CN102418145A - 在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法，包括高温处理、氮化处理以及生长成核层步骤，在高温处理步骤前、高温处理步骤中、氮化处理步骤中或者在生长成核层步骤中向反应室中通入氧化性气体，氧化性气体为CO、Cl₂、O₂、N₂0和HCl气体的一种或者多种。该方法改善了外延片的整体晶格品质，提高外延片的亮度和抗静电能力，降低了漏电电流，延长了LED的寿命。

Description

在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法

技术领域

本发明涉及显示领域，尤其涉及一种在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法。

背景技术

以GaN为基础的高亮度发光二极管(LED)在生活中无处不在，随处可见，其应用领域有交通信号灯、手机背光源、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、隧道灯等。随着GaN基LED亮度的不短提高，LED从传统的小型到现在可实现的功率型家用照明。LED作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性灯优点，正在迅速广泛地得到应用。

目前，以GaN为基础的半导体材料的外延生长最主要、最有效和最广泛地是MOCVD技术。在利用有机化学化学气相沉积(MOCVD)生长氮化物(GaN、AlN、InN等)技术中，由于没有与GaN晶格匹配的衬底材料大量供应，通常采用异质外延。由于异质外延的衬底与氮化物之间存在大的晶格适配和热膨胀系数的差异，使得在外延生长过程中，经常出现外延片龟裂，鱼鳞状等缺陷，导致外延片品质低下。若采用图形衬底进行横向外延生长，则可以在很大程度上克服以上缺点，提高LED外延片的晶体质量，同时由于图形衬底可以大大减少有源层发出的射向衬底方向的光全发射，提高了LED的出光效率，因此图形衬底广泛用于生长高品质的LED外延片。但图形衬底生长条件苛刻，采用普通的外延生长条件生长的外延片存在抗静电能力差、漏电电流大等问题，从而影响图形衬底外延片品质。

通常有机金属气相沉积(MOCVD)法在图形衬底上生长的GaN基LED外延的的方法，包括如下步骤：

(1)高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，把图型衬底加热到1000℃-1100℃，高温处理5分钟-20分钟；

(2)氮化处理：在500℃-1000℃对图形衬底进行60-180秒氮化处理；

(3)生长成核层(如图1中102层)：在480℃-550℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为20-40纳米的低温缓冲层GaN；

(4)生长uGaN层(如图1中103层)：在温度1000-1100℃生长1-2.5微米的不掺杂uGaN层；

(5)生长掺杂nGaN层(如图1中104层)：在温度1000-1100℃生长2-4微米的GaN:Si层；

(6)生长n型AlGaN层(如图1中105层)：在温度1000-1100℃生长5-40纳米的AlGaN:Si层；

(7)生长有源层(如图1中106、107层)：在温度710-880℃，切换N₂作为载气，生长50-300nm的多量子阱层(如图1中106、107层)；

(8)生长p型AlGaN层(如图1中108层)：在温度950-1050℃，生长厚度为20-80纳米AlGaN:Mg层(如图1中108层)；

(9)生长pGaN层(如图1中109层)：在温度900-980℃，生长厚度为400-800纳米GaN:Mg层(如图1中109层)；

(10)生长掺镁InGaN层(如图1中110层)：在温度600-700℃，生长厚度为5-10纳米InGaN:Mg层(如图1中110层)；

(11)活化：在温度600-750℃，活化时间10-30分钟。

发明内容

本发明提供了一种在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法，以解决现有外延片抗静电能力差、漏电电流大等问题。

为此，本发明提供了一种在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法，包括高温处理、氮化处理以及生长成核层步骤，在高温处理步骤前、高温处理步骤中、氮化处理步骤中或者在生长成核层步骤中向反应室中通入氧化性气体，氧化性气体为CO、Cl₂、O₂、N₂O和HCl气体的一种或者多种。

