CN111009598A - 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片 - Google Patents
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Abstract
本公开公开了一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片，属于半导体技术领域。生长方法包括：将衬底放在反应室内的承载盘上；在所述衬底上依次生长低温缓冲层和高温外延层；控制所述承载盘沿设定方向以设定转速转动，在所述高温外延层上生长第一N型半导体层；对所述承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，在所述第一N型半导体层上生长第二N型半导体层；其中，所述承载盘的转向在相邻两个所述阶段中相反，所述承载盘的转速在各个所述阶段中逐渐增大；控制所述承载盘沿设定方向以设定转速转动，在所述第二N型半导体上生长第三N型半导体层；在所述第三N型半导体层上依次有源层和P型半导体层。本公开可以修复贯穿线缺陷。
Description
技术领域
本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)作为高效、环保、绿色的新一代固态照明光源。LED具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，已经在显示屏中得到大规模使用。目前白光主要是采用蓝光叠加荧光粉获得，而LED的主要发光部分是LED芯片中的外延层，产生蓝光的外延材料主要是氮化镓材料。这是一种宽禁带的半导体材料，其禁带宽度约3.4eV，可以满足光子能量较高的蓝光产生条件，因而获得了大量应用。
目前氮化镓外延的传统结构是在图形化蓝宝石衬底(英文：Patterned SapphireSubstrate，简称：PSS)上依次生长低温AlN缓冲层、低温GaN缓冲层、高温GaN层、重掺杂的N型GaN层、超晶格应力释放层、多量子阱层(英文：Multiple Quantum Well，简称：MQW)、高势垒电子阻挡层、P型GaN层、P型InGaN层。其中，低温AlN缓冲层和低温GaN缓冲层为氮化镓材料的外延生长提供成核中心，高温GaN层和超晶格应力释放层改善异质外延生长晶格失配产生的不良影响，重掺杂的N型GaN层提供电子，P型GaN层提供空穴，多量子阱层实现电子和空穴的辐射复合发光，高势垒电子阻挡层可以避免重掺杂的N型GaN层提供的电子跃迁到P型GaN中与空穴进行非辐射复合，P型InGaN层与后续制作芯片时形成的氧化铟锡(英文：Indium tin oxide，简称ITO)透明导电层形成欧姆接触。
在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
图形化蓝宝石衬底表面存在颗粒和缺陷，而且图形化蓝宝石和氮化镓之间的晶格常数失配达到16％，这些因素导致外延层内产生较多的线缺陷，部分线缺陷从衬底延伸到外延层的上表面，贯穿整个外延层，直接影响到量子阱层。由于量子阱层的厚度只有几十埃，对缺陷非常敏感，缺陷会增加对自由载流子的俘获率，使得载流子在没有形成辐射复合的时候即非辐射复合掉，因此这种贯穿的线缺陷非常致命，会严重影响量子阱层的辐射复合效率，同时还在很大概率上会产生漏电问题。另外，线缺陷对晶体的生长、杂质的扩散、晶体相变、塑性变形和机械硬度等性质都会产生不良影响，当上述线缺陷密度较高的外延结构工作时，冷和热的交替影响会反复的进一步冲击这种已经存在机械韧度性能隐患的晶体，从而诱导原有的大密度缺陷产生新的衍生缺陷，缺陷在界面集中的应力的促进下会快速蔓延，加速材料的老化，进而影响LED的寿命。也就是说，当前存在较多贯穿线缺陷的外延结构会造成LED的可靠性存在一定隐患，尤其在电流密度逐步增高的情况下，线缺陷产生的不良影响会随之增大，极大限制LED的产业化推广。
发明内容
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片，可以有效降低外延片中的线缺陷，改善LED的性能，有利于LED的产业化推广。所述技术方案如下：
一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：
将衬底放在反应室内的承载盘上；
在所述衬底上依次生长低温缓冲层和高温外延层；
控制所述承载盘沿设定方向以设定转速转动，在所述高温外延层上生长第一N型半导体层；
对所述承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，在所述第一N型半导体层上生长第二N型半导体层；其中，所述承载盘的转向在相邻两个所述阶段中相反，所述承载盘的转速在各个所述阶段中逐渐增大；
