CN109585614A - 提高量产mocvd的氮化镓led波长的可重复性制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，包含：S1、提供一衬底，在衬底上生长缓冲层；S2、在缓冲层上自下至上依次生长未掺杂GaN层和N‑GaN层；S3、在N‑GaN层上生长多量子阱结构层，其由多组周期交替层叠生长的InGaN层和GaN层组成；其中，在生长InGaN层的过程中，先将In的浓度调节至饱和状态，再调节生长温度以调制出氮化镓LED的所需波长；S4、在多量子阱结构层上生长P型电子阻挡层；S5、在P型电子阻挡层上生长P‑GaN层；S6、在P‑GaN层上生长P+GaN层。本发明可有效减少不稳定性，提高波长的重复性。
Description
技术领域
本发明涉及一种发光二极管(LED)的制备方法，具体是指一种能够提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，属于半导体制造的技术领域。
背景技术
InGaN(铟氮化稼)是第三代材料，主要应用于光电器件和高温、高频、大功率器件等。InxGa1-xN的三元材料通过调节In组分，可使其禁带宽度从0.7eV(InN)到3.4eV(GaN)连续可调，即可调制波段从紫外光到近红外光。量产的MOCVD(Metal-Organic ChemicalVapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)的多重量子阱InGaN/GaN材料的波长与阱的宽度、生长的温度和In的浓度有关，而由于MOCVD机台的生长特性，温度是根据反射率探温控温，且易受到生长衬底、使用大盘等其他外界因素的影响，导致波长的可重复性降低。
基于上述，本发明提出一种提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，以解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，有效减少不稳定性，提高波长的重复性。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，包含以下步骤：
S1、提供一衬底，在所述的衬底上生长缓冲层；
S2、在所述的缓冲层上，自下至上依次生长未掺杂GaN层和N-GaN层；
S3、在所述的N-GaN层上生长多量子阱结构层，该多量子阱结构层由多组周期交替层叠生长的InGaN层和GaN层组成；
其中，在生长InGaN层的过程中，先将In的浓度调节至饱和状态，再通过调节生长温度以调制出氮化镓LED的所需波长；
S4、在所述的多量子阱结构层上生长P型电子阻挡层；
S5、在所述的P型电子阻挡层上生长P-GaN层；
S6、在所述的P-GaN层上生长P+GaN层。
所述的多量子阱结构层的总厚度是根据InGaN层和GaN层的单层厚度以及生长周期进行调节；当多量子阱结构层的总厚度小于目标厚度时，通过增大InGaN层和GaN层的单层厚度或增大生长周期进行调节；当多量子阱结构层的总厚度大于目标厚度时，通过减小InGaN层和GaN层的单层厚度或减小生长周期进行调节。
所述的InGaN层和GaN层的单层厚度均为一固定值。
所述的InGaN层和GaN层的单层厚度是根据Ga的流量以及生长转速进行调节；当InGaN层和GaN层的单层厚度小于目标厚度时，通过增大Ga的流量或增大生长转速进行调节；当InGaN层和GaN层的单层厚度大于目标厚度时，通过减小Ga的流量或减小生长转速进行调节。
所述的InGaN层中的In的组分是根据In的流量和生长温度进行调节；当InGaN层中的In的组分小于目标组分时，通过增大In的流量或降低生长温度进行调节；当InGaN层中的In的组分大于目标组分时，通过减小In的流量或升高生长温度进行调节。
所述的InGaN层中的In的组分为一固定值。
在生长InGaN层的过程中，通过调节In的流量直至In的浓度达到饱和状态，使波长不再增加，再通过调节生长温度以调制出所需波长。
所述的In的流量采用渐变间隔递增或等间隔递增方式进行调节，直至波长不再增加为止。
所述的生长温度采用线性渐变方式或间隔渐变方式进行调节。
综上所述，本发明提供的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，在生长InGaN层，先将In的浓度调节至饱和状态，再通过调节生长温度，从而调制出氮化镓LED的所需波长；有效减少了In浓度带来的不稳定影响，提高了波长的重复性。
附图说明
图1～图6所示为本发明的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法中对应各个步骤的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图详细说明本发明中的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法的具体实施方式，从而对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