进一步地，当在高温处理步骤前向反应室通入氧化性气体，其中，氧化性气体通入的体积占反应室中总体积的10ppm-10000ppm。

进一步地，当在高温处理步骤中、氮化处理步骤中或者在生长成核层步骤中通入氧化性气体时，氧化性气体以5×10^-5-5×10^-2摩尔/分钟的速度通入到反应室中。

进一步地，氧化性气体与氮气以混合气体的形式通入到反应室中。

进一步地，在混合气体中，氧化性气体的体积百分比含量为0.1-99.9％。

更进一步地，混合气体中，氧化性气体的体积百分比含量为25-50％。

本发明提供的在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法，实现了如下的优点：由于气态氧化气体的引入，改变了成核层GaN生长在各个方向上的生长速率，再通过成核层影响非掺杂GaN层的GaN生长在各个方向上的生长速率，从而改变GaN的生长模式，填平衬底上的图型，减少衬底与外延层之间的应力、提高图型衬底的光取出效应，进而改善了外延片的整体晶格品质，提高外延片的亮度和抗静电能力，降低了漏电电流，延长了LED的寿命。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

附图是构成本申请的一部分，用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了GaN基LED外延生长结构示意图；

图2示出了对比例的未通入氧化性气体外延片的EPITT曲线图；

图3示出了根据本发明实施例的通入氧化性气体外延片的EPITT曲线图；

图4示出了对比例的未通入氧化性气体外延片的X射线102面摇摆曲线图；

图5示出了根据本发明实施例的通入氧化性气体外延片的X射线衍射仪102面摇摆曲线图；

图6示出了对比例的未通入气态氧化物外延片的芯粒工作电压图；

图7示出了根据本发明实施例的通入气态氧化物外延片的芯粒工作电压图；

图8示出了对比例的未通入气态氧化物外延片的芯粒抗静电能力图；

图9示出了根据本发明实施例的通入气态氧化物外延片的芯粒抗静电能力图；

图10示出了对比例的未通入气态氧化物外延片的芯粒电流漏电图；以及

图11示出了根据本发明实施例的通入气态氧化物外延片的芯粒电流漏电图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但如下实施例以及附图仅是用以理解本发明，而不能限制本发明，本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

在本发明中所指出的氧化性气体是指具有氧化性的气体，在本发明中将这种氧化性气体限定为CO、Cl₂、O₂、N₂O和HCl气体的一种或者多种。

在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法，包括高温处理、氮化处理以及生长成核层步骤，本发明在高温处理步骤前、高温处理步骤中、氮化处理步骤中或者在生长成核层步骤中向反应室中加入氧化性气体，氧化性气体为CO、Cl₂、O₂、N₂O和HCl气体的一种或者多种。本发明的目的在于将氧化性气体通入到生长GaN基LED外延片的反应室中，这些氧化性气体中的氧化性原子，具有一定的氧化性，而且原子大小与N原子相差较小，在生长时可短暂的代替N原子，从而在此处附近细微的改变晶轴方向，改变了缓冲层GaN生长在各个方向上的生长速率，进而改变了成核层GaN生长在各个方向上的生长速率，再通过成核层影响非掺杂GaN层的GaN生长在各个方向上的生长速率，从而改变GaN的生长模式，填平衬底上的图型，减少衬底与外延层之间的应力、提高图型衬底的光取出效应，进而改善了外延片的整体晶格品质，提高外延片的亮度和抗静电能力，降低了漏电电流，延长了LED的寿命。

其中，如果氧化性气体在高温处理步骤前向反应室中加入氧化性气体，则氧化性气体通入的量占反应室总体积的10ppm-50000ppm，在此范围内，外延片的生长效果比较好，因为氧化性气体的通入量过多时对晶轴方向改变过大，可能会带来晶格缺陷；过少时对晶轴方向改变过小，将不能很好地将图形衬底填平，这样衬底与外延层之间的应力不能很好释放，晶体质量会受到一定的影响。因此，此氧化性气体的含量范围为保证晶体质量的一个较为优选的范围。更为优选地，反应室中氧化性气体的体积占所述反应室中总体积的10ppm-10000ppm。

另外，当氧化性气体在高温处理步骤中、在氮化处理步骤中或者在生长成核层步骤中通入到反应室时，氧化性气体可以5×10^-6-5×10^-1摩尔/分钟的速度通入到反应室中，将气体通入的速度优选地控制在5×10^-5-5×10^-2摩尔/分钟，控制在上述范围内时因为如果通入过快，可能对晶轴方向改变过大，将带来晶格缺陷；如果通入过慢，对晶轴方向改变过小，将不能很好的将图形衬底填平，这样衬底与外延层之间的应力不能很好释放，晶体质量会受到一定的影响。