控制所述承载盘沿设定方向以设定转速转动，在所述第二N型半导体上生长第三N型半导体层；
在所述第三N型半导体层上依次有源层和P型半导体层。
可选地，在相邻两个所述阶段中，所述承载盘的转速在后一个所述阶段中的最小值在前一个所述阶段中的最小值和最大值之间，在后一个所述阶段中的最大值大于在前一个所述阶段中的最大值。
进一步地，在相邻两个所述阶段之间，所述生长方法还包括：
停止向所述反应室内通入反应气体，将沿第一方向转动的承载盘的转速从前一个所述阶段中的最大值逐渐降低至0；
将所述承载盘沿第二方向转动，并将所述承载盘的转速逐渐升高至后一个所述阶段中的最小值，所述第二方向与所述第一方向相反。
可选地，所述承载盘的转速在各个所述阶段中增大的速率逐渐减小。
可选地，所述反应室内的温度在各个所述阶段中逐渐升高。
进一步地，在相邻两个所述阶段中，所述反应室内的温度在后一个所述阶段中的最小值等于所述反应室内的温度在前一个所述阶段中的最大值。
进一步地，所述反应室内的温度在各个所述阶段中的升高速率相同。
可选地，所述生长方法还包括：
在所述P型半导体层生长之前，在所述有源层上生长势垒渐变层，所述势垒渐变层的势垒高度从所述有源层到所述P型半导体层的方向逐渐降低。
另一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、高温外延层、第一N型半导体层、第二N型半导体层、第三N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述第一N型半导体层和所述第三N型半导体层生长时，放置所述衬底的承载盘沿设定方向以设定转速转动；所述第二N型半导体层生长时所述承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，所述承载盘的转向在相邻两个所述阶段中相反，所述承载盘的转速在各个所述阶段中逐渐增大。
可选地，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述有源层和所述P型半导体层之间的势垒渐变层，所述势垒渐变层的势垒高度从所述有源层到所述P型半导体层的方向逐渐降低。
本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过先控制承载盘沿设定方向以设定转速转动，以相同转向和转速生长一定的N型半导体层，将晶格的生长趋势确定，避免后续生长条件的变化改变外延片的晶格。再通过不断改变承载盘的转向，使得反应气体移向衬底的方位随之改变，可以交替改变线缺陷的延伸方向，从而使得线缺陷逐步减弱甚至消失。同时承载盘的转速在各个阶段中逐渐增大，承载盘的转速在各个阶段初始较低，有利于外延材料附着在衬底上进行非晶生长，抑制线缺陷沿生长方向延伸，而且承载盘的转速后续增大，有利于外延材料的晶向生长，可以在线缺陷减少的情况下，提高外延材料的晶体质量。最后通过在利用生长条件的变化减少线缺陷之后，再次控制承载盘沿设定方向以设定转速转动，以相同转向和转速继续生长N型半导体层，有利于外延材料的晶格确定，为后续的外延生长提供晶格质量和平整度优良的生长表面。综上，本公开实施例通过在N型半导体层中间部分的生长期间，对承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，利用不断改变承载盘的转向交替改变线缺陷的延伸方向，使得线缺陷逐步减弱甚至消失；同时承载盘的转速在各个阶段中逐渐增大，有利于在各个阶段初期外延填充线缺陷的缺陷位置，减少缺陷的基础影响，经过对线缺陷延伸方向和基础的改善可以有效减少线缺陷的密度。上述生长条件的变化提高了外延片的生长质量，优化了量子阱处的晶体质量和平整度，延长了载流子的寿命，降低了LED器件的漏电，提高了氮化镓外延层的机械韧度和致密度，延长了LED器件的寿命，促进了LED的产业化推广。
附图说明
为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
图2是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法。图1为本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图。参见图1，该生长方法包括：
步骤101：将衬底放在反应室内的承载盘上。
在本实施例中，衬底的主要作用是提供外延材料生长的基板。衬底可以为蓝宝石(主要成分为Al2O3)衬底，优选图形化蓝宝石衬底(英文：Patterned Sapphire Substrate，简称：PSS)。进一步地，PSS中的图形可以为半球形，半球形的直径为2μm，半球形的高度为1.5μm，此时PSS释放应力和提高出光的整体效果较好。
