CN105977352B - 一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，包括以下步骤：在衬底上表面生长缓冲层；在缓冲层上生长非故意掺杂层；非故意掺杂层上生长复合调节层的各层结构；在复合调节层上生长第一型导电层；在第一型导电层上生长有源层；有源层上依次生长电子阻挡层、第二型导电层和欧姆接触层。本发明解决衬底在外延生长过程由于生长不同功能的外延层时温度变化及内应力问题导致的外延片弯曲，以及由于外延片弯曲变大而引起的外延表面异常及电性能异常问题。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法。
背景技术
如图1所示，现有技术揭示的传统发光二极管外延结构，在衬底10上采用PVD蒸镀一层缓冲层20，缓冲层20为AlN缓冲层，或者为GaN缓冲层，或者为AlGaN缓冲层；在缓冲层20上生长非故意掺杂层（uGaN）30；在非故意掺杂层30上生长第一型导电层（nGaN）40；在第一型导电层（nGaN）40上生长有源层（MQW）50；在有源层（MQW）50上生长第二型导电层（pGaN）60；在第二型导电层（pGaN）60生长欧姆接触层（ITO）70。
如图2a所示，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时，如果翘曲太大，会导致生长有源层（MQW）时的衬底还处于凹曲状态；如图2b所示，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时，如果翘曲适中，生长有源层（MQW）时的衬底可以处于平整状态；如图2c所示，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时，如果翘曲偏小，会导致生长有源层（MQW）时的衬底还处于凸曲状态。
所述传统外延结构及生长工艺通过在非故意掺杂层（uGaN）或第一型导电层（nGaN）插入一层AlGaN来调节外延片的翘曲及起到过滤位错、电流阻挡的作用。但如果外延片生长非故意掺杂层uGaN过程凹得偏小，那么这层AlGaN会导致生长MQW时偏凸，引起整个外延片的MQW生长均匀性变差，晶体质量下降，从而引起波长的均匀性变差，发光效率下降。最终导致发光二极管的产品良率差。
由于缓冲层通常设置为一层，因此，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时难以翘曲适中，无法进行翘曲调整，进而使得外延生长过程中外延片的翘曲变化不稳定，导致的工艺窗口变窄；从而降低LED芯片亮度和增加制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，以解决衬底在外延生长过程由于生长不同功能的外延层时温度变化及内应力问题导致的外延片弯曲，以及由于外延片弯曲变大而引起的外延表面异常及电性能异常问题。
为达成上述目的，本发明的解决方案为：
一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，包括以下步骤：
一，采用MOCVD在530-570℃，500-600托，生长速率低于2µm/h，转速低于500r/h的外延条件下在衬底上表面生长缓冲层；
二，外延生长温度至升高至1000℃以上，100-500托，生长速率高于3 µm/h，转速高于700r/h的条件在缓冲层上生长非故意掺杂层；
三，非故意掺杂层上生长复合调节层的各层结构，复合调节层为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种，在外延片生长过程中，根据非故意掺杂层的翘曲值，调整GaInN层中In组分、厚度，以及调整AlGaN层中Al组分、厚度，使生长MQW时趋于平坦；
四，在复合调节层上生长第一型导电层；
五，外延生长温度降低至800℃以下，压强低于300托，转速高于800r/h的条件在第一型导电层上生长有源层；
六，外延生长温度升至高于900℃在有源层上依次生长电子阻挡层、第二型导电层和欧姆接触层。
进一步，步骤三中，在外延片生长过程中，一、非故意掺杂层（uGaN）的翘曲值高于-60µm为生长MQW时偏凸，通过GaInN层中In组分提高或者厚度增加，且降低AlGaN层的Al组分及其减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凹状翘曲，生长MQW时趋于平坦；二、非故意掺杂层（uGaN）的翘曲值低于-110µm为生长MQW时偏凹状，通过AlGaN层中Al组分提高或者厚度增加，且降低GaInN层中In组分提高及减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凸状翘曲，生长MQW时趋于平坦；三、非故意掺杂层（uGaN）的翘曲值居于-110µm至-60µm时为生长MQW时趋于平坦，GaInN、AlGaN层中In、Al组分降低且减薄厚度。
进一步，复合调节层外延生长温度的变化趋势：生长AlGaN材料温度低于1000℃；生长GaN材料温度高于1000℃；生长GaInN材料温度低于1000℃。
进一步，复合调节层外延生长压强的变化趋势：生长AlGaN材料压强低于150托；生长GaN材料压强范围150-300托；生长GaInN材料压强低于150托。
