一種提高發光二極體外延良率的生長方法與流程

2023-05-10 02:54:46

本發明涉及發光二極體技術領域，尤其是指一種提高發光二極體外延良率的生長方法。

背景技術：

近年來發光二極體發展迅猛，與半導體光電技術、新照明光源技術的發展緊密相關。隨著LED應用領域的不斷擴展，LED晶片亮度提高和成本下降成為目前發展的重點。

現有技術中，採用PVD設備蒸鍍AlN襯底，作為降低成本和提高產量的有效途徑，正被逐步接受並成為主流技術。然而，採用PVD蒸鍍AlN襯底，目前存在外延工藝結果重複性、一致性差等問題。

傳統工藝通過採用PVD蒸鍍AlN緩衝層的技術能有效提高大尺寸襯底外延技術，提高晶體質量、發光效率，而採用AlN緩衝層技術也會引入外延生長過程外延片的翹曲變化不穩定而導致的工藝窗口變窄的問題。

為了解決上述問題，使得採用PVD蒸鍍AlN襯底技術所帶來的負面影響得到解決，本發明提出一種提高發光二極體外延良率的生長方法，本案由此產生。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種提高發光二極體外延良率的生長方法，以解決由於AlN材料和PSS圖形襯底固有特性，導致PSS圖形襯底之間差異性對外延生長過程的影響被放大，在外延生長過程產生外延片的一致性變差，影響外延片的良率的問題。

為達成上述目的，本發明的解決方案為：

一種提高發光二極體外延良率的生長方法，包括以下步驟：

一，在襯底上形成PSS圖形，採用PVD蒸鍍襯底，在襯底上形成AlN緩衝層；

二，採用MOCVD在AlN緩衝層上三維生長第一3D層，第一3D層為GaN；

三，升高溫度20-80℃，同時蝕刻PSS圖形側面和襯底平面上的第一3D層，直至PSS圖形側面的第一3D層被完全蝕刻掉，且PSS圖形側面的AlN緩衝層也被部分蝕刻，而平面上的第一3D層部分蝕刻；

四，降溫繼續三維生長第二3D層，第二3D層為GaN；

五，升高溫度20-80℃，同時蝕刻PSS圖形側面和襯底平面上的第二3D層，直至PSS圖形側面的第二3D層被完全蝕刻掉，且PSS圖形側面的AlN緩衝層也被部分蝕刻，而平面上第二3D層部分蝕刻；

六，重複以上循環多次，直至把PSS圖形側面的AlN緩衝層去除，而襯底平面上依然保留AlN緩衝層；

七，接著在最上層3D層上依次生長非故意摻雜層、n型導電層、有源區和P型導電層。

進一步，所述AlN緩衝層的厚度小於100nm。

進一步，步驟三及步驟五中，反應室內氫氣含量增加20%-100%，且氮氣含量降低20%-100%。

採用上述方案後，本發明引入PVD蒸鍍AlN充當緩衝層，有益於提高後續MOCVD外延材料的質量提高發光效率，以及縮短外延時間。通過採用以上的外延生長方法去掉PSS側面的AlN緩衝層材料，且保留襯底平面上AlN緩衝層。一方面避免PSS側面的AlN緩衝層容易引起外延材料的側面生長，產生與平面生長的外延材料形成競爭生長而引起的引力分配不均衡，導致在高溫生長過程的外延片之間的翹曲存在較大差異，最終表現出在同一外延生長過程，外延片與外延片在生長有源區的應力有所不同，因而波長和亮度都會受較大的影響。

採用3D生長時循環蝕刻PSS側壁的3D層的外延生長方法，有效地去除PSS側壁的AlN，避免PSS側面的AlN所引起的外延材料競爭生長而導致的應力不平衡，最終產生的外延片一致性差的問題。採用3D生長時循環蝕刻PSS側壁的3D層的外延生長方法，有效地去除PSS側壁的AlN，但最終還保留襯底平面的AlN緩衝層的外延生長技術，有效地保留了採用PVD蒸鍍AlN緩衝層所帶來的有益效果。

附圖說明

圖1是本發明發光二極體生長步驟圖一；

圖2是本發明發光二極體生長步驟圖二；

圖3是本發明發光二極體生長步驟圖三；

圖4是本發明發光二極體生長步驟圖四；

圖5是本發明發光二極體的結構示意圖。

標號說明

襯底1 PSS圖形11

AlN緩衝層2 第一3D層31

第二3D層32 非故意摻雜層4

n型導電層5 有源區6

P型導電層7。

具體實施方式

以下結合附圖及具體實施例對本發明做詳細描述。

請參閱圖1至圖5所述，本發明揭示的一種提高發光二極體外延良率的生長方法，包括以下步驟：

一，在襯底1上形成PSS圖形11，採用PVD蒸鍍襯底1，在襯底1上形成AlN緩衝層2，如圖1所示。所述AlN緩衝層的厚度小於100nm。AlN材料的厚度太厚，MOCVD的蝕刻周期變得較多，反而增加成本和生長時間，使得採用PVD蒸鍍AlN的技術喪失優勢。

二，採用MOCVD在AlN緩衝層上三維生長第一3D層31，第一3D層31為GaN，如圖2所示。由於生長特性，PSS圖形11側面的第一3D層31厚度會薄於襯底2平面上的第一3D層31。

三，升高溫度20-80℃，同時蝕刻PSS圖形11側面和襯底1平面上的第一3D層31，直至PSS圖形11側面的第一3D層31被完全蝕刻掉，且PSS圖形11側面的AlN緩衝層2也被部分蝕刻，而平面上的第一3D層31部分蝕刻，如圖3所示。

四，降溫繼續三維生長第二3D層32，第二3D層32為GaN，如圖4所示。

五，升高溫度20-80℃，同時蝕刻PSS圖形11側面和襯底1平面上的第二3D層32，直至PSS圖形11側面的第二3D層32被完全蝕刻掉，且PSS圖形11側面的AlN緩衝層2也被部分蝕刻，而平面上第二3D層32部分蝕刻，如圖4所示。

六，重複以上循環多次，直至把PSS圖形11側面的AlN緩衝層2去除，而襯底1平面上依然保留AlN緩衝層2。

七，接著在最上層3D層上依次生長非故意摻雜層4、n型導電層5、有源區6和P型導電層7，如圖5所示。

步驟三及步驟五中，反應室內氫氣含量增加20%-100%，且氮氣含量降低20%-100%。採用高的氫氮比有利於提高蝕刻速率，縮短蝕刻時間。

所述的步驟三、步驟五的升高溫度蝕刻PSS圖形側面3D層的外延過程，反應室溫度的升高範圍20-80℃。溫度越高蝕刻速率越大，但溫度過高會使得表面趨於二維生長界面，使得後續生長的晶體質量變差。

以上所述僅為本發明的優選實施例，並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，均落入本案的保護範圍。