优选地，氧化性气体可以与氮气混合的形式通入到反应室中，由上述氧化性气体的通入量和通入速度可知，因为氧化性气体的通入量和通入速度都比较小，如果单一地往反应室中单纯地通入氧化性气体，则不易操作，所以可以将氧化性气体与氮气混合在一起加入到反应室中，方便氧化性气体通入量的精确控制。优选地，混合气体中氧化性气体的体积百分比含量为0.1-99.9％，更为优选地，混合气体中氧化性气体的体积百分比含量为25-50％，其中，氧化性气体要保证在反应室的含量控制在上述合理范围之内。

本发明氧化性气体可以在高温处理步骤前添加至反应室中，也可以在高温处理步骤中、在氮化处理步骤中或者在生长成核层的过程中添加到反应室中，由于此氧化性气体能有效的影响成核层与uGaN层GaN生长过程中在各生长方向上的生长速率，而且，优选地可以通过控制此氧化性气体在反应室中的含量在一定范围，使得外延片在各生长方向上的生长速率正好能适应图型衬底的外延生长，将图型衬底的图型与其引起的不平整表面得以填平，减少由于图型衬底与GaN晶格不匹配引起的应力，应力的较少使得外延片上的极化电场减小，极化电场减小使得工作电压下降，有源区的电子、空穴的辐射复合增加，并且衬底图型完全被GaN填充提高了光的提取效应，这样改善了外延片的整体晶格品质，提高外延片的亮度和抗静电能力，降低了漏电电流、延长了LED的寿命。

以下结合实施例1-8与对比例来进行说明：

对比例：

1、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

2、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

3、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

4、生长uGaN层(如图1中103层)：将温度升高到1000℃，持续生长2微米的不掺杂uGaN层(如图1中103层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为4×10^-5摩尔/分钟，反应室压力为500毫巴；

5、生长掺杂nGaN层(如图1中104层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为4×10^-3摩尔/分钟，掺杂SiH₄流量从2×10^-7摩尔/分钟之间间进变化，反应室压力为200毫巴，nGaN层厚度为3微米；

6、生长n型AlGaN层(如图1中105层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，掺杂SiH₄流量1×10^-7摩尔/分钟，TMAl流量为1.5×10^-4摩尔/分钟，反应室压力为200毫巴，生长厚度为20纳米；

7、生长有源层(如图1中106、107层)：将温度降到800℃，切换N₂作为载气，N₂流量为50标准升/分钟，反应室压力变为400mbar，在nGaN层上生长10周期的阱层/垒层，条件如下：阱层生长，温度730℃，TMIn流量为8×10^-5摩尔/分钟，TEGa流量为2.2×10^-5摩尔/分钟，NH₃流量为30标准升/分钟，生长时间100秒，阱层生长厚度为15纳米；垒层生长，温度升高到800℃，生长垒层，TEGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，生长时间250秒，生长厚度为20纳米；

8、生长p型AlGaN层(如图1中108层)，温度升高到1000℃，切换H₂/N₂混合气作为载气，流量为50标准升/分钟，H₂流量∶N₂流量比为3，NH₃流量为40标准升/分钟，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，TMAl流量为6×10^-5摩尔/分钟，Cp2Mg流量为8×10^-7摩尔/分钟，反应室压力为300毫巴，生长厚度为50纳米；

9、生长pGaN层(如图1中109层)：温度降至950℃，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，Cp2Mg流量为4.5×10^-6摩尔/分钟，反应室压力为300毫巴，生长厚度为600纳米；

10、生长掺镁InGaN层(如图1中110层)，温度降到650℃，切换N₂作为载气，流量为65标准升/分钟，NH₃流量为40标准升/分钟，TEGa流量为1.5×10^-5摩尔/分钟，TMIn流量为2×10^-5-3×10^-5摩尔/分钟，Cp2Mg流量为1.8×10^-6-3.2×10^-6摩尔/分钟，反应室压力为300-500毫巴，生长厚度为5-10纳米；

11、活化，最后将温度降至700℃，N₂总流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴，活化时间20分钟。

该实施例采用MOCVD来生长高亮度GaN基LED外延片，采用高纯H₂或高纯N₂或高纯H₂和高纯N₂的混合气体作为载气，高纯NH₃作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)、三乙基镓作为镓(TEGa)源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，N型掺杂剂为200ppm的硅烷(SiH₄)，氧化性气体物质为200ppm的N₂混合气体，P型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)，衬底为图型衬底，反应压力在100mbar到800mbar之间。

实施例1：

1、向反应室内添加O₂，其含量为10ppm，其中O₂与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中O₂的含量为25％；

2、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

3、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

4、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

5、生长uGaN层(如图1中103层)：将温度升高到1000℃，持续生长2微米的不掺杂uGaN层(如图1中103层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为4×10^-5摩尔/分钟，反应室压力为500毫巴；

6、生长掺杂nGaN层(如图1中104层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为4×10^-3摩尔/分钟，掺杂SiH₄流量从2×10^-7摩尔/分钟之间间进变化，反应室压力为200毫巴，nGaN层厚度为3微米；

7、生长n型AlGaN层(如图1中105层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，掺杂SiH₄流量1×10^-7摩尔/分钟，TMAl流量为1.5×10^-4摩尔/分钟，反应室压力为200毫巴，生长厚度为20纳米；

8、生长有源层(如图1中106、107层)：将温度降到800℃，切换N₂作为载气，N₂流量为50标准升/分钟，反应室压力变为400mbar，在nGaN层上生长10周期的阱层/垒层，条件如下：阱层生长，温度730℃，TMIn流量为8×10^-5摩尔/分钟，TEGa流量为2.2×10^-5摩尔/分钟，NH₃流量为30标准升/分钟，生长时间100秒，阱层生长厚度为15纳米；垒层生长，温度升高到800℃，生长垒层，TEGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，生长时间250秒，生长厚度为20纳米；

9、生长p型AlGaN层(如图1中108层)，温度升高到1000℃，切换H₂/N₂混合气作为载气，流量为50标准升/分钟，H₂流量：N₂流量比为3，NH₃流量为40标准升/分钟，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，TMAl流量为6×10^-5摩尔/分钟，Cp2Mg流量为8×10^-7摩尔/分钟，反应室压力为300毫巴，生长厚度为50纳米；

10、生长pGaN层(如图1中109层)：温度降至950℃，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，Cp2Mg流量为4.5×10^-6摩尔/分钟，反应室压力为300毫巴，生长厚度为600纳米；

11、生长掺镁InGaN层(如图1中110层)，温度降到650℃，切换N₂作为载气，流量为65标准升/分钟，NH₃流量为40标准升/分钟，TEGa流量为1.5×10^-5摩尔/分钟，TMIn流量为2×10^-5-3×10^-5摩尔/分钟，Cp2Mg流量为1.8×10^-6-3.2×10^-6摩尔/分钟，反应室压力为300-500毫巴，生长厚度为5-10纳米；

12、活化，最后将温度降至700℃，N₂总流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴，活化时间20分钟。

实施例2：

1、向反应室内添加O₂和Cl₂，其含量为5000ppm，其中O₂和Cl₂与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中O₂和Cl₂的含量为40％；

2、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

3、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

4、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

剩余其他步骤和条件同实施例1。

实施例3：

1、向反应室内添加CO，其含量为10000ppm，其中CO与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中CO的含量为50％；

2、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

3、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

4、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

剩余其他步骤和条件同实施例1。

实施例4：

1、向反应室内添加CO和Cl₂，其含量为50000ppm，其中CO和Cl₂与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中CO和Cl₂的含量为30％；

2、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

3、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

4、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

剩余其他步骤和条件同实施例1。

实施例5：

1、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟，在此过程中向反应室里以5×10^-2摩尔/分钟的速度通入Cl₂，其中Cl₂与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中Cl₂的含量为95％；

2、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

3、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

4、生长uGaN层(如图1中103层)：将温度升高到1000℃，持续生长2微米的不掺杂uGaN层(如图1中103层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为4×10^-5摩尔/分钟，反应室压力为500毫巴；

5、生长掺杂nGaN层(如图1中104层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为4×10^-3摩尔/分钟，掺杂SiH₄流量从2×10^-7摩尔/分钟之间间进变化，反应室压力为200毫巴，nGaN层厚度为3微米；