步骤102：在衬底上依次生长低温缓冲层和高温外延层。
在本实施例中，低温缓冲层的主要作用为外延生长提供成核中心，另外还能缓解衬底材料和外延材料之间的晶格失配。进一步地，低温缓冲层可以包括依次层叠的氮化铝(AlN)缓冲层和氮化镓(GaN)缓冲层。氮化铝缓冲层的厚度可以为1800埃～2200埃，如2000埃；氮化镓缓冲层的厚度可以为30nm～50nm，如40nm，实现效果好。
可选地，低温缓冲层的生长过程可以包括：
将衬底放入磁控溅射反应室内，控制磁控溅射反应室内的温度为450℃～550℃(如500℃)，压力为5mTorr～30mTorr(如15mTorr)，在衬底上沉积氮化铝缓冲层；
采用氢气对缓冲层进行3分钟～7分钟(如5分钟)的处理；
将衬底放入金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal organic ChemicalVapor Deposition，简称：MOCVD)反应室内，控制MOCVD反应室内的温度为500℃～600℃(如550℃)，压力为400torr～600torr(如500torr)，在氮化铝缓冲层上生长氮化镓缓冲层。
先利用溅射工艺形成氮化铝缓冲层，形成温度较低，有利于缓解晶格失配产生的应力和缺陷。氮化铝缓冲层形成之后，通过氢气处理去除氮化铝缓冲层表面的污染物，有利于后续的外延生长。最后利用MOCVD技术生长氮化镓缓冲层，有利于外延片内部进行晶格匹配。
在本实施例中，高温外延层的主要作用是进一步缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。
可选地，高温外延层的生长过程可以包括：
控制MOCVD反应室内的温度为950℃～1050℃(如1000℃)，在低温缓冲层上生长高温外延层。
步骤103：控制承载盘沿设定方向以设定转速转动，在高温外延层上生长第一N型半导体层。
本公开实施例通过先控制承载盘沿设定方向以设定转速转动，以相同转向和转速生长一定的N型半导体层，将晶格的生长趋势确定，避免后续生长条件的变化改变外延片的晶格。因此，此时晶格失配导致的线缺陷已经形成向上延伸的状态，后续进行修复即可。
在本实施例中，N型半导体层的主要作用是提供复合发光的电子。进一步地，N型半导体层的材料可以采用N型掺杂的氮化镓；N型半导体层中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1020/cm3。N型掺杂剂可以采用硅烷，利用其中的硅元素进行掺杂，硅元素替换氮化镓共价键中的镓元素之后，由于存在多余的电子而形成过剩电子，得到载流子为电子的半导体。
示例性地，第一N型半导体层的厚度可以为2μm。
可选地，该步骤103可以包括：
控制MOCVD反应室内的温度为1100℃～1200℃(如1150℃)，在高温外延层上生长第一N型半导体层。
步骤104：对承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，在第一N型半导体层上生长第二N型半导体层。
在本实施例中，承载盘的转向在相邻两个阶段中相反，承载盘的转速在各个阶段中逐渐增大。
本公开实施例通过不断改变承载盘的转向，使得反应气体移向衬底的方位随之改变，可以交替改变线缺陷的延伸方向，从而使得线缺陷逐步减弱甚至消失。同时承载盘的转速在各个阶段中逐渐增大，承载盘的转速在各个阶段初始较低，有利于外延材料附着在衬底上进行非晶生长，抑制线缺陷沿生长方向延伸，而且承载盘的转速后续增大，有利于外延材料的晶向生长，可以在线缺陷减少的情况下，提高外延材料的晶体质量。
可选地，相邻两个阶段中，承载盘的转速在后一个阶段中的最小值可以在前一个阶段中的最小值和最大值之间，在后一个阶段中的最大值可以大于在前一个阶段中的最大值。
承载盘的转速在后一个阶段中的最小值在前一个阶段中的最小值和最大值之间，有利于降低各个阶段中承载盘的初始转速，促进外延材料附着在衬底上进行非晶生长，有效抑制线缺陷沿生长方向延伸。同时承载盘的转速在多个阶段中逐渐增大，有利于外延材料的晶向生长，可以在线缺陷减少的情况下，提高外延材料的晶体质量。
进一步地，在相邻两个阶段之间，该生长方法还可以包括：
停止向反应室内通入反应气体，将沿第一方向转动的承载盘的转速从前一个阶段中的最大值逐渐降低至0；
将承载盘沿第二方向转动，并将承载盘的转速逐渐升高至后一个阶段中的最小值，第二方向与第一方向相反。
当承载盘转向和转速在相邻两个阶段之间调整时，停止向反应室内通入反应气体，避免反应气体对外延层的成分造成影响。
在实际应用中，可以通过关闭控制反应气体的电磁阀，实现停止向反应室内通入反应气体。
