CN107887301A - 一种发光二极管外延片的制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片的制造方法，属于半导体技术领域。包括：对石墨盘进行烘烤，清洁石墨盘的表面；在将石墨盘放置在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应腔内之后，轮流将多个衬底放置在石墨盘上，并分别在各个衬底放置在石墨盘上时，向MOCVD反应腔内通入MO源，在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，量子阱层的材料为铟镓氮。本发明通过在清洁一次石墨盘的表面之后，轮流将多个衬底上形成外延片，大大减少了清洁石墨盘表面的次数，极大地提高了外延片的产能。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的制造方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。LED按照发出光线的波长，可以分为蓝绿光LED、紫外光LED等。芯片是LED最重要的组成部分，具有高热导率、耐高温、耐腐蚀和高硬度的优良特性。
外延片是芯片制备的原材料。制造外延片时，需要先将石墨盘放置在金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)反应腔内，再将衬底放置在石墨盘中间的凹槽内，然后向MOVCD腔内通入MO源，MO源包括含氮元素的气体(如氨气)、含镓元素的气体(如三甲基镓或三乙基镓)等，MO源中的气体相互发生化学反应，生成的反应物沉积在衬底上，依次形成缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，完成外延片的制造。
由于衬底没有完全遮挡石墨盘的整个表面，因此反应物沉积在衬底上的同时，也会沉积在石墨盘没有衬底遮挡的区域上，形成覆盖物(英文：coating)。而石墨盘上已形成的coating越多，则再次制造外延片时coating沉积的越少。如果每次制造外延片时的反应条件(包括MO源通入的流量、生长温度、生长压力等)都是一样的，那么生成的反应物的总量是不变的，随着石墨盘上沉积的反应物的减少，衬底上沉积的反应物会相应增多，导致每次制造的外延片不一样。为了保持制造的外延片的一致性，目前在每次制造外延片之前，都会先对石墨盘进行烘烤(英文：run bake)，将石墨盘上的coating去除干净，再进行反应物的沉积。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
run bake的时间很长(约为1h～2h)，极大地降低了外延片的产能。
发明内容
为了解决现有技术外延片产能低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述方法包括：
对石墨盘进行烘烤，清洁所述石墨盘的表面；
在将所述石墨盘放置在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应腔内之后，轮流将多个衬底放置在所述石墨盘上，并分别在各个所述衬底放置在所述石墨盘上时，向所述MOCVD反应腔内通入MO源，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，所述多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层的材料为铟镓氮。
在本发明一种可能的实现方式中，所述分别在各个所述衬底放置在所述石墨盘上时，向所述MOCVD反应腔内通入MO源，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，所述多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层的材料为铟镓氮，包括：
在各个所述衬底上生长多量子阱层中的量子阱层时，同一个所述衬底上生长的多量子阱层中各个量子阱层的生长条件相同，不同所述衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件不同，所述生长条件包括生长温度和所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量。
可选地，所述不同所述衬底上生长的多个量子阱中的量子阱层的生长条件不同，包括：
各个所述衬底上生长的多量子阱层中的量子阱层生长时，所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量相同，生长温度按照各个所述衬底放置在所述石墨盘上的先后顺序逐渐升高。
可选地，所述不同所述衬底上生长的多个量子阱中的量子阱层的生长条件不同，包括：
各个所述衬底上生长的多量子阱层中的量子阱层生长时，生长温度相同，所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量按照各个所述衬底放置在所述石墨盘上的先后顺序逐渐减少。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述分别在各个所述衬底放置在所述石墨盘上时，向所述MOCVD反应腔内通入MO源，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，所述多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层的材料为铟镓氮，包括：
在各个所述衬底上生长多量子阱层中的量子阱层时，同一个所述衬底上生长的多量子阱层中各个量子阱层的生长条件相同，不同所述衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件相同，所述生长条件包括生长温度和所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述对石墨盘进行烘烤，清洁所述石墨盘的表面，包括：
