CN101071836A - 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法 - Google Patents

一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN101071836A
CN101071836A CNA2007100518646A CN200710051864A CN101071836A CN 101071836 A CN101071836 A CN 101071836A CN A2007100518646 A CNA2007100518646 A CN A2007100518646A CN 200710051864 A CN200710051864 A CN 200710051864A CN 101071836 A CN101071836 A CN 101071836A
Authority
CN
China
Prior art keywords
growth
layer
gan
gallium nitride
epitaxial
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CNA2007100518646A
Other languages
English (en)
Other versions
CN100470865C (zh
Inventor
何清华
田艳
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CNB2007100518646A priority Critical patent/CN100470865C/zh
Publication of CN101071836A publication Critical patent/CN101071836A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN100470865C publication Critical patent/CN100470865C/zh
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Abstract

本发明是一种氮化镓基LED外延片的生长方法，在p－GaN层中形成电流释放通道，并对生长的外延薄膜进行一次降温、升温退火处理以消除部分累计应力，改善了p－GaN外延层的晶体质量，因此提高了GaN基LED芯片抗ESD能力。本发明的优点在于：实现了在保证小芯片良好的抗ESD良品率的前提下有效提高大芯片抗ESD良品率的GaN基LED外延片的制备。按常规芯片工艺制作成320×320μm2芯片，其反向2000V ESD良品率为92.7％；1×1mm2的大芯片反向1000V ESD良品率为75.8％。