可选地，承载盘的转速在各个阶段中增大的速率可以逐渐减小。承载盘的转速在各个阶段初始较低，快速变化有利于抑制线缺陷沿生长方向延伸，同时承载盘的转速在各个阶段后续较高，缓慢变化有利于外延材料附着在衬底上稳定生长。
可选地，反应室内的温度在各个阶段中可以逐渐升高。
相应地，其它外延层(如第一N型半导体层、第三N型半导体层、P型半导体层等)在其生长过程中保持反应室内的温度不变。
反应室内的温度在各个阶段中逐渐升高，反应室内的温度在各个阶段初始较低，有利于外延材料进行非晶生长，抑制线缺陷沿生长方向延伸，而且反应室内的温度后续增大，有利于外延材料的晶向生长，可以在线缺陷减少的情况下，提高外延材料的晶体质量。
进一步地，在相邻两个阶段中，反应室内的温度在后一个阶段中的最小值可以等于反应室内的温度在前一个阶段中的最大值。
反应室内的温度在多个阶段中平稳升高，可以在减少线缺陷的情况下，提高外延材料的晶体质量。
进一步地，反应室内的温度在各个阶段中的升高速率可以相同，如5℃/min。
温度按照相同的速率进行升高，有利于反应室内的温度在多个阶段中平稳升高，避免温度的升高速度过快而造成温度曲线不稳定、以及产生颗粒。
示例性地，在第二N型半导体层的生长过程中，可以对承载盘的转向和转速、以及反应室内的温度进行6个阶段的调整。相应地，该步骤104可以包括：
在第1个阶段中，承载盘沿顺时针方向转动，转速从500rpm逐渐增大至1000rpm，反应室内的温度从900℃逐渐升高至950℃，生长厚度为100埃的第二N型半导体层；
在第2个阶段中，承载盘沿逆时针方向转动，转速从700rpm逐渐增大至1200rpm，反应室内的温度从950℃逐渐升高至1000℃，生长厚度为100埃的第二N型半导体层；
在第3个阶段中，承载盘沿顺时针方向转动，转速从900rpm逐渐增大至1400rpm，反应室内的温度从1000℃逐渐升高至1050℃，生长厚度为100埃的第二N型半导体层；
在第4个阶段中，承载盘沿逆时针方向转动，转速从1100rpm逐渐增大至1600rpm，反应室内的温度从1050℃逐渐升高至1100℃，生长厚度为100埃的第二N型半导体层；
在第5个阶段中，承载盘沿顺时针方向转动，转速从1300rpm逐渐增大至1800rpm，反应室内的温度从1100℃逐渐升高至1150℃，生长厚度为100埃的第二N型半导体层；
在第6个阶段中，承载盘沿逆时针方向转动，转速从1500rpm逐渐增大至2000rpm，反应室内的温度从1150℃逐渐升高至1200℃，生长厚度为100埃的第二N型半导体层。
步骤105：控制承载盘沿设定方向以设定转速转动，在第二N型半导体上生长第三N型半导体层。
本公开实施例通过在利用生长条件的变化减少线缺陷之后，再次控制承载盘沿设定方向以设定转速转动，以相同转向和转速继续生长N型半导体层，有利于外延材料的晶格确定，为后续的外延生长提供晶格质量和平整度优良的生长表面。
综上，本公开实施例通过在N型半导体层中间部分的生长期间，对承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，利用不断改变承载盘的转向交替改变线缺陷的延伸方向，使得线缺陷逐步减弱甚至消失；同时承载盘的转速在各个阶段中逐渐增大，有利于在各个阶段初期外延填充线缺陷的缺陷位置，减少缺陷的基础影响，经过对线缺陷延伸方向和基础的改善可以有效减少线缺陷的密度。上述生长条件的变化提高了外延片的生长质量，优化了量子阱处的晶体质量和平整度，延长了载流子的寿命，降低了LED器件的漏电，提高了氮化镓外延层的机械韧度和致密度，延长了LED器件的寿命，促进了LED的产业化推广。
示例性地，第三N型半导体层的厚度可以为1μm。
可选地，该步骤103可以包括：
控制MOCVD反应室内的温度为1100℃～1200℃(如1150℃)，在第二N型半导体上生长第三N型半导体层。
步骤106：在第三N型半导体层上依次有源层和P型半导体层。
在本实施例中，有源层可以由依次层叠的多个周期结构组成，每个周期结构由依次层叠的InGaN阱层和GaN垒层(或者AlGaN垒层)组成，GaN垒层或者AlGaN垒层将电子和空穴限制在InGaN阱层中进行辐射复合发光。
进一步地，周期结构的数量可以为6个以上，如8个，实现效果好。
示例性地，InGaN阱层的厚度可以为2nm～5nm，如3.5nm；GaN垒层或者AlGaN垒层的厚度可以为8nm～15nm，如11.5nm。InGaN阱层的生长温度可以为700℃～800℃，GaN垒层或者AlGaN垒层的生长温度可以为800℃～900℃。
例如，有源层由依次层叠的8个周期结构组成，8个周期结构中各个InGaN阱层的厚度3.5nm，GaN垒层或者AlGaN垒层的厚度为11.5nm，垒层能够完全隔开相邻两个阱层之间载流子分布波函数的重叠，避免相邻两个阱层内电子的能级耦合影响，确保内量子发光效率和发光波长。