进一步，复合调节层外延生长大盘转速的变化趋势：生长AlGaN材料转速低于800r/h；生长GaN材料转速高于800r/h；生长GaInN材料转速低于800r/h。
进一步，复合调节层外延生长速率的变化趋势：生长AlGaN材料生长速率低于2µm/h；生长GaN材料生长速率高于4µm/h；生长GaInN材料生长速率低于1µm/h。
一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延结构，衬底上生长缓冲层，缓冲层上生长非故意掺杂层，非故意掺杂层上生长复合调节层，复合调节层上生长第一型导电层，第一型导电层上生长有源层，有源层上生长电子阻挡层，电子阻挡层上生长第二型导电层，第二型导电层上生长欧姆接触层；复合调节层为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种。
进一步，衬底为大尺寸蓝宝石衬底。
进一步，复合调节层的厚度≦200nm。
进一步，复合调节层构成为GaInN/GaN/AlGaN外延结构时，GaInN的厚度0<d1<150nm，GaN的厚度0<d2<30nm，AlGaN的厚度0<d3<150nm。
采用上述方案后，本发明复合调节层为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种。因此，复合调节层可在外延生长过程通过更改复合调节层的组分及厚度，调节外延片的翘曲情况，达到在有源区生长时外延片是趋于平坦的目的，有效提高外延片的光电性能及产品良率。而且可以实现在外延层生长过程在线更改翘曲情况：通过MOCVD监控生长状况的翘曲曲线判断外延片的翘曲情况。1、在外延片生长过程偏凸的情况，可以在线通过调整其中GaInN层的In组分或者厚度，使得外延片的应力变化为翘曲更倾向于凹状。改善了外延片生长偏凸的状态。2、在外延片生长偏凹状的情况，可以通过在线调整其中AlGaN层的Al组分或者厚度，使得外延片的应力变化为翘曲更倾向于凸状。改善外延片生长偏凹的状态。设置GaN层夹于GaInN和AlGaN中间起到渐进缓冲、调节应力的作用。通过GaN层的厚度调整也可适当调节外延片翘曲状态。
附图说明
图1是现有技术的结构示意图；
图2a是现有技术生长非故意掺杂层与有源层时翘曲示意图一；
图2b是现有技术生长非故意掺杂层与有源层时翘曲示意图二；
图2c是现有技术生长非故意掺杂层与有源层时翘曲示意图三；
图3是本发明的结构示意图。
标号说明
衬底10 缓冲层20
非故意掺杂层30 第一型导电层40
有源层 50 第二型导电层 60
欧姆接触层70
衬底1 缓冲层2
非故意掺杂层3 复合调节层4
GaInN层41 GaN层42
AlGaN层43 第一型导电层5
有源层6 电子阻挡层7
第二型导电层8 欧姆接触层9。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明做详细描述。
参阅图3所示，本发明揭示的一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延结构，衬底1上生长缓冲层2，缓冲层2上生长非故意掺杂层3，非故意掺杂层3上生长复合调节层4，复合调节层4上生长第一型导电层5，第一型导电层5上生长有源层6，有源层6上生长电子阻挡层7，电子阻挡层7上生长第二型导电层8，第二型导电层8上生长欧姆接触层9。衬底1优选为大尺寸蓝宝石衬底。
复合调节层4为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种。本实施例中，复合调节层4采用依次生长的GaInN层41，GaN层42和AlGaN层43，其中GaInN层41生长在非故意掺杂层3上，GaN层42生长在GaInN层41和AlGaN层43之间，第一型导电层5生长在AlGaN层43上。
复合调节层4的厚度≦200nm。复合调节层4的厚度偏厚会引起后续生长第一型导电层5（nGaN）的应力过大，导致晶体质量变差，位错密度反而增大。
复合调节层4构成为GaInN/GaN/AlGaN外延结构时，GaInN的厚度0<d1<150nm，GaN的厚度0<d2<30nm，AlGaN的厚度0<d3<150nm。
本发明还揭示一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，包括以下步骤：
一，采用MOCVD在530-570℃，500-600托，生长速率低于2µm/h，转速低于500r/h的外延条件下在衬底1上表面生长缓冲层2。
二，外延生长温度至升高至1000℃以上，100-500托，生长速率高于3 µm/h，转速高于700r/h的条件在缓冲层2上生长非故意掺杂层3。