本发明提供一种提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其中LED的外延结构从下至上依次包括：Buffer层、U-GaN层、N-GaN层、MQW结构层、P-AlGaN层、P-GaN层、以及P+GaN层，具体包含以下步骤：
S1、如图1所示，提供一衬底1，在所述的衬底1上生长缓冲(Buffer)层2。
其中，所述的衬底1可以由任何适合GaN(氮化镓)及其半导体外延材料生长的材料生成，例如由蓝宝石、或GaN、或硅、或碳化硅、或AlN(氮化铝)等单晶结构材料生成。
所述的缓冲层2由GaN、或AlN、或AlGaN(铝氮化镓)材料生成。
所述的缓冲层2的生长厚度在10nm～50nm之间。
S2、如图2所示，在所述的缓冲层2上，直接自下至上依次生长未掺杂GaN层(U-GaN层)3和N-GaN层4，即未掺杂GaN层3生长在缓冲层2上，而N-GaN层4则层叠生长在未掺杂GaN层3上。
其中，所述的未掺杂GaN层3和N-GaN层4的生长温度均在1000℃～1200℃之间。
所述的未掺杂GaN层3和N-GaN层4的总生长厚度在1.5um～4.5um之间。
所述的N-GaN层4中的硅(Si)掺杂浓度在1e18cm-3～3e19cm-3之间。
S3、如图3所示，在所述的N-GaN层4上生长多量子阱结构层(MQW结构层)5，该多量子阱结构层5由多组周期交替层叠生长的InGaN层和GaN层组成，形成超晶格结构；其中，在生长InGaN层的过程中，先将In(铟)的浓度调节至饱和状态，再通过调节生长温度以调制出氮化镓LED的所需波长；
所述的多量子阱结构层5的总厚度是根据InGaN层和GaN层的单层厚度以及生长周期进行调节；当所述的多量子阱结构层5的总厚度小于目标厚度时，通过增大InGaN层和GaN层的单层厚度或增大生长周期进行调节；当所述的多量子阱结构层5的总厚度大于目标厚度时，通过减小InGaN层和GaN层的单层厚度或减小生长周期进行调节。
所述的InGaN层和GaN层的单层厚度均为一固定值，所述的InGaN层和GaN层的单层厚度是根据Ga(镓)的流量以及生长转速进行调节，这里提到的生长转速是指InGaN层和GaN层在生长过程中，用于承载晶圆的吸盘的转速；当所述的InGaN层和GaN层的单层厚度小于目标厚度时，通过增大Ga的流量或增大生长转速进行调节；当所述的InGaN层和GaN层的单层厚度大于目标厚度时，通过减小Ga的流量或减小生长转速进行调节。
在本发明的优选实施例中，所述的多量子阱结构层5的生长周期为3～15，即该多量子阱结构层5是由3～15组周期交替层叠生长的InGaN层和GaN层组成的。其中，每层InGaN层的生长厚度在1.0nm～5.0nm之间，每层GaN层的生长厚度在1.0nm～15.0nm之间。
在本发明的优选实施例中，所述的InGaN层和GaN层的生长转速在每分钟400转～600转之间，这里提到的生长转速是指在InGaN层和GaN层的生长过程中，用于承载晶圆的吸盘的转速。
所述的InGaN层中的In的组分是根据In的流量和生长温度进行调节；当所述的InGaN层中的In的组分小于目标组分(即所需波长)时，通过增大In的流量或降低生长温度进行调节；当所述的InGaN层中的In的组分大于目标组分(即所需波长)时，通过减小In的流量或升高生长温度进行调节。
所述的InGaN层中的In的组分为一固定值。因此，在生长InGaN层的过程中，通过调节In的流量直至In的浓度达到饱和状态，即波长不再增加(保持无变化)，再通过调节生长温度以调制出所需波长。
所述的In的流量采用渐变间隔递增或等间隔递增方式进行调节，直至波长不再增加为止。在此过程中，In的流量的具体增加幅度没有限制，可任意取值。
所述的生长温度采用线性渐变方式或间隔渐变方式进行调节。
在本发明的优选实施例中，所述的InGaN层中的In的组分范围在5％～20％之间。
在本发明的优选实施例中，所述的InGaN层和GaN层的生长温度在700℃～900℃之间。
S4、如图4所示，在所述的多量子阱结构层5上生长P型电子阻挡层6。
本实施例中，所述的P型电子阻挡层6由P型AlGaN材料生成。且该P-AlGaN层的生长厚度在30nm～80nm之间，其中镁(Mg)的掺杂浓度在5e18cm-3～3.5e19cm-3之间。
S5、如图5所示，在所述的P型电子阻挡层6上生长P-GaN层7。
其中，所述的P-GaN层7的生长厚度在30nm～150nm之间，其中镁的掺杂浓度在5e18cm-3～1e20cm-3之间。
S6、如图6所示，在所述的P-GaN层7上生长P+GaN层8。
其中，所述的P+GaN层8的生长厚度在10nm～50nm之间，其中镁的掺杂浓度在1e19cm-3～1e20cm-3之间。