在本实施例中，P型半导体层的主要作用是提供复合发光的空穴。进一步地，P型半导体层的材料可以采用P型掺杂(如镁)的氮化镓；P型半导体层的厚度可以为200nm。
在具体实现时，P型半导体层的生长温度可以为900℃～1000℃，如950℃。
进一步地，在P型半导体层生长之后，该生长方法还可以包括：
对P型半导体层进行退火处理，以激活P型半导体层中的镁。
可选地，该生长方法还可以包括：
在有源层生长之前，在第三N型半导体层上生长超晶格结构；其中，超晶格结构由多个N型掺杂的InGaN层和多个未掺杂的GaN层交替层叠而成。
示例性地，N型掺杂的InGaN层和未掺杂的GaN层的数量可以均为3个，N型掺杂的InGaN层中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1019/cm3；N型掺杂的InGaN层的厚度可以为1nm，未掺杂的GaN层的厚度可以为1.5nm；N型掺杂的InGaN层的生长温度可以为800℃～900℃，未掺杂的GaN层的生长温度可以为900℃～1000℃。
可选地，该生长方法还可以包括：
在P型半导体层生长之前，在有源层上生长势垒渐变层，势垒渐变层的势垒高度从有源层到P型半导体层的方向逐渐降低。
势垒渐变层的势垒高度从有源层到P型半导体层的方向逐渐降低，势垒渐变层的势垒高度在靠近P型半导体层的部分较低，有利于P型半导体层提供的空穴扩散到有源层中，同时势垒渐变层的势垒高度在靠近有源层的部分较低，可以有效阻挡从量子阱处溢出的电子。综上，势垒渐变层的势垒高度从有源层到P型半导体层的方向逐渐降低，可以提高有源层中电子和空穴的辐射复合效果，从而改善LED的内量子效率。
在实际应用中，势垒渐变层的势垒高度的变化可以采用Al组分的变化实现。示例性地，势垒渐变层中Al组分的含量从6％逐渐降低至3％。
可选地，该生长方法还可以包括：
在P型半导体层生长之后，在P型半导体层上生长P型InGaN接触层。
示例性地，P型InGaN接触层中In组分的含量以为3％，P型InGaN接触层的厚度可以为5nm，P型InGaN接触层的生长温度可以为1000℃。
需要说明的是，在本实施例中，除氮化铝缓冲层之外，其它各层(包括氮化镓缓冲层、高温外延层、第一N型半导体层、第二N型半导体层、第三N型半导体层、有源层、P型半导体层等)均可以采用Veeco K465i or C4金属有机化合物化学气相沉淀(英文：MetalOrganic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备实现生长。生长过程中，采用高纯氢气(H2)或高纯氮气(N2)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力控制在100torr～600torr。
将本公开实施例提供的方法生长的外延片和传统方法生长的外延片同时制作成芯片并进行测试。本公开实施例提供的方法生长的外延片的漏电良率从传统的91.5％提高到94.2％，漏电问题得到改善，开启电压的均值提高了0.02V。对老化后的亮度衰减比例进行跟踪，本公开实施例提供的方法生长的外延片在1000小时1.5倍电流驱动老化条件下亮度衰减率(2.1％)相比传统样品衰减率(3.8％)减少了1.7％，其他参数基本一致，外观经过200倍视场显微镜下观察表面六角形等缺陷数量明显少于传统条件外延片。
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，可以图1所示的发光二极管外延片的生长方法形成。图2为本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。参见图2，该发光二极管外延片包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的低温缓冲层20、高温外延层30、第一N型半导体层41、第二N型半导体层42、第三N型半导体层43、有源层50和P型半导体层60，第一N型半导体层41和第三N型半导体层43生长时，放置衬底的承载盘沿设定方向以设定转速转动；第二N型半导体层42生长时承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，承载盘的转向在相邻两个阶段中相反，承载盘的转速在各个阶段中逐渐增大。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括层叠在有源层50和P型半导体层60之间的势垒渐变层70，势垒渐变层70的势垒高度从有源层50到P型半导体层60的方向逐渐降低。
以上所述仅为本公开的较佳实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