6、生长n型AlGaN层(如图1中105层)，NH₃流量为25标准升/分钟，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，掺杂SiH₄流量1×10^-7摩尔/分钟，TMAl流量为1.5×10^-4摩尔/分钟，反应室压力为200毫巴，生长厚度为20纳米；

7、生长有源层(如图1中106、107层)：将温度降到800℃，切换N₂作为载气，N₂流量为50标准升/分钟，反应室压力变为400mbar，在nGaN层上生长10周期的阱层/垒层，条件如下：阱层生长，温度730℃，TMIn流量为8×10^-5摩尔/分钟，TEGa流量为2.2×10^-5摩尔/分钟，NH₃流量为30标准升/分钟，生长时间100秒，阱层生长厚度为15纳米；垒层生长，温度升高到800℃，生长垒层，TEGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，生长时间250秒，生长厚度为20纳米；

8、生长p型AlGaN层(如图1中108层)，温度升高到1000℃，切换H₂/N₂混合气作为载气，流量为50标准升/分钟，H₂流量∶N₂流量比为3，NH₃流量为40标准升/分钟，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，TMAl流量为6×10^-5摩尔/分钟，Cp2Mg流量为8×10^-7摩尔/分钟，反应室压力为300毫巴，生长厚度为50纳米；

9、生长pGaN层(如图1中109层)：温度降至950℃，TMGa流量为1×10^-4摩尔/分钟，Cp2Mg流量为4.5×10^-6摩尔/分钟，反应室压力为300毫巴，生长厚度为600纳米；

10、生长掺镁InGaN层(如图1中110层)，温度降到650℃，切换N₂作为载气，流量为65标准升/分钟，NH₃流量为40标准升/分钟，TEGa流量为1.5×10^-5摩尔/分钟，TMIn流量为2×10^-5-3×10^-5摩尔/分钟，Cp2Mg流量为1.8×10^-6-3.2×10^-6摩尔/分钟，反应室压力为300-500毫巴，生长厚度为5-10纳米；

11、活化，最后将温度降至700℃，N₂总流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴，活化时间20分钟。

实施例6：

1、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

2、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理，在此过程中向反应室里以2×10^-3摩尔/分钟的速度通入N₂O和HCl，其中N₂O和HCl与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中N₂O和HCl的含量为70％；

3、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

剩余其他步骤和条件同实施例5。

实施例7：

1、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

2、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理；

3、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴，在此过程中向反应室里以5×10^-5摩尔/分钟的速度通入HCl，其中HCl与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中HCl的含量为50％；

剩余其他步骤和条件同实施例5。

实施例8：

1、高温处理：在MOCVD反应室里，通入高纯H₂，将反应室压力降至150毫巴，把图型衬底加热到1100℃，高温处理15分钟；

2、氮化处理：降温至700℃，通入反应室NH₃流量为10标准升/分钟，时间100秒，对图型衬底做氮化处理，在此过程中向反应室里以1×10^-6摩尔/分钟的速度通入Cl₂，其中Cl₂与氮气以混合的形式添加到反应室中，混合气体中Cl₂的含量为5％；

3、生长成核层(如图1中102层)：将温度降至500℃，在H₂气氛下，在图型衬底上生长厚度为30纳米的低温缓冲层GaN(如图1中102层)，NH₃流量为10标准升/分钟，TMGa流量为3×10^-4摩尔/分钟，H₂流量为80标准升/分钟，反应室压力为600毫巴；

剩余其他步骤和条件同实施例5。

下面为具体实施例1-8与对比例的测试结果比较表：

从上面比较表可以看出，由于气态氧化物的引入，本发明得到的外延片102面更小，说明本发明的结晶质量更好，从而减少了晶格失配引起的晶格缺陷；本发明的外延片加工而成芯粒工作电压明显要低，从而可以减少了衬底与外延层之间的应力进而减小了整个外延层中的应力；本发明的外延片加工而成芯粒工作电压明显要低，从而减少了衬底与外延层之间的应力进而减小了整个外延层中的应力；本发明外延片加工而成芯粒抗静电能力明显要强，从而减少了衬底与外延层之间的应力，进而减小了整个外延层中的应力；本发明外延片加工而成芯粒电流漏电明显要小，并且提高了LED外延片的LOP值(恒定正向电流驱动下的亮度值)，改善了外延片的整体晶格品质，减少了晶格缺陷，延长了LED的寿命。

