CN103021844B - 一种外延片退火方法 - Google Patents

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本发明提供一种外延片退火方法,包括步骤:S1、提供一个外延片,在外延片的p型氮化物表面布置至少一个导电球,所述导电球与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后将导电球与退火炉内的低压交流电电极连接;S2、在退火炉内通入N2和O2的混合气体,将退火炉内的温度升到800-1000℃的高温状态;S3、打开退火炉传送门,将放置有外延片的载物台快速推进退火炉内并关闭,让外延片在通有交流电的短时间高温状态下完成退火;S4、将退火炉的温度降到450-650℃的低温状态,提高O2在混合气体中所占的比例;S5、让外延片在通有交流电的低温状态下完成退火,然后将退火炉传送门打开,取出外延片。本发明能够使p层激活的程度大为提升,外延片的亮度和电学特性都得到改善。

Description

一种外延片退火方法
技术领域
本发明属于半导体领域,尤其涉及一种外延片退火方法。
背景技术
优良的p 型导电GaN 的获得到目前为止仍然是需要深入研究解决的难题,GaN 中的一些杂质和缺陷的行为都强烈影响其电学特性,空穴浓度是与Mg 的被激活量成正比,如何激活p层中Mg离子得到更多的空穴成为技术难点。由于在GaN 的生长过程中Mg 会与高温生长氛围下氨气分解产生的氢结合形成Mg-H络合物,使GaN 呈现高阻性,因此需将直接生长完成后的GaN 在高温下进行退火处理而使Mg 激活,从而获得较高的p 型电导。传统的退火方法,通常采用在某一适当温度下,通入N2,然后退火一段时间来激活Mg的方法。这种退火工艺,假如温度过高会破坏量子阱,温度过低又没办法激活Mg,而且退火时间也难以把握好,即便是调到了适当的温度和时间,激活效果也只是一般,因为不同的量子阱生长温度也会需要不同的退火温度,最终会导致整个外延片的电学特性不好而且亮度不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种外延片退火方法,实现了对p层激活程度的大幅提升,使整个外延片的电学特性和亮度得到较大改善。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
一种外延片退火方法,所述方法包括以下步骤:
S1、提供一个外延片,在外延片的p型氮化物表面布置至少一个导电球,所述导电球与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后将导电球与退火炉内的低压交流电电极连接;
S2、在退火炉内通入N2和O2的混合气体,将退火炉内的温度升到800-1000℃的高温状态;
S3、打开退火炉传送门,将放置有外延片的载物台快速推进退火炉内并关闭,让外延片在通有交流电的短时间高温状态下完成退火;
S4、将退火炉的温度降到450-650℃的低温状态,提高O2在混合气体中所占的比例;
S5、让外延片在通有交流电的低温状态下完成退火,然后将退火炉传送门打开,取出外延片。
本发明提供的外延片退火方法中,通过在外延片的表面布置至少一个导电球,使导电球与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后通过退火炉内的低压交流电电极与导电球连接给外延片通入低压交流电,以提供电子协助打破Mg-H络合物的化学键,使电子在高温状态下与H+结合形成H0,然后在外延片表面与 O2中的O原子结合跑掉,由于高温时间较短,不会破坏量子阱结构,而且高温有利于打断Mg-H键;然后在低温状态下进行第二步退火,进一步激化Mg,加大氧气流量让更多的H0与O2中的O原子结合带走H0。本发明提供的这种退火方法,不仅节约了退火的时间,还会使p层激活的程度大为提升,使外延片的亮度和电学特性都得到很好的改善。
附图说明
图1是本发明提供的外延片退火方法的流程示意图。
图2是本发明提供的外延片退火方法中导电球的一种布置结构示意图。
图3是图2中导电球布置的剖视结构示意图。
图4是本发明提供的外延片退火方法中导电球的另一种布置结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参考图1所示,一种外延片退火方法,所述方法包括以下步骤:
S1、提供一个外延片,在外延片的p型氮化物表面布置至少一个导电球,所述导电球与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后将导电球与退火炉内的低压交流电电极连接;
S2、在退火炉内通入N2和O2的混合气体,将退火炉内的温度升到800-1000℃的高温状态;
S3、打开退火炉传送门,将放置有外延片的载物台快速推进退火炉内并关闭,让外延片在通有交流电的短时间高温状态下完成退火;
S4、将退火炉的温度降到450-650℃的低温状态,提高O2在混合气体中所占的比例;
S5、让外延片在通有交流电的低温状态下完成退火,然后将退火炉传送门打开,取出外延片。
本发明提供的外延片退火方法中,通过在外延片的表面布置至少一个导电球,使导电球与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后通过退火炉内的低压交流电电极与导电球连接给外延片通入低压交流电,以提供电子协助打破Mg-H络合物的化学键,使电子在高温状态下与H+结合形成H0,然后在外延片表面与 O2中的O原子结合跑掉,由于高温时间较短,不会破坏量子阱结构,而且高温有利于打断Mg-H键;然后在低温状态下进行第二步退火,进一步激活Mg,加大氧气流量让更多的H0与O2中的O原子结合带走H0。本发明提供的这种退火方法,不仅节约了退火的时间,还会使p层激活的程度大为提升,使外延片的亮度和电学特性都得到很好的改善。
作为具体的实施方式,在步骤S1中,先提供一个外延片,在外延片的p型氮化物表面布置至少一个导电球,所述导电球的布置需要与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后将导电球与退火炉内的低压交流电电极连接即可实现导电。其中,所述导电球只要能够导电且容易与外延片紧密接触即可,具体地,所述导电球为铟球、金球和银球中的一种;优选地,所述导电球为铟球,具体可通过镊子将铟球压在p型氮化物表面,即可实现与外延片的良好接触。进一步,可以选取通过EL(Electroluminescence,电致发光器件)测试的铟球,因为通过EL测试的铟球硬度低,导电性能较好。
请参考图2所示,在步骤S1中,为了能够足量且均匀的提供电子,作为一种具体的实施方式,所述外延片的p型氮化物表面布置有四个导电球11,该四个导电球11分布于外延片半径的四个平分点上,由此在外延片上形成均匀分布的效果,其中,所述外延片包括衬底13和生长于衬底上的外延层14;所述四个导电球11分别通过与低压交流电电极12的连接,给予电极交流电流,即可实现提供电子给整个外延片。其中,所述低压交流电电极的电压大小没有特别的限制,只要能够提供电子即可;作为一种具体的实施例,所述低压交流电电极的电压为5-15伏,如果大于15伏,则有可能会击穿外延片;如果小于5伏,则可能无法提供足量的电子。
请参考图3及图4所示,在步骤S1中,进一步为了防止电子提供不够或者不均匀,即更好地为了能够足量且均匀的提供电子,作为另一种具体的实施方式,所述外延片的p型氮化物表面布置有八个导电球21,该八个导电球21分布于外延片半径的八个平分点上,由此在外延片上形成更加均匀的分布效果;所述八个导电球21分别通过与低压交流电电极22的连接,给予电极交流电流,即可实现提供电子给整个外延片。其中,所述低压交流电电极的电压大小与前述第一种实施方式类似。
作为具体的实施方式,在步骤S2中,在退火炉内通入N2和O2的混合气体,将退火炉内的温度升到800-1000℃的高温状态;其中,所述O2在混合气体中所占的体积比为2-5%,由此可以更好地避免O2过多发生氧化反应。
作为具体的实施方式,在步骤S3中,打开退火炉传送门,将放置有外延片的载物台快速推进退火炉内并关闭,让外延片在通有交流电的短时间高温状态下完成退火。其中,所述高温状态下的退火时间较短,如果时间过长有可能会破坏处延片中的量子阱结构层;作为另一种具体的实施方式,所述外延片在高温状态下退火的时间为30-60秒,由此可以更好地保护量子阱不被破坏,同时能很好地激活Mg+,时间过长会破坏量子阱,使里边铟扩散,会改变量子阱的厚度和结构等,使外延片亮度变低和波长改变。
作为具体的实施方式,在步骤S4中,将退火炉的温度降到450-650℃的低温状态,提高O2在混合气体中所占的比例,以进一步让更多的H0与O2中的O原子结合而被带走。作为一种具体的实施方式,所述O2在混合气体中所占的体积比为35-50%,由此可以更好地使H+脱离外延片与O2结合,避免H+在降温的过程中重新与Mg+结合,重新生成Mg-H络合物,如果O2过多也可能氧化表面。
作为具体的实施方式,在步骤S5中,让外延片在通有交流电的低温状态下完成退火,然后将退火炉传送门打开,取出外延片;其中,低温状态下的退火,是为了进一步激活Mg,从而使p层的激活大为提升。作为一种具体的实施方式,所述外延片在低温状态下退火的时间为3-6分钟,由此可以更好地使H+脱离外延片与O2结合,避免H+在降温的过程中重新与Mg+结合,重新生成Mg-H络合物。
本发明提供的外延片退火方法中,高温状态和低温状态下的两次退火是分解Mg-H络合物从而激活Mg 的过程,在第一步高温退火时,Mg被有效激活,H+会和电子结合形成H0,但并未离开外延片,冷却后有可能会与Mg重新结合,故需要第二步退火带走H0,退火温度增加,时间增长,Mg 获得的能量随之增大,被激活的数量逐渐增多,此后被激活的Mg原子替位取代Ga原子而成为受主中心MgGa。具体地,Ga为+3价,Mg为+2价,当Mg取代Ga的位置后,还需要多一个电子和N形成共价键,所以晶体中存在由于失去一个电子而形成带正电的空穴,由此形成大量空穴。Mg 在这一被激活-替位成为受主的过程中的热运动和热扩散使p 型GaN 在二维水平面内产生张应变,由于GaN晶格比InGaN晶格小,GaN产生张应变后会使两种晶体晶格失配减小,而退火前p型GaN在水平方向处于压应变状态,这主要是由蓝宝石衬底与外延层GaN之间的晶格失配及热失配引起的,因而一定程度上减小由于晶格失配引起的位错和缺陷,会使量子阱和p-GaN的晶体质量变好,减少位错和缺陷,从而减少电子和空穴进入缺陷和位错里边进行发热的复合,使更多的电子和空穴在InGaN/GaN量子阱区进行发光的复合,所以会提升电子和空穴在量子阱里面复合的几率,由此使得整个外延片的电学特性和亮度得到较大改善。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1. 一种外延片退火方法,其特征在于,所述方法包括以下步骤:
S1、提供一个外延片,在外延片的p型氮化物表面布置至少一个导电球,所述导电球与外延片的p型氮化物表面紧密接触,然后将导电球与退火炉内的低压交流电电极连接;
S2、在退火炉内通入N2和O2的混合气体,将退火炉内的温度升到800-1000℃的高温状态;
S3、打开退火炉传送门,将放置有外延片的载物台快速推进退火炉内并关闭,让外延片在通有交流电的高温状态下完成退火,所述外延片在高温状态下退火的时间为30-60秒;
S4、将退火炉的温度降到450-650℃的低温状态,提高O2在混合气体中所占的比例;
S5、让外延片在通有交流电的低温状态下完成退火,然后将退火炉传送门打开,取出外延片。
2.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S1中,所述导电球为铟球、金球和银球中的一种。
3.根据权利要求2所述的外延片退火方法,其特征在于,所述导电球为铟球,通过按压将铟球布置在外延片的p型氮化物表面。
4.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S1中,所述外延片的p型氮化物表面布置有四个导电球,该四个导电球分布于外延片半径的四个平分点上。
5.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S1中,所述外延片的p型氮化物表面布置有八个导电球,该八个导电球分布于外延片半径的八个平分点上。
6.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S1中,所述低压交流电电极的电压为5-15伏。
7.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S2中,所述O2在混合气体中所占的体积比为2-5%。
8.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S4中,所述O2在混合气体中所占的体积比为35-50%。
9.根据权利要求1所述的外延片退火方法,其特征在于,在步骤S5中,所述外延片在低温状态下退火的时间为3-6分钟。
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