在设定的气氛下，保持生长压力为50torr～300torr，将生长温度逐渐升高至设定的温度，对所述石墨盘进行烘烤；
将生长温度降低至150℃；
利用刷子去除所述石墨盘表面的覆盖物；
其中，所述设定的气氛由纯氢气或者氢气和氮气的混合气体形成，所述设定的温度为1350℃～1450℃。
可选地，所述将生长温度逐渐升高至设定的温度，对所述石墨盘进行烘烤，包括：
将生长温度逐渐升高至设定的温度；
在所述生长温度逐渐升高至设定的温度之后，对所述石墨盘进行烘烤；
或者，所述将生长温度逐渐升高至设定的温度，对所述石墨盘进行烘烤，包括：
将生长温度进行梯度升温，所述梯度升温包括交替出现的多个温度提升阶段和多个温度恒定阶段，各个所述温度提升阶段的结束温度等于在所述温度提升阶段结束之后出现的第一个所述温度恒定阶段的温度；
在每个所述温度恒定阶段，对所述石墨盘进行烘烤。
优选地，生长温度升高和恒定的总时长为1h～2h，其中生长温度恒定的时长为5～30min。
更优选地，所述多个衬底的数量为4个～30个。
可选地，对所述石墨盘进行烘烤的设备为烘烤炉或者所述MOCVD设备。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在清洁一次石墨盘的表面之后，轮流将多个衬底放置在石墨盘上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，与每次在衬底上形成外延片之前都清洁一次石墨盘的表面相比，大大减少了清洁石墨盘表面的次数，进而节省了大量由于清洁石墨盘表面而花费的时间(清洁一次石墨盘的表面需要花费1h～2h)，极大地提高了外延片的产能。实验证明，外延片的产能提高了至少20％。另外，沉积有反应物的石墨盘上与没有沉积反应物的石墨盘相比，石墨盘上沉积的反应物会减少，因此在将一个衬底放置在石墨盘上进行生长形成外延片之后，石墨盘上沉积有反应物，此时换成另一个衬底放置石墨盘上进行生长形成外延片，与去除石墨盘上的反应物，再换成另一个衬底放置在石墨盘上进行生长形成外延片相比，反应物中沉积在石墨盘上的比例会减少，相应反应物沉积在衬底上的比例会增多，提高了生成反应物的MO源的使用效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的制造方法的流程图；
图2a是本发明实施例一提供的一种实现方式中生长温度随时间变化的示意图；
图2b是本发明实施例一提供的另一种实现方式中生长温度随时间变化的示意图；
图3是本发明实施例一提供的外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，参见图1，该制造方法包括：
步骤101：对石墨盘进行烘烤，清洁石墨盘的表面。
如前所述，在衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层时，衬底和用于放置衬底的石墨盘上没有衬底遮挡的区域上都会沉积生长过程中生成的反应物，石墨盘上沉积的反应物称为coating。随着生长的进行，石墨盘上的coating越来越多，当石墨盘上的coating多到一定程度，就会阻碍衬底上反应物的沉积，本实施例通过对石墨盘进行烘烤，去除石墨盘上的coating，避免石墨盘上的coating影响外延片的生长，如占用外延片的生长空间。
具体地，该步骤101可以包括：
在设定的气氛下，保持生长压力为50torr～300torr，将生长温度逐渐升高至设定的温度，对石墨盘进行烘烤；
将生长温度降低至150℃；
利用刷子去除石墨盘表面的覆盖物；
其中，设定的气氛由纯氢气或者氢气和氮气的混合气体形成，设定的温度为1350℃～1450℃。
需要说明的是，本实施例利用高温烘烤改变石墨盘上coating的性质，降温之后即可采用刷子去除石墨盘上的coating。同时高温烘烤的过程中，采用纯氢气或者氢气和氮气的混合气体形成的气氛，可以避免石墨盘上的coating与气体发生反应，生成不易去除的反应物。
在本实施例的一种实现方式中，将生长温度逐渐升高至设定的温度，对石墨盘进行烘烤，可以包括：
将生长温度逐渐升高至设定的温度；
在生长温度逐渐升高至设定的温度之后，对石墨盘进行烘烤。
图2a为上述实现方式中生长温度随时间变化的示意图。如图2a所示，生长温度随着时间的流逝线性升高。
在本实施例的另一种实现方式中，将生长温度逐渐升高至设定的温度，对石墨盘进行烘烤，可以包括：
将生长温度进行梯度升温，梯度升温包括交替出现的多个温度提升阶段和多个温度恒定阶段，各个温度提升阶段的结束温度等于在温度提升阶段结束之后出现的第一个温度恒定阶段的温度；
在每个温度恒定阶段，对石墨盘进行烘烤。
图2b为上述实现中生长温度随时间变化的示意图。如图2b所示，生长温度随着时间的流逝分阶段升高。
例如，先将生长温度从室温逐渐升高至T1，在时长为T1’的时间段内保持生长温度为T1不变；然后将生长温度从T1逐渐升高至T2，在时长为T2’的时间段内保持生长温度为T2不变；再将生长温度从T2逐渐升高至T3，在时长为T3’的时间段内保持生长温度为T3不变；……直到将生长温度从Tn-1升高至Tn，在时长为Tn的时间段内保持生长温度为Tn不变。其中，n≥2且n为整数，Tn为1350℃～1450℃的设定的温度。
需要说明的是，本实施例通过逐渐升温或梯度升温的方式，可以避免温度急速变化所带来的意外情况的发生。另外，实验发现，与逐渐升温至设定的温度再对石墨盘进行烘烤相比，在梯度升温的过程中对石墨盘进行烘烤可以达到更佳地烘烤效果。
可选地，在上述两种实现方式中，对石墨盘进行烘烤的设备可以为烘烤炉，也可以MOCVD设备。
在本实施例中，如果采用MOCVD设备对石墨盘进行烘烤，则外延片制造所需的设备较少，实现成本较低，也不需要转移石墨盘，操作上更简单。如果采用烘烤炉对石墨盘进行烘烤，由于烘烤炉和MOCVD设备的烘烤效果是一样的，MOCVD设备一次只能对一个石墨盘进行烘烤，而烘烤炉可以同时对多个石墨盘(一般3个以上石墨盘)进行烘烤，因此采用烘烤炉对石墨盘进行烘烤可以减少烘烤石墨盘所需的时间，大大提高生产效率；而且采用烘烤炉对石墨盘进行烘烤可以避免由于占用MOCVD设备对石墨盘进行烘烤而无法进行外延片的生长，同时也提高了外延片生长的效率，从而进一步提高了生产效率。
可选地，上述两种实现方式中，生长温度升高和恒定的总时长可以为1h～2h，其中生长温度恒定的时长可以为5～30min，以保持与现有每次外延片生长前对石墨盘进行烘烤的时间一样，实现更为简单方便。
步骤102：在将石墨盘放置在MOCVD反应腔内之后，轮流将多个衬底放置在石墨盘上，并分别在各个衬底放置在石墨盘上时，向MOCVD反应腔内通入MO源，在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，量子阱层的材料为铟镓氮。
图3为步骤102中在一个衬底上形成的外延片的结构示意图。其中，10为衬底，20为缓冲层，30为N型半导体层，40为多量子阱层，50为电子阻挡层，60为P型半导体层。如图3所示，缓冲层20、N型半导体层30、多量子阱层40、电子阻挡层50和P型半导体层60依次层叠在衬底10上。
需要说明的是，外延片还可以根据实际需要包括其它层，如在缓冲层和N型半导体层之间生长未掺杂氮化镓层，本实施例中外延片的各层只是外延片的基本组成，本发明并不限制于此。
在本实施例中，在将石墨盘放置在MOCVD反应腔内之后，以4个衬底为例，先将第1个衬底放置在石墨盘上，向MOCVD反应腔内通入MO源，在第1个衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成第1个外延片；然后将第1个衬底取出MOCVD反应腔，将第2个衬底放置在石墨盘上，向MOCVD反应腔内通入MO源，在第2个衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成第2个外延片；再将第2个衬底取出MOCVD反应腔，将第3个衬底放置在石墨盘上，向MOCVD反应腔内通入MO源，在第3个衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成第3个外延片；最后将第3个衬底取出MOCVD反应腔，将第4个衬底放置在石墨盘上，向MOCVD反应腔内通入MO源，在第4个衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成第4个外延片，并将第4个衬底取出MOCVD反应腔。
优选地，在保持对石墨盘进行烘烤的时间不变(1h～2h)的情况下，多个衬底的数量可以为4个～30个，以在保证石墨盘烘烤干净的情况下，尽可能多地增加生长的外延片的数量，提高生产效率。
需要说明的是，多个衬底的数量还可以增加，如100个～300个，但是此时石墨盘比较脏，对石墨盘进行烘烤的时间也需要相应延长，如3h～8h，以确保石墨盘能够烘烤干净，这样总体耗费的时间会增多，因此本发明中衬底的数量不限于4个～30个，但是4个～30个为优选。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤102可以包括：
在各个衬底上生长多量子阱层中的量子阱层时，同一个衬底上生长的多量子阱层中各个量子阱层的生长条件相同，不同衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件相同，生长条件包括生长温度和MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量。
如前所述，在石墨盘上的coating没有影响外延片形成的前提下，石墨盘上的coating越多，外延片形成时沉积的coating越少。实验发现，如果保持生长条件不变，虽然会造成形成的外延片不一样，但是形成的外延片中包括量子阱层在内的各层的厚度都会变厚，量子阱层中包括铟在内的各组分的质量越多。由于量子阱层中铟组分的质量越多，外延片的发光效率越好，因此在石墨盘进行一次清洁之后，依次在多个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，各个外延片的发光效率按照生长的先后顺序逐渐升高。而在石墨盘进行一次清洁之后，只在一个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，这个外延片的发光效率是上述在多个衬底上形成的外延片中最低的，因此在石墨盘进行一次清洁之后，依次在多个衬底上形成外延片，并且保持生长条件相同，可以提高外延片的发光效率。
具体地，多个衬底形成的外延片中厚度最大的量子阱层和厚度最小的量子阱层之差可以为0.2nm～0.5nm。
在本实施例的另一种实现方式中，该步骤102可以包括：
在各个衬底上生长多量子阱层中的量子阱层时，同一个衬底上生长的多量子阱层中各个量子阱层的生长条件相同，不同衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件不同，生长条件包括生长温度和MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量。
需要说明的是，虽然在生长条件不变的情况下，外延片中各层的厚度都会变厚，但是由于电子和空穴是在量子阱层中进行复合发光，外延片的光电性能是否稳定主要由量子阱层，特别是量子阱层中的铟组分的质量是否相同决定，因此本实施例只对量子阱层的生长条件进行了限定(量子阱层的生长条件相同或不同)，忽略除外延片中除量子阱层之外的各层的厚度变厚所造成的影响。
在本实施例中，不同衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件不同可以有以下两种实现方式：
在第一种实现方式中，不同衬底上生长的多个量子阱中的量子阱层的生长条件不同，可以包括：
各个衬底上生长的多量子阱层中的量子阱层生长时，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量相同，生长温度按照各个衬底放置在石墨盘上的先后顺序逐渐升高。
由于生长温度越高，铟镓氮层中铟的析出越严重，因此生长温度升高会中造成量子阱层中铟组分的含量减少，而与此同时量子阱层的厚度会由于石墨盘上的coating沉积减少而变厚，两者综合可以实现量子阱层中铟组分的质量保持不变。
在第二种实现方式中，不同衬底上生长的多个量子阱中的量子阱层的生长条件不同，可以包括：
各个衬底上生长的多量子阱层中的量子阱层生长时，生长温度相同，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量按照各个衬底放置在石墨盘上的先后顺序逐渐减少。
由于MO源中含铟元素的气体随着反应物的生成沉积在衬底或者石墨盘上，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量减少，同时石墨盘上沉积的含铟元素的coating也会相应减少，剩下沉积在衬底上的量子阱层中铟组分的质量可以实现不变。
需要说明的是，本实施例是先对石墨盘进行一次清洁，再依次在多个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，然后对石墨盘进行一次清洁，又依次在多个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，……如此循环，直到完成所有外延片的制造。其中，依次在多个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层是指，先在一个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，再在一个衬底上生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，……如此循环，直到完成在多个衬底上的缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层的生长。
另外，外延片中除了量子阱层之外的各层可以采用如下方式生长：
缓冲层可以为氮化镓层；生长缓冲层时，MO源向MOCVD反应腔内通入含氮元素的气体和含镓元素的气体，生长温度可以为530℃～560℃，生长压力可以为200torr～500torr。
N型半导体层可以为N型掺杂的氮化镓层；生长N型半导体层时，MO源向MOCVD反应腔内通入含氮元素的气体和含镓元素的气体，并在MOCVD反应腔内添加N型掺杂剂，生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为200torr～300torr。
量子垒层可以为氮化镓层；生长量子垒层时，MO源向MOCVD反应腔内通入含氮元素的气体和含镓元素的气体，生长温度可以为860℃～890℃，生长压力可以为200torr。
电子阻挡层可以为铝镓氮层；生长电子阻挡层时，MO源向MOCVD反应腔内通入含氮元素的气体、含镓元素的气体以及含铝元素的气体，生长温度可以为930℃～970℃，生长压力可以为100torr；
P型半导体层可以为P型掺杂的氮化镓层；生长P型半导体层时，MO源向MOCVD反应腔内通入含氮元素的气体和含镓元素的气体，并在MOCVD反应腔内添加P型掺杂剂，生长温度可以为940℃～980℃，生长压力可以为200torr～600torr。
本发明实施例通过在清洁一次石墨盘的表面之后，轮流将多个衬底放置在石墨盘上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，与每次在衬底上形成外延片之前都清洁一次石墨盘的表面相比，大大减少了清洁石墨盘表面的次数，进而节省了大量由于清洁石墨盘表面而花费的时间(清洁一次石墨盘的表面需要花费1h～2h)，极大地提高了外延片的产能。实验证明，外延片的产能提高了至少20％。
另外，沉积有反应物的石墨盘上与没有沉积反应物的石墨盘相比，石墨盘上沉积的反应物会减少，因此在将一个衬底放置在石墨盘上进行生长形成外延片之后，石墨盘上沉积有反应物，此时换成另一个衬底放置石墨盘上进行生长形成外延片，与去除石墨盘上的反应物，再换成另一个衬底放置在石墨盘上进行生长形成外延片相比，反应物中沉积在石墨盘上的比例会减少，相应反应物沉积在衬底上的比例会增多，提高了生成反应物的MO源的使用效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，本实施例提供的制造方法是实施例一提供的制造方法的一种具体实现。
在本实施例中，在对石墨盘进行烘烤，清洁石墨盘的表面之后，轮流将4个衬底放置在石墨盘上形成外延片。具体地，每个衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，生长温度为853.2℃，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量为700sccm。
对形成的4个外延片进行检测发现，第1个放置在石墨盘上的衬底上形成的外延片的发光波长为468.4nm，发光亮度为20.4mw；第2个放置在石墨盘上的衬底上形成的外延片的发光波长为468.3nm，发光亮度为20.8mw；第3个放置在石墨盘上的衬底上形成的外延片的发光波长为468.4nm，发光亮度为21.1mw；第4个放置在石墨盘上的衬底上形成的外延片的发光波长为468.6nm，发光亮度为22.9mw。
由此可以看出，不同衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件相同，可以提高外延片的发光亮度。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，本实施例提供的制造方法是实施例一提供的制造方法的另一种具体实现。
在本实施例中，在对石墨盘进行烘烤，清洁石墨盘的表面之后，轮流将4个衬底放置在石墨盘上形成外延片。具体地，每个衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量为700sccm；第1个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，生长温度为853.2℃；第2个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，生长温度为853.8℃；第3个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，生长温度为854.4℃；第4个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，生长温度为855.2℃。
对形成的4个外延片进行检测发现，每个衬底上形成的外延片的发光波长为468.5nm，发光亮度为21.3mw。
由此可以看出，按照衬底放置在石墨盘上的先后顺序，逐渐升高衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长温度，可以实现各个外延片的光电性能的稳定性。
实施例四
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，本实施例提供的制造方法是实施例一提供的制造方法的一种具体实现。
在本实施例中，在对石墨盘进行烘烤，清洁石墨盘的表面之后，轮流将4个衬底放置在石墨盘上形成外延片。具体地，每个衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，生长温度为853.2℃；第1个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量为700sccm；第2个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量为688sccm；第3个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量为676sccm；第4个放置在石墨盘上的衬底上生长多量子阱层中量子阱层时，MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量为660sccm。
对形成的4个外延片进行检测发现，每个衬底上形成的外延片的发光波长为468.5nm，发光亮度为20.4mw。
由此可以看出，按照衬底放置在石墨盘上的先后顺序，逐渐减少衬底上生长的多量子阱层中量子阱层时MO源中含铟元素的气体通入MOCVD反应腔内的流量，可以实现各个外延片的光电性能的稳定性。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
对石墨盘进行烘烤，清洁所述石墨盘的表面；
在将所述石墨盘放置在金属有机化合物化学气相沉淀MOCVD反应腔内之后，轮流将多个衬底放置在所述石墨盘上，并分别在各个所述衬底放置在所述石墨盘上时，向所述MOCVD反应腔内通入MO源，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，所述多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层的材料为铟镓氮。
2.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述分别在各个所述衬底放置在所述石墨盘上时，向所述MOCVD反应腔内通入MO源，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，所述多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层的材料为铟镓氮，包括：
在各个所述衬底上生长多量子阱层中的量子阱层时，同一个所述衬底上生长的多量子阱层中各个量子阱层的生长条件相同，不同所述衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件不同，所述生长条件包括生长温度和所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量。
3.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述不同所述衬底上生长的多个量子阱中的量子阱层的生长条件不同，包括：
各个所述衬底上生长的多量子阱层中的量子阱层生长时，所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量相同，生长温度按照各个所述衬底放置在所述石墨盘上的先后顺序逐渐升高。
4.根据权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述不同所述衬底上生长的多个量子阱中的量子阱层的生长条件不同，包括：
各个所述衬底上生长的多量子阱层中的量子阱层生长时，生长温度相同，所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量按照各个所述衬底放置在所述石墨盘上的先后顺序逐渐减少。
5.根据权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述分别在各个所述衬底放置在所述石墨盘上时，向所述MOCVD反应腔内通入MO源，在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，形成外延片，所述多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱层和多个量子垒层，所述量子阱层的材料为铟镓氮，包括：
在各个所述衬底上生长多量子阱层中的量子阱层时，同一个所述衬底上生长的多量子阱层中各个量子阱层的生长条件相同，不同所述衬底上生长的多量子阱层中量子阱层的生长条件相同，所述生长条件包括生长温度和所述MO源中含铟元素的气体通入所述MOCVD反应腔内的流量。
6.根据权利要求1～5任一项所述的制造方法，其特征在于，所述对石墨盘进行烘烤，清洁所述石墨盘的表面，包括：
在设定的气氛下，保持生长压力为50torr～300torr，将生长温度逐渐升高至设定的温度，对所述石墨盘进行烘烤；
将生长温度降低至150℃；
利用刷子去除所述石墨盘表面的覆盖物；
其中，所述设定的气氛由纯氢气或者氢气和氮气的混合气体形成，所述设定的温度为1350℃～1450℃。
7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述将生长温度逐渐升高至设定的温度，对所述石墨盘进行烘烤，包括：
将生长温度逐渐升高至设定的温度；
在所述生长温度逐渐升高至设定的温度之后，对所述石墨盘进行烘烤；
或者，所述将生长温度逐渐升高至设定的温度，对所述石墨盘进行烘烤，包括：
将生长温度进行梯度升温，所述梯度升温包括交替出现的多个温度提升阶段和多个温度恒定阶段，各个所述温度提升阶段的结束温度等于在所述温度提升阶段结束之后出现的第一个所述温度恒定阶段的温度；
在每个所述温度恒定阶段，对所述石墨盘进行烘烤。
8.根据权利要求7所述的制造方法，其特征在于，生长温度升高和恒定的总时长为1h～2h，其中生长温度恒定的时长为5～30min。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述多个衬底的数量为4个～30个。
10.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，对所述石墨盘进行烘烤的设备为烘烤炉或者所述MOCVD设备。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113279057A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-20 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 石墨基板的烘烤方法 |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202070515U (zh) * | 2011-05-04 | 2011-12-14 | 青岛赛瑞达设备制造有限公司 | 清洗mocvd设备用石墨盘的烤盘炉装置 |
| CN103117346A (zh) * | 2013-02-01 | 2013-05-22 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管芯片及其制造方法 |
| CN203112961U (zh) * | 2013-01-29 | 2013-08-07 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 刻蚀烘烤设备的反应炉 |
| CN105200397A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-30 | 南昌大学 | 喷头型mocvd初始状态的稳定方法及耐氯双层喷头与制作方法 |
| CN106024681A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-10-12 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 叠层膜、包含其的石墨舟及其制备方法、及石墨舟清洗方法 |
| US20170110627A1 (en) * | 2014-03-24 | 2017-04-20 | Shanghai Chiptek Semiconductor Technology Co., Ltd. | Non-polar blue light led epitaxial wafer based on lao substrate and preparation method thereof |
-
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Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN202070515U (zh) * | 2011-05-04 | 2011-12-14 | 青岛赛瑞达设备制造有限公司 | 清洗mocvd设备用石墨盘的烤盘炉装置 |
| CN203112961U (zh) * | 2013-01-29 | 2013-08-07 | 杭州士兰明芯科技有限公司 | 刻蚀烘烤设备的反应炉 |
| CN103117346A (zh) * | 2013-02-01 | 2013-05-22 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管芯片及其制造方法 |
| US20170110627A1 (en) * | 2014-03-24 | 2017-04-20 | Shanghai Chiptek Semiconductor Technology Co., Ltd. | Non-polar blue light led epitaxial wafer based on lao substrate and preparation method thereof |
| CN105200397A (zh) * | 2015-09-24 | 2015-12-30 | 南昌大学 | 喷头型mocvd初始状态的稳定方法及耐氯双层喷头与制作方法 |
| CN106024681A (zh) * | 2016-07-27 | 2016-10-12 | 苏州阿特斯阳光电力科技有限公司 | 叠层膜、包含其的石墨舟及其制备方法、及石墨舟清洗方法 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113279057A (zh) * | 2021-03-31 | 2021-08-20 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 石墨基板的烘烤方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
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