为了进一步详细说明本发明的实施例所带来的技术效果，下面提供了具体实施例1与对比例的效果数据对比图，如图2到图11所示，并且提供了GaN基LED外延生长结构示意图，如图1所示。

首先，图1示出了GaN基LED外延生长结构示意图，其中，各标号所代表的含义如下：

101：图型衬底；102：成核层；103：uGaN；

104：nGaN；105：nAlGaN；106：阱层QW；

107：垒层QB；108：AlGaN；109：pGaN；110：InGaN:Mg。

从此图中可以看出本发明的GaN基LED外延生长结构。

图2示出了根据对比例的未通入氧化性气体外延片的表面放射率(EPITT)曲线图；图3示出了根据本发明实施例1的通入氧化性气体外延片的EPITT曲线图。其中，在图2和图3中，1为低温缓冲层，2为uGaN，3为nGaN。从图2与图3比较可以看出外延片u、n的结晶方式不同，本发明改变了成核层GaN生长在各个方向上的生长速率，再通过成核层影响非掺杂GaN层的GaN生长在各个方向上的生长速率，从而改变GaN的生长模式，填平衬底上的图型。

图4示出了根据对比例的未通入氧化性气体外延片的X射线102面摇摆曲线图；图5示出了根据本发明实施例1的通入氧化性气体外延片的X射线衍射仪102面摇摆曲线图；从图4与图5比较可以看出，本发明的外延片102面更小，因此本发明的结晶质量更好，从而可以看出本发明所示方法减少了晶格失配引起的晶格缺陷。

图6示出了根据对比例的未通入气态氧化物外延片的芯粒工作电压图；图7示出了根据本发明实施例1的通入气态氧化物外延片的芯粒工作电压图。图中所测试的VF为在20mA下下的正向电压，从图6与图7比较看出，本发明的外延片加工而成芯粒工作电压明显要低，从而可以看出本发明减少了衬底与外延层之间的应力进而减小了整个外延层中的应力。

图8示出了根据对比例的未通入气态氧化物外延片的芯粒抗静电能力图；图9示出了根据本发明实施例的通入气态氧化物外延片的芯粒抗静电能力图。图中所测试ESD良率为在2000V人体模式下测试下不被击穿的比率，从图8与图9比较看出，本发明外延片加工而成芯粒抗静电能力明显要强，运用本发明提供的GaN基LED外延结构，使LED外延片ESD(静电释放)从14％提高到95％，从而减少了衬底与外延层之间的应力，进而减小了整个外延层中的应力。

图10示出了根据对比例的未通入气态氧化物外延片的芯粒电流漏电图；图11示出了根据本发明实施例1的通入气态氧化物外延片的芯粒电流漏电图。图中所测试数据为IR(漏电流)在-8V下测试的逆向电流值，从图10与图11比较看出，本发明外延片加工而成芯粒电流漏电明显要小，运用本发明提供的GaN基LED外延结构，可提高LED外延片LOP8-12％，改善了外延片的整体晶格品质，减少了晶格缺陷，延长了LED的寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种在图形衬底上生长GaN基LED外延片的方法，包括高温处理、氮化处理以及生长成核层步骤，其特征在于，在所述高温处理步骤前、所述高温处理步骤中、所述氮化处理步骤中或者在所述生长成核层步骤中向反应室中通入氧化性气体，所述氧化性气体为CO、Cl₂、O₂、N₂O和HCl气体的一种或者多种。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述高温处理步骤前向所述反应室通入所述氧化性气体时，所述氧化性气体通入的体积占所述反应室总体积的10ppm-10000ppm。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当在所述高温处理步骤中、所述氮化处理步骤中或者在所述生长成核层步骤中通入所述氧化性气体时，所述氧化性气体以5×10^-5-5×10^-2摩尔/分钟的速度通入到所述反应室中。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述氧化性气体与氮气以混合气体的形式通入到所述反应室中。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述混合气体中，所述氧化性气体的体积百分比含量为0.1-99.9％。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在所述混合气体中，所述氧化性气体的体积百分比含量为25-50％。

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