三，非故意掺杂层3上生长复合调节层4的各层结构，复合调节层4为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种：1、在外延片生长过程中，非故意掺杂层3（uGaN）的翘曲值高于-60µm为生长MQW时偏凸，通过GaInN层中In组分提高或者厚度增加，且降低AlGaN层的Al组分及其减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凹状翘曲，生长MQW时趋于平坦；2、在外延片生长过程中，非故意掺杂层3（uGaN）的翘曲值低于-110µm为生长MQW时偏凹状，通过AlGaN层中Al组分提高或者厚度增加，且降低GaInN层中In组分提高及减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凸状翘曲，生长MQW时趋于平坦；3、在外延片生长过程中，非故意掺杂层3（uGaN）的翘曲值居于-110µm至-60µm时为生长MQW时趋于平坦，GaInN、AlGaN层中In、Al组分降低且减薄厚度。
四，在复合调节层4上生长第一型导电层5。
五，外延生长温度降低至800℃以下，压强低于300托，转速高于800r/h的条件在第一型导电层5上生长有源层6。
六，外延生长温度升至高于900℃在有源层6上生长电子阻挡层7、在电子阻挡层7上生长第二型导电层8，在第二型导电层8上生长欧姆接触层9。
其中，复合调节层4外延生长温度的变化趋势：生长AlGaN材料温度低于1000℃；生长GaN材料温度高于1000℃；生长GaInN材料温度低于1000℃。复合调节层4外延生长压强的变化趋势：生长AlGaN材料压强低于150托；生长GaN材料压强范围150-300托；生长GaInN材料压强低于150托。复合调节层4外延生长大盘转速的变化趋势：生长AlGaN材料转速低于800r/h；生长GaN材料转速高于800r/h；生长GaInN材料转速低于800r/h。复合调节层4外延生长速率的变化趋势：生长AlGaN材料生长速率低于2µm/h；生长GaN材料生长速率高于4µm/h；生长GaInN材料生长速率低于1µm/h。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并非对本案设计的限制，凡依本案的设计关键所做的等同变化，均落入本案的保护范围。
Claims (5)
1.一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，其特征在于：包括以下步骤：
一，采用MOCVD在530-570℃，500-600托，生长速率低于2µm/h，转速低于500r/h的外延条件下在衬底上表面生长缓冲层；
二，外延生长温度至升高至1000℃以上，100-500托，生长速率高于3 µm/h，转速高于700r/h的条件在缓冲层上生长非故意掺杂层；
三，非故意掺杂层上生长复合调节层的各层结构，复合调节层为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种，在外延片生长过程中，根据非故意掺杂层的翘曲值，调整GaInN层中In组分、厚度，以及调整AlGaN层中Al组分、厚度，使生长MQW时趋于平坦；
（1）非故意掺杂层的翘曲值高于-60µm为生长MQW时偏凸，通过GaInN层中In组分提高或者厚度增加，且降低AlGaN层的Al组分及其减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凹状翘曲，生长MQW时趋于平坦；（2）非故意掺杂层的翘曲值低于-110µm为生长MQW时偏凹状，通过AlGaN层中Al组分提高或者厚度增加，且降低GaInN层中In组分提高及减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凸状翘曲，生长MQW时趋于平坦；（3）非故意掺杂层的翘曲值居于-110µm至-60µm时为生长MQW时趋于平坦，GaInN、AlGaN层中In、Al组分降低且减薄厚度；
四，在复合调节层上生长第一型导电层；
五，外延生长温度降低至800℃以下，压强低于300托，转速高于800r/h的条件在第一型导电层上生长有源层；
六，外延生长温度升至高于900℃在有源层上依次生长电子阻挡层、第二型导电层和欧姆接触层。
2.如权利要求1所述的一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，其特征在于：复合调节层外延生长温度的变化趋势：生长AlGaN材料温度低于1000℃；生长GaN材料温度高于1000℃；生长GaInN材料温度低于1000℃。
3.如权利要求1所述的一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，其特征在于：复合调节层外延生长压强的变化趋势：生长AlGaN材料压强低于150托；生长GaN材料压强范围150-300托；生长GaInN材料压强低于150托。
4.如权利要求1所述的一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，其特征在于：复合调节层外延生长大盘转速的变化趋势：生长AlGaN材料转速低于800r/h；生长GaN材料转速高于800r/h；生长GaInN材料转速低于800r/h。
5.如权利要求1所述的一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，其特征在于：复合调节层外延生长速率的变化趋势：生长AlGaN材料生长速率低于2µm/h；生长GaN材料生长速率高于4µm/h；生长GaInN材料生长速率低于1µm/h。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |