CN109545912A - 一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片，属于发光二极管制造领域。将多个生长有AlN层的衬底摆放至MOCVD设备内分布在多个同心圆上的圆形凹槽内，控制AlN层上生长的AlGaN层的Al的组分随同心圆的直径的增大而增大。随同心圆的直径的增大，AlGaN层的Al的组分逐渐增大，圆形凹槽内的AlGaN层的的表面会由朝向圆心凹槽底面凹陷的状态变化至背离圆心凹槽底面向上凸起的状态，这种变化趋势与衬底表面出现的翘曲的变化趋势相反，因此AlGaN层的表面均较为完整，AlGaN层的表面翘曲与衬底表面的翘曲相互抵消，传递到InGaN/GaN多量子阱层的热量较为均匀，提高了InGaN/GaN多量子阱层发光波长的均匀性，进而可提高同批次得到的外延片的发光合格率。
Description
技术领域
本发明涉及发光二极管制造领域，特别涉及一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片。
背景技术
发光二极管是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。外延片是制作发光二极管的基础结构，外延片的结构包括衬底及在衬底上生长出的外延层。其中，外延层的结构主要包括：依次生长在衬底上的AlN层、GaN成核层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层。
当前的外延层在生长时，通常会使用金属有机化合物化学气相沉积(英文：Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备进行生长。金属有机化合物化学气相沉积设备至少包括设置在反应腔内的可转动的转盘，转盘上的多个圆形凹槽分布在多个同心圆上，同心圆的圆心为转盘的转动中心。在需要制备外延片时，将衬底放置在圆形凹槽内，金属有机化合物化学气相沉积设备控制转盘转动，使携带气相分子的气流与衬底表面相互作用，进而在衬底上沉积外延层。而每圈的圆形凹槽内的衬底受到的离心力的大小不同，会导致直径较小的同心圆上的衬底表面背离圆形凹槽的底面向上凸起，直径较大的同心圆上的衬底表面朝向圆心凹槽的底面向下凹陷，转盘上的衬底出现不同程度的翘曲。又由于衬底与外延层上的翘曲会使传递到InGaN/GaN多量子阱层的热量不均匀，影响InGaN/GaN多量子阱层中In的分布，进而影响了InGaN/GaN多量子阱层发光波长的均匀性，因此这种设置最终会使得同批次得到的外延片中InGaN/GaN多量子阱层发光的均匀性差异较大，影响同批次得到的外延片的发光合格率。
发明内容
本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片，能够提高同批次得到的外延片的发光合格率。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片，所述制备方法包括：
提供多个衬底；
通过物理气相沉积PVD在所述衬底上沉积AlN层；
将所述多个衬底放置在金属有机化合物化学气相沉积MOCVD设备内，所述MOCVD设备包括反应腔、放置在所述反应腔内的可转动的转盘，所述转盘上设置有用于放置所述衬底的多个圆形凹槽，所述多个圆形凹槽分布在多个同心圆上；
在所述AlN层上生长AlGaN层，所述多个圆形凹槽内的AlGaN层中Al的组分随所述同心圆的直径的增大而增大；
在所述AlGaN层上依次生长未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层。
可选地，每两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值均相等。
可选地，两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值为3％～10％。
可选地，所述AlGaN层中Al的组分均为10％～40％。
可选地，所述AlGaN层的生长温度为300～600℃。
可选地，所述AlGaN层的厚度为1～30nm。
可选地，所述AlGaN层的生长压力为150～300Torr。
可选地，所述通过物理气相沉积PVD在所述衬底上沉积AlN层包括：
采用磁控溅射的方式在所述衬底上沉积AlN层。
可选地，所述AlN层的厚度为1～30nm。
本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片采用如前所述的方法制备，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的AlN层、AlGaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在多个衬底上通过物理气相沉积AlN层，将多个衬底摆放至MOCVD设备的转盘上分布在多个同心圆上的圆形凹槽内，并控制AlN层上生长的AlGaN层的Al的组分随同心圆的直径的增大而增大。而在AlGaN层生长时，随AlGaN层的Al的组分的增大，AlGaN层的表面会由朝向圆心凹槽底面凹陷的状态变化至背离圆心凹槽底面向上凸起的状态，因此随同心圆的直径的增大，圆形凹槽内的AlGaN层的的表面会由朝向圆心凹槽底面凹陷的状态变化至背离圆心凹槽底面向上凸起的状态，这种变化趋势与衬底表面出现的翘曲的变化趋势相反，因此AlGaN层的表面均较为完整，AlGaN层的表面翘曲与衬底表面的翘曲相互抵消，传递到InGaN/GaN多量子阱层的热量较为均匀，提高了InGaN/GaN多量子阱层发光波长的均匀性，进而可提高同批次得到的外延片的发光合格率。
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是本发明实施例提供的转盘的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片流程图；
图3是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片流程图；
图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管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。
为便于理解本发明，此处提供MOCVD设备的转盘的结构，图1是本发明实施例提供的转盘的结构示意图，如图1所示，转盘10上设置有多个圆形凹槽101，多个圆形凹槽101分布在多个同心圆102上。此处需要说明的是，同心圆102的圆心为转盘10的转动中心A，转盘10上的圆形凹槽101均设置在转盘10朝向MOCVD设备的气流的一侧。
其中，转盘可通过驱动轴进行驱动，本发明对此不做限制。在本发明实施例中，同心圆的数量可为3。
图2是本发明实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片流程图，如图2所示，该制备方法包括：
S101：提供多个衬底。
S102：通过物理气相沉积PVD在衬底上沉积AlN层。
S103：将多个衬底放置在金属有机化合物化学气相沉积MOCVD设备内，MOCVD设备包括反应腔、放置在反应腔内的可转动的转盘，转盘上设置有用于放置衬底的多个圆形凹槽，多个圆形凹槽分布在多个同心圆上。
S104：在AlN层上生长AlGaN层，多个圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分随同心圆的直径的增大而增大。
S105：在AlGaN层上依次生长未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层。
在多个衬底上通过物理气相沉积AlN层，将多个衬底摆放至MOCVD设备的转盘上分布在多个同心圆上的圆形凹槽内，并控制AlN层上生长的AlGaN层的Al的组分随同心圆的直径的增大而增大。而在AlGaN层生长时，随AlGaN层的Al的组分的增大，AlGaN层的表面会由朝向圆心凹槽底面凹陷的状态变化至背离圆心凹槽底面向上凸起的状态，因此随同心圆的直径的增大，圆形凹槽内的AlGaN层的的表面会由朝向圆心凹槽底面凹陷的状态变化至背离圆心凹槽底面向上凸起的状态，这种变化趋势与衬底表面出现的翘曲的变化趋势相反，因此AlGaN层的表面均较为完整，AlGaN层的表面翘曲与衬底表面的翘曲相互抵消，传递到InGaN/GaN多量子阱层的热量较为均匀，提高了InGaN/GaN多量子阱层发光波长的均匀性，进而可提高同批次得到的外延片的发光合格率。
同时，这种方式生长得到的AlGaN层的表面较为平整，能够提高在AlGaN层上生长的未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层的质量，进而提高发光二极管的发光效率，而物理气相沉积得到的AlN层的表面也较为平整，可进一步提高AlN层之后生长的外延薄膜的晶体质量，提高发光二极管的发光效率。
并且，由于AlGaN层同时具有AlN层中的Al原子、N原子以及N型GaN层中的Gn原子，因此AlGaN层在生长时可实现AlN层与N型GaN层的良好连接，有效减小AlN层与N型GaN层之间的晶格失配，有效提高发光二极管的发光效率。
在本发明实施例中，翘曲是指物件的表面的扭曲，翘曲程度越大，物件的表面的扭曲越大。
图3是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法及其外延片流程图，如图3所示，该制备方法包括：
S201：提供多个衬底。
其中，衬底可为蓝宝石衬底。
进一步地，蓝宝石衬底可为平片衬底或者PSS衬底。本发明对此不做限制。
S202：通过物理气相沉积PVD在衬底上沉积AlN层。
其中，通过磁控溅射在衬底上沉积AlN层。这种方式较为容易实现，且得到的AlN层的质量较好，有利于后续外延薄膜的生长。
可选地，AlN层的厚度为1～30nm。AlN层的厚度在以上范围时，可保证后续生长的AlGaN层的表面质量较好，有利于外延片整体翘曲程度的减小。
示例性地，AlN层的温度可为400～650℃，AlN层的压力可为4～5Torr。在这种条件下生长得到的AlN层的质量较好。
S203：将多个衬底放置在金属有机化合物化学气相沉积MOCVD设备内，MOCVD设备包括反应腔、放置在反应腔内的可转动的转盘，转盘上设置有用于放置衬底的多个圆形凹槽，多个圆形凹槽分布在多个同心圆上。
S204：在AlN层上生长AlGaN层，多个圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分随同心圆的直径的增大而增大。
步骤S204中，可通过控制MOCVD设备内的气流的转动方向以实现不同同心圆上圆形凹槽内的AlGaN层的生长。
可选地，每两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值均相等。这种设置能够减小最终得到的外延片的翘曲程度，有利于提高发光二极管的发光效率。
进一步地，两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值为3％～10％。两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值设置在以上范围内时，在同一转盘上最终得到的外延片的表面翘曲程度较小且较为一致，外延片的发光均匀度较高，能够提高同一批次产出得到的外延片的合格质量。
在本发明实施例提供的一种情况中，转盘上的同心圆的数量可为3，在直径逐渐变大的三个同心圆上的圆心凹槽内的AlGaN层的Al的组分分别为10％、15％、20t％。此时得到的外延片的翘曲程度大幅度降低。
可选地，AlGaN层中Al的组分可为10％～40％。在此范围内时，得到的AlGaN层的表面较为平整，有利于减小外延片最终会出现的翘曲程度。
示例性地，AlGaN层的生长温度可为300～600℃。在此条件下生长得到的AlGaN层的质量较好，可提高最终得到的外延片的质量。
可选地，AlGaN层的厚度为1～30nm。AlGaN层的厚度设置在以上范围可以保证在AlGaN层上生长的质量的同时不需要制作过厚的发光二极管的外延片，有效减小外延片的成本。
示例性地，AlGaN层的生长压力为150～300Torr。在此条件下生长得到的AlGaN层的质量较好，也有利于提高发光二极管的发光效率。
S205：在AlGaN层上依次生长未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层、电子阻挡层及P型GaN层。
其中，电子阻挡层可为P型AlyGa1-yN电子阻挡层，其中0.1<y<0.5。
执行完步骤S205之后的外延片的结构可如图4所示，图4是本发明实施例提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图，如图4所示，外延片包括衬底1与依次层叠在衬底1上的AlN层2、AlGaN层3、N型GaN层4、InGaN/GaN多量子阱层5、电子阻挡层6及P型GaN层7。AlGaN层3包括第一GaN成核子层31与第二GaN成核子层32。
该外延片在AlN层2与N型GaN层4之间插入了AlGaN层3，由于AlGaN层3同时具有AlN层2中的Al原子、N原子以及N型GaN层4中的Gn原子，因此AlGaN层3在生长时可实现AlN层2与N型GaN层4的良好连接，有效减小AlN层2与N型GaN层4之间的晶格失配，有效提高发光二极管的发光效率。
其中，AlGaN层3中Al的组分可为10％～40％。在此范围内时，得到的AlGaN层的表面较为平整，有利于减小外延片最终会出现的翘曲程度。
可选地，AlGaN层的厚度为1～30nm。AlGaN层的厚度设置在以上范围可以保证在AlGaN层上生长的质量的同时不需要制作过厚的发光二极管的外延片，有效减小外延片的成本。
图4中所示的外延片采用图3中所示的制备方法进行制备。
在本发明实施例中，可采用美国Veeco公司的TurboDisk EPIK700系列和中微半导体设备有限公司的Prismo A7系列的化学气相沉积设备制备外延片。
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)
1.一种发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供多个衬底；
通过物理气相沉积PVD在所述衬底上沉积AlN层；
将所述多个衬底放置在金属有机化合物化学气相沉积MOCVD设备内，所述MOCVD设备包括反应腔、放置在所述反应腔内的可转动的转盘，所述转盘上设置有用于放置所述衬底的多个圆形凹槽，所述多个圆形凹槽分布在多个同心圆上；
在所述AlN层上生长AlGaN层，所述多个圆形凹槽内的AlGaN层中Al的组分随所述同心圆的直径的增大而增大；
在所述AlGaN层上依次生长未掺杂的GaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值均相等。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，两个相邻的同心圆上的圆形凹槽内的AlGaN层的Al的组分之差的绝对值为3％～10％。
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述AlGaN层中Al的组分均为10％～40％。
5.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述AlGaN层的生长温度为300～600℃。
6.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述AlGaN层的厚度为1～30nm。
7.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述AlGaN层的生长压力为150～300Torr。
8.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述通过物理气相沉积PVD在所述衬底上沉积AlN层包括：
采用磁控溅射的方式在所述衬底上沉积AlN层。
9.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述AlN层的厚度为1～30nm。
10.一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述外延片采用如权利要求1中所述的方法制备，所述外延片包括衬底及依次层叠在所述衬底上的AlN层、AlGaN层、N型GaN层、InGaN/GaN多量子阱层及P型GaN层。
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| CN110331381A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-10-15 | 康佳集团股份有限公司 | 一种外延片生长炉、设备、mocvd方法及外延片 |
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| CN109545912B (zh) | 2020-12-18 |
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