以下通过一个优选实施例，详细说明本发明的有益效果。例如，当制备的氮化镓LED需要达到的波长为448nm时，在生长多量子阱结构层5的过程中，通过先将In的浓度调节至饱和状态，再通过调节生长温度以将波长调制到448nm附近区域。具体的，可采用以下表一中所列的几种调节方式：
| 条件1 | In+30％ | 生长温度+1.5℃ |
| 条件2 | In+50％ | 生长温度+2.5℃ |
| 条件3 | In+70％ | 生长温度+2.5℃ |
表一、In浓度和生长温度的调节方式
例如，其中条件1的调节方式为，通过增加30％的In的流量使In的浓度饱和(波长不再增加)，并通过增加1.5℃的生长温度，将波长调制到448nm附近区域。
再次以上述表一中的条件3的调节方式为例，采用条件3的调节方式连续生长16炉且每炉14片的氮化镓LED芯片(共计224片)，其中，厚度6nm的良率达到97.32％，而厚度10nm的良率达到99.11％。详细请参见以下的表二：
表二、氮化镓LED芯片的实际生产数据
综上所述，本发明提供的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，在生长InGaN层，先将In的浓度调节至饱和状态，再通过调节生长温度，从而调制出氮化镓LED的所需波长；有效减少了In浓度带来的不稳定影响，提高了波长的重复性。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (9)
1.一种提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、提供一衬底，在所述的衬底上生长缓冲层；
S2、在所述的缓冲层上，自下至上依次生长未掺杂GaN层和N-GaN层；
S3、在所述的N-GaN层上生长多量子阱结构层，该多量子阱结构层由多组周期交替层叠生长的InGaN层和GaN层组成；
其中，在生长InGaN层的过程中，先将In的浓度调节至饱和状态，再通过调节生长温度以调制出氮化镓LED的所需波长；
S4、在所述的多量子阱结构层上生长P型电子阻挡层；
S5、在所述的P型电子阻挡层上生长P-GaN层；
S6、在所述的P-GaN层上生长P+GaN层。
2.如权利要求1所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的多量子阱结构层的总厚度是根据InGaN层和GaN层的单层厚度以及生长周期进行调节；
当多量子阱结构层的总厚度小于目标厚度时，通过增大InGaN层和GaN层的单层厚度或增大生长周期进行调节；
当多量子阱结构层的总厚度大于目标厚度时，通过减小InGaN层和GaN层的单层厚度或减小生长周期进行调节。
3.如权利要求2所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的InGaN层和GaN层的单层厚度均为一固定值。
4.如权利要求3所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的InGaN层和GaN层的单层厚度是根据Ga的流量以及生长转速进行调节；
当InGaN层和GaN层的单层厚度小于目标厚度时，通过增大Ga的流量或增大生长转速进行调节；
当InGaN层和GaN层的单层厚度大于目标厚度时，通过减小Ga的流量或减小生长转速进行调节。
5.如权利要求1所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的InGaN层中的In的组分是根据In的流量和生长温度进行调节；
当InGaN层中的In的组分小于目标组分时，通过增大In的流量或降低生长温度进行调节；
当InGaN层中的In的组分大于目标组分时，通过减小In的流量或升高生长温度进行调节。
6.如权利要求5所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的InGaN层中的In的组分为一固定值。
7.如权利要求6所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，在生长InGaN层的过程中，通过调节In的流量直至In的浓度达到饱和状态，使波长不再增加，再通过调节生长温度以调制出所需波长。
8.如权利要求7所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的In的流量采用渐变间隔递增或等间隔递增方式进行调节，直至波长不再增加为止。
9.如权利要求7所述的提高量产MOCVD的氮化镓LED波长的可重复性制造方法，其特征在于，所述的生长温度采用线性渐变方式或间隔渐变方式进行调节。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190405 |