Description

一种提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法
技术领域
本发明涉及一种氮化镓(GaN)及其化合物薄膜的异质外延生长方法，特别涉及在p型氮化镓层(p-GaN)生长过程中引入均匀分布的缺陷形成电流释放通道与通过降低应力提高晶体质量的GaN基LED外延片生长方法。
背景技术
以GaN、InGaN、AlGaN合金为主的III-V族氮化物材料具有直接宽带隙且连续可调(1.8-6.2eV)，覆盖了从红外到紫外的广泛光谱区域，是制造高亮度蓝、绿光和白光发光二极管(LED，Light Emitting Diode)的理想材料，广泛应用于大屏幕彩色显示、交通信号、照明、光通信等领域。
GaN在蓝宝石(Al2O3)衬底上异质外延生长时，由于晶格常数和热膨胀系数的失配，会引发界面处大量位错和缺陷的产生，缺陷密度高达1×108 1×1010/cm3，极大地影响材料的光电性能；以蓝宝石为衬底的常规GaN基LED芯片的p型电极及n型电极位于同一侧，电流密度分布不均匀。上述因素决定了采用蓝宝石作为衬底的GaN基LED芯片属静电敏感器件，其抗静电放电(ESD，Electro Static Discharge)能力较差。GaN基LED芯片的抗ESD能力通常低于人体模型±1000V。
大功率LED器件取代小功率LED器件是半导体照明工程的必然趋势，但是随着芯片尺寸的加大，GaN外延薄膜中的大量位错所引起的光电性能下降亦成放大效应；并且由于芯片的电极面积和电极间距加大，扩大了接触静电放电效应，因此大功率LED芯片受到静电损伤的几率要大得多。大功率GaN基LED芯片的抗ESD能力通常低于人体模型±500V。
静电放电会造成LED器件突发性失效或潜在性失效，ESD损伤是引起LED器件失效的主要原因。优化GaN基LED外延层结构，生长较高晶体质量的p-GaN外延层，对提高LED芯片抗ESD能力至关重要。本发明的目的是在优化的GaN基LED外延层结构基础上，通过一种新型的p-GaN外延层生长方法，实现防高静电的GaN基LED芯片外延片生长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，该方法通过在p-GaN层中形成电流释放通道，并通过降低外延薄膜的应力以提高晶体质量的生长方法，实现了在保证小芯片良好的抗ESD良品率的前提下有效提高大芯片抗ESD良品率的GaN基LED外延片的制备。
本发明的技术方案为：一种提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，该外延片结构包括低温氮化镓缓冲层——LT-GaN Buffer、非掺杂氮化镓——u-GaN层、n型氮化镓——n-GaN层、多量子阱——MQW层、p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层、p型氮化镓——p-GaN层，在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层与p型氮化镓——p-GaN层之间形成细小均匀分布的游离金属滴，形成电流释放通道；并通过降低外延薄膜的应力提高p-GaN外延层的晶体质量。
所述提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长步骤为：在1100℃下用H2高温烘烤蓝宝石衬底10分钟；降温至550℃生长25nm厚度的低温氮化镓缓冲层——LT-GaN Buffer；升温至1050℃生长厚度1.0μm的非掺杂氮化镓——u-GaN层；生长3.5μm的n型氮化镓——n-GaN层；降低生长温度至750-850℃，生长6个周期的InGaN/GaN的多量子阱——MQW层；升温至950℃，生长50nm厚度的p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层，然后短暂中断NH3供应，导致p-Al0.15Ga0.85N层部分分解；p型氮化镓——p-GaN层生长分两步进行，在两步生长过程中对外延薄膜作一次降温、升温退火处理。
在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层与p型氮化镓——p-GaN层之间形成细小均匀分布的游离金属滴，采用以下步骤：50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层生长结束后，将进入反应器的NH3切换至旁路5-30秒，p-Al0.15Ga0.85N层部分分解，在外延薄膜上形成细小均匀分布的游离金属滴。
通过降低外延薄膜的应力提高p型氮化镓——p-GaN层的晶体质量，采用以下步骤：p-GaN外延层生长分两步进行，首先在p-GaN层生长至20-80nm时，中断生长，并将温度降至500℃，对外延薄膜退火处理；然后再升温至950℃，生长厚度为130-180nm的p-GaN覆盖层。
GaN的合成反应可简化表示为：
在GaN薄膜生长过程中，中断NH3供应，将使GaN分解为游离金属镓。本发明采取在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层生长完成后，将进入反应器的NH3切换至旁路5-30秒，p-Al0.15Ga0.85N层部分分解，在外延薄膜上形成细小均匀分布的游离金属滴，人为制造一种均匀分布的缺陷，以在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层与p型氮化镓——p-GaN层之间形成电流释放通道。
由于GaN与蓝宝石以及GaN与InGaN(铟镓氮)的晶格常数不匹配，外延生长至p-GaN层时，会有相当的应力累计。本发明将p-GaN外延层生长分两步进行，首先在p-GaN外延层生长至20-80nm时，中断生长，并将温度降至500℃；然后再升温至950℃生长p-GaN覆盖层。通过对生长的外延薄膜进行一次降温、升温退火处理，可以消除部分累计应力，因此提高了p-GaN外延层的晶体质量，相应改善LED器件的发光、电学性能。
本发明采用有机金属源化学气相沉积法(MOCVD，Metalorganic ChemicalVapor Deposition)生长，衬底选用(0001)晶向的蓝宝石，金属有机源和氮源分别是三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三甲基铝(TMAl)和6.5N级氨气(NH3)，p型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，n型掺杂剂为硅烷(SiH4)，其中SiH4浓度为200ppm，用H2稀释。
整个外延层生长完成后，将外延片送入退火炉，在N2气氛下于750℃退火20分钟。
外延片退火完成后，按常规芯片工艺制作成320×320μm2的小芯片和1×1mm2的大芯片。对芯片抗ESD能力的测试参照GJB 548A-1996《微电子器件试验方法和程序》，采用人体模型标准(HBM，Human Body Model)，对320×320μm2芯片和1×1mm2芯片分别通过反向2000、1000V ESD后，测试其在10V反向电压下的漏电流，320×320μm2芯片和1×1mm2芯片失效标准分别为0.5、2.0μA，统计达到反向漏电流(Ir)合格指标的良品率。
本发明的优点在于：通过在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层与p型氮化镓——p-GaN层之间形成细小均匀分布的游离金属滴，以在p-GaN层中形成电流释放通道，并通过降低外延薄膜的应力以提高晶体质量的生长方法，实现了在保证小芯片良好的抗ESD良品率的前提下有效提高大芯片抗ESD良品率的GaN基LED外延片的制备。按常规芯片工艺制作成320×320μm2芯片，其反向2000V ESD良品率为92.7％；1×1mm2的大芯片反向1000V ESD良品率为75.8％。
附图说明
图 1外延片结构示意图；
图 2GaN基LED芯片结构示意图，图中1为n型电极，2为透明接触层，3为p型电极；
图3 320×320μm2芯片通过反向2000V ESD的反向漏电流(Ir)抽测结果，其良品率：202/218＝92.7％；
图4 1×1mm2芯片通过反向1000V ESD的反向漏电流(Ir)抽测结果，其良品率：166/219＝75.8％。
具体实施方式
采用MOCVD方法生长：
1)将(0001)晶向免清洗蓝宝石衬底装入反应器，在H2气氛下加热至1100℃烘烤10分钟。
2)降温至550℃生长厚度25nm的LT-GaN Buffer，生长压力为300Torr，TMGa流量为130微摩尔/分钟，NH3流量为150毫摩尔/分钟。
3)在1050℃生长厚度1.0μm的u-GaN层，生长压力为300Torr，TMGa流量为515微摩尔/分钟，NH3流量为480毫摩尔/分钟。
4)在1050℃生长厚度3.5μm的n-GaN层，生长压力为200Torr，TMGa流量为650微摩尔/分钟，NH3流量为900毫摩尔/分钟，n-GaN层的掺Si量为55纳摩尔/分钟。
5)在N2气氛下生长6个周期的MQW层，生长压力为200Torr，NH3流量为1000毫摩尔/分钟，InGaN阱层：厚度为3.0nm，生长温度为750℃，TMGa流量为20微摩尔/分钟，TMIn流量为70微摩尔/分钟；GaN垒层：厚度为12nm，生长温度为850℃，TMGa的流量是50微摩尔/分钟。
6)在950℃生长厚度50nm的p-Al0.15Ga0.85N层，生长压力为100Torr，TMGa流量为100微摩尔/分钟，TMAl流量为10微摩尔/分钟，NH3流量为616毫摩尔/分钟，Cp2Mg流量为2.5微摩尔/分钟，载气为H2∶N2＝7∶3的混合气氛。
7)将NH3切换至旁路10秒，p-Al0.15Ga0.85N层部分分解。
8)在950℃生长厚度50nm的p-GaN层，生长压力为150Torr，TMGa流量为258微摩尔/分钟，NH3流量为616毫摩尔/分钟，Cp2Mg流量为3.5微摩尔/分钟。
9)中断生长，NH3仍通入反应器，将温度降至500℃，然后再升温至950℃对外延薄膜进行退火处理。
10)在950℃生长厚度150nm的p-GaN层，生长压力为150Torr，TMGa流量为258微摩尔/分钟，NH3流量为616毫摩尔/分钟，Cp2Mg流量为3.5微摩尔/分钟。
11)在N2气氛下于750℃退火20分钟，N2流量为10升/分钟。

Claims (4)

1、一种提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，该外延片结构包括低温氮化镓缓冲层——LT-GaN Buffer、非掺杂氮化镓——u-GaN层、n型氮化镓——n-GaN层、多量子阱——MQW层、p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层、p型氮化镓——p-GaN层，其特征在于：在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层与p型氮化镓——p-GaN层之间形成细小均匀分布的游离金属滴，形成电流释放通道；并通过降低外延薄膜的应力提高p-GaN外延层的晶体质量。
2、根据权利要求1所述提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，其生长步骤特征为：
1)在1100℃下用H2高温烘烤蓝宝石衬底10分钟；
2)降温至550℃生长25nm厚度的低温氮化镓缓冲层——LT-GaNBuffer；
3)升温至1050℃生长厚度1.0μm的非掺杂氮化镓——u-GaN层；
4)生长3.5μm的n型氮化镓——n-GaN层；
5)降低生长温度至750-850℃，生长6个周期的InGaN/GaN的多量子阱——MQW层；
6)升温至950℃，生长50nm厚度的p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层，然后短暂中断NH3供应，导致p-Al0.15Ga0.85N层部分分解；
7)p型氮化镓——p-GaN层生长分两步进行，在两步生长过程中对外延薄膜作一次降温、升温退火处理。
3、根据权利要求1所述提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，其特征在于：在p型铝镓氮——p-Al0.15Ga0.85N层与p型氮化镓——p-GaN层之间形成细小均匀分布的游离金属滴，采用以下步骤：50nm厚度的p-Al0.15Ga0.85N层生长结束后，将进入反应器的NH3切换至旁路5-30秒，p-Al0.15Ga0.85N层部分分解，在外延薄膜上形成细小均匀分布的游离金属滴。
4、根据权利要求1所述提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法，其特征在于：通过降低外延薄膜的应力提高p-GaN外延层的晶体质量，采用以下步骤：p-GaN外延层生长分两步进行，首先在p-GaN层生长至20-80nm时，中断生长，并将温度降至500℃，对外延薄膜退火处理；然后再升温至950℃，生长厚度为130-180nm的p-GaN覆盖层。
CNB2007100518646A 2007-04-10 2007-04-10 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法 Expired - Fee Related CN100470865C (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100518646A CN100470865C (zh) 2007-04-10 2007-04-10 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CNB2007100518646A CN100470865C (zh) 2007-04-10 2007-04-10 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN101071836A true CN101071836A (zh) 2007-11-14
CN100470865C CN100470865C (zh) 2009-03-18

Family

ID=38898904

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CNB2007100518646A Expired - Fee Related CN100470865C (zh) 2007-04-10 2007-04-10 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN100470865C (zh)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102148309A (zh) * 2011-03-22 2011-08-10 东莞市福地电子材料有限公司 一种结构改良的led芯片
CN102194939A (zh) * 2010-03-16 2011-09-21 大连美明外延片科技有限公司 一种氮化镓基led外延片及其生长方法
CN102487114A (zh) * 2010-12-03 2012-06-06 武汉迪源光电科技有限公司 一种led外延结构
CN102867892A (zh) * 2012-09-06 2013-01-09 合肥彩虹蓝光科技有限公司 具有In掺杂的低温生长P型GaN外延方法
CN103474538A (zh) * 2013-09-25 2013-12-25 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延片、其制作方法及包含其的led芯片
CN103872192A (zh) * 2014-03-07 2014-06-18 聚灿光电科技(苏州)有限公司 一种led芯片制作方法
CN104393136A (zh) * 2014-10-31 2015-03-04 厦门乾照光电股份有限公司 一种提高发光效率的GaN基LED外延片制备方法
CN104409589A (zh) * 2014-11-06 2015-03-11 聚灿光电科技(苏州)有限公司 高亮度GaN基LED的MQW结构及其生长方法
CN102194939B (zh) * 2010-03-16 2016-11-30 大连美明外延片科技有限公司 一种氮化镓基led外延片及其生长方法
CN107845710A (zh) * 2017-10-30 2018-03-27 江苏新广联半导体有限公司 一种氮化镓基红光外延片结构及制备方法
CN109166830A (zh) * 2018-08-27 2019-01-08 安徽星宇生产力促进中心有限公司 一种二极管用外延片
CN111146078A (zh) * 2019-12-27 2020-05-12 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种AlN薄膜的制备方法

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102194939A (zh) * 2010-03-16 2011-09-21 大连美明外延片科技有限公司 一种氮化镓基led外延片及其生长方法
CN102194939B (zh) * 2010-03-16 2016-11-30 大连美明外延片科技有限公司 一种氮化镓基led外延片及其生长方法
CN102487114A (zh) * 2010-12-03 2012-06-06 武汉迪源光电科技有限公司 一种led外延结构
CN102148309A (zh) * 2011-03-22 2011-08-10 东莞市福地电子材料有限公司 一种结构改良的led芯片
CN102148309B (zh) * 2011-03-22 2013-09-18 东莞市福地电子材料有限公司 一种结构改良的led芯片
CN102867892A (zh) * 2012-09-06 2013-01-09 合肥彩虹蓝光科技有限公司 具有In掺杂的低温生长P型GaN外延方法
CN103474538B (zh) * 2013-09-25 2016-06-22 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延片、其制作方法及包含其的led芯片
CN103474538A (zh) * 2013-09-25 2013-12-25 湘能华磊光电股份有限公司 Led外延片、其制作方法及包含其的led芯片
CN103872192A (zh) * 2014-03-07 2014-06-18 聚灿光电科技(苏州)有限公司 一种led芯片制作方法
CN104393136A (zh) * 2014-10-31 2015-03-04 厦门乾照光电股份有限公司 一种提高发光效率的GaN基LED外延片制备方法
CN104393136B (zh) * 2014-10-31 2017-02-01 厦门乾照光电股份有限公司 一种提高发光效率的GaN基LED外延片制备方法
CN104409589A (zh) * 2014-11-06 2015-03-11 聚灿光电科技(苏州)有限公司 高亮度GaN基LED的MQW结构及其生长方法
CN107845710A (zh) * 2017-10-30 2018-03-27 江苏新广联半导体有限公司 一种氮化镓基红光外延片结构及制备方法
CN109166830A (zh) * 2018-08-27 2019-01-08 安徽星宇生产力促进中心有限公司 一种二极管用外延片
CN111146078A (zh) * 2019-12-27 2020-05-12 中国电子科技集团公司第十三研究所 一种AlN薄膜的制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN100470865C (zh) 2009-03-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN100470865C (zh) 一种提高氮化镓基led芯片抗静电能力的外延片生长方法
US8421107B2 (en) Group-III nitride semiconductor light emitting device and production method thereof, and lamp
CN103996759A (zh) Led外延层生长方法及led外延层
KR101025500B1 (ko) 질화 갈륨계 화합물 반도체 발광 소자 및 그 제조 방법
CA2942999C (en) Non-polar blue led epitaxial wafer based on lao substrate and preparation method thereof
CN103474538A (zh) Led外延片、其制作方法及包含其的led芯片
CN109950372A (zh) 发光二极管外延片及其制造方法
CN104009136A (zh) 提高发光效率的led外延层生长方法及led外延层
CN109411573B (zh) 一种led外延结构生长方法
CN103996769A (zh) Led外延层结构、生长方法及具有该结构的led芯片
CN109244202A (zh) 一种含有应变补偿结构的GaN基量子阱LED外延结构
CN110620168B (zh) 一种led外延生长方法
US20100267221A1 (en) Group iii nitride semiconductor device and light-emitting device using the same
CN105957927B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法
CN111769181B (zh) 一种适用于小间距显示屏的led外延生长方法
KR100604617B1 (ko) Ⅲ-ⅴ족화합물반도체의제조방법
CN110379895B (zh) Led外延生长方法
US20050236630A1 (en) Transparent contact for light emitting diode
CN108365060B (zh) GaN基LED的外延结构及其生长方法
CN105895752B (zh) 一种发光复合层的生长方法及含此结构的led外延结构
CN104835885A (zh) Led外延层结构及其制备方法和具有该结构的led器件
CN114823995A (zh) Led外延片制作方法
CN110350056B (zh) 一种led外延层生长方法
CN111223971A (zh) 一种降低量子阱位错密度的led外延生长方法
CN111952420A (zh) 一种适用于制作小间距显示屏的led外延生长方法

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Shanghai PN-Stone Photoelectric Co.,Ltd.

Assignor: He Qinghua

Contract record no.: 2011310000090

Denomination of invention: Epitaxial wafer growth method for improving galliumnitride base LED chip antistatic capability

Granted publication date: 20090318

License type: Exclusive License

Open date: 20071114

Record date: 20110630

C17 Cessation of patent right
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee

Granted publication date: 20090318

Termination date: 20130410