将衬底放在反应室内的承载盘上；
在所述衬底上依次生长低温缓冲层和高温外延层；
控制所述承载盘沿设定方向以设定转速转动，在所述高温外延层上生长第一N型半导体层；
对所述承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，在所述第一N型半导体层上生长第二N型半导体层；其中，所述承载盘的转向在相邻两个所述阶段中相反，所述承载盘的转速在各个所述阶段中逐渐增大；
控制所述承载盘沿设定方向以设定转速转动，在所述第二N型半导体上生长第三N型半导体层；
在所述第三N型半导体层上依次有源层和P型半导体层。
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，在相邻两个所述阶段中，所述承载盘的转速在后一个所述阶段中的最小值在前一个所述阶段中的最小值和最大值之间，在后一个所述阶段中的最大值大于在前一个所述阶段中的最大值。
3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，在相邻两个所述阶段之间，所述生长方法还包括：
停止向所述反应室内通入反应气体，将沿第一方向转动的承载盘的转速从前一个所述阶段中的最大值逐渐降低至0；
将所述承载盘沿第二方向转动，并将所述承载盘的转速逐渐升高至后一个所述阶段中的最小值，所述第二方向与所述第一方向相反。
4.根据权利要求1～3任一项所述的生长方法，其特征在于，所述承载盘的转速在各个所述阶段中增大的速率逐渐减小。
5.根据权利要求1～3任一项所述的生长方法，其特征在于，所述反应室内的温度在各个所述阶段中逐渐升高。
6.根据权利要求5所述的生长方法，其特征在于，在相邻两个所述阶段中，所述反应室内的温度在后一个所述阶段中的最小值等于所述反应室内的温度在前一个所述阶段中的最大值。
7.根据权利要求5所述的生长方法，其特征在于，所述反应室内的温度在各个所述阶段中的升高速率相同。
8.根据权利要求1～3任一项所述的生长方法，其特征在于，所述生长方法还包括：
在所述P型半导体层生长之前，在所述有源层上生长势垒渐变层，所述势垒渐变层的势垒高度从所述有源层到所述P型半导体层的方向逐渐降低。
9.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括衬底(10)以及依次层叠在衬底(10)上的低温缓冲层(20)、高温外延层(30)、第一N型半导体层(41)、第二N型半导体层(42)、第三N型半导体层(43)、有源层(50)和P型半导体层(60)，所述第一N型半导体层(41)和所述第三N型半导体层(43)生长时，放置所述衬底的承载盘沿设定方向以设定转速转动；所述第二N型半导体层(42)生长时所述承载盘的转向和转速进行多个阶段的调整，所述承载盘的转向在相邻两个所述阶段中相反，所述承载盘的转速在各个所述阶段中逐渐增大。
10.根据权利要求9所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述有源层(50)和所述P型半导体层(60)之间的势垒渐变层(70)，所述势垒渐变层(70)的势垒高度从所述有源层(50)到所述P型半导体层(60)的方向逐渐降低。
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102738328A (zh) * | 2012-07-02 | 2012-10-17 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN204441320U (zh) * | 2015-03-04 | 2015-07-01 | 安徽三安光电有限公司 | 一种晶圆衬底 |
| US20160148817A1 (en) * | 2012-03-02 | 2016-05-26 | Sciocs Company Limited | Gallium nitride substrate and optical device using the same |
| CN108198915A (zh) * | 2018-01-06 | 2018-06-22 | 合肥玉晶科技有限公司 | 高亮度led制备工艺 |
| CN110246933A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-09-17 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 微型发光二极管的制备方法 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20160148817A1 (en) * | 2012-