通入三甲基鎵源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2_10秒。
[0046]本發明實施例通過將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層；將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在不摻雜層上生長N型層；將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在N型層上生長有源層；將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在有源層上生長P型層。此方法中，第一生長溫度、第二生長溫度、第三生長溫度以及第四生長溫度均不超過480°，使得玻璃可以作為製作襯底的材料，既可以增大襯底的製作尺寸，又可以降低了發光二極體晶片的襯底製作成本。
[0047]實施例二
[0048]本發明實施例提供了一種發光二極體外延片生長方法，參見圖2，該方法包括:
[0049]步驟S21，將玻璃襯底進行化學清洗並用氮氣槍吹乾。
[0050]具體地，化學清洗可以採用如下方式進行:
[0051]首先用浸有無水乙醇的棉球對玻璃襯底進行多次擦洗，然後在丙酮中超聲清洗三次，每次1min,接著在無水乙醇中超聲清洗三次,每次lOmin。
[0052]步驟S22，將該玻璃襯底置於反應腔中，在氫氣氣氛下加熱反應腔至初始溫度，對該玻璃襯底進行預處理。
[0053]具體地，該玻璃襯底可以放置在石墨盤上送入反應腔中，該初始溫度410° -440°之間。
[0054]步驟S23，將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層。
[0055]具體地，該第一生長溫度在450° -480°之間，該不摻雜層的厚度可以為2um。
[0056]本步驟中製得的為不摻雜GaN層，間斷性地通入三甲基鎵源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2-10秒。。
[0057]步驟S24，將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在不摻雜層上生長N型層。
[0058]具體地，該第二生長溫度在420° -450°之間，該N型層的厚度可以為2um。
[0059]本步驟中製得的N型層為摻雜Si的N型GaN層，間斷性地通入三甲基鎵源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2-10秒。
[0060]步驟S25，將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，停止向反應腔中通入矽源，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在N型層上生長有源層。
[0061]具體地，該第三生長溫度在380° -400°之間，該有源層為4_6個周期的InGaN/GaN量子阱，每個周期的InGaN/GaN量子阱包括InGaN阱層和GaN壘層，InGaN阱層的厚度為2_4nm, GaN魚層的厚度為5_20nm。
[0062]本步驟中，間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源可以採用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2-10秒。
[0063]步驟S26，將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，停止向反應腔中通入三甲基銦源，向反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在有源層上生長P型層。
[0064]具體地，該第四生長溫度在420° -440°之間，該P型層的厚度為100_400nm。
[0065]本步驟中製得的P型層為的摻雜Mg的P型GaN層，間斷性地通入三甲基鎵源可以米用如下方式實現:通入10-50秒，間斷2_10秒。
[0066]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基藍光發光二極體晶片的外延層，也可以用來生長GaN基其他類型的發光二極體晶片的外延層，例如GaN基綠光和白光發光二極體等。
[0067]如圖3所示，採用了上述發光二極體外延片生長方法製成的外延片包括:
[0068]依次層疊生長在玻璃襯底I上的不摻雜層2、N型層3、有源層4以及P型層5。如圖4所示，有源層4可以為4-6個周期的InGaN/GaN量子阱41，參見圖4，該InGaN/GaN量子阱41包括InGaN阱層41a和GaN壘層41b。
[0069]本發明實施例通過將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層；將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在不摻雜層上生長N型層；將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在N型層上生長有源層；將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，向反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在有源層上生長P型層。此方法中，第一生長溫度、第二生長溫度、第三生長溫度以及第四生長溫度均不超過480°，使得玻璃可以作為製作襯底的材料，既可以增大襯底的製作尺寸，又可以降低了發光二極體晶片的襯底製作成本；此外，在發光二極體外延片生長過程中間斷性通入三甲基鎵源和三甲基銦源能實現在低溫下增加表面原子遷移均勻的效果，保障低溫下生長的外延材料晶體特性與正常高溫下生長的晶體材料的特性相同，使得生產出來的發光二極體晶片的性能不會比傳統MOCVD法生產的低。
[0070]上述本發明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優劣。
[0071 ] 以上所述僅為本發明的較佳實施例，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。
【權利要求】
1.一種發光二極體外延片生長方法，其特徵在於，所述方法包括: 將反應腔中的溫度控制在第一生長溫度，向所述反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源，在玻璃襯底上生長不摻雜層； 將反應腔中的溫度調至第二生長溫度，向所述反應腔中持續通入氨氣和矽源並間斷性地通入三甲基鎵源，在所述不摻雜層上生長N型層； 將反應腔中的溫度調至第三生長溫度，停止向所述反應腔中通入矽源，向所述反應腔中持續通入氨氣並間斷性地通入三甲基鎵源和三甲基銦源，在所述N型層上生長有源層； 將反應腔中的溫度調至第四生長溫度，停止向所述反應腔中通入三甲基銦源，向所述反應腔中持續通入氨氣、二茂鎂源以及間斷性通入三甲基鎵源，在所述有源層上生長P型層； 所述第一生長溫度、所述第二生長溫度、所述第三生長溫度以及所述第四生長溫度均不超過480°。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述第一生長溫度在450°-480°之間，所述第二生長溫度在420° -450°之間，所述第三生長溫度在380° -400°之間，所述第四生長溫度在420° -440°之間。
3.根據權利要求1所述的方法，其特徵在於，所述方法還包括: 將所述玻璃襯底置於所述反應腔中，在氫氣氛圍下加熱至初始溫度，對所述玻璃襯底進行預處理。
4.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述初始溫度在410°-440°之間。
5.根據權利要求3所述的方法，其特徵在於，在所述預處理之前，所述方法還包括: 將所述玻璃襯底進行化學清洗並用氮氣槍吹乾。
6.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特徵在於，所述不摻雜層的厚度為2um。
7.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特徵在於，所述N型層的厚度為2um。
8.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特徵在於，所述有源層為4-6個周期的InGaN/GaN 量子阱。
9.根據權利要求8所述的方法，其特徵在於，所述InGaN/GaN量子阱包括InGaN阱層和GaN壘層，所述InGaN阱層的厚度為2_4nm，所述GaN壘層的厚度為5_20nm。
10.根據權利要求1-5任一項所述的方法，其特徵在於，所述P型層的厚度為100_400nmo
【文檔編號】H01L33/00GK104241463SQ201410430533
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】孫玉芹, 董彬忠, 王江波, 劉榕 申請人:華燦光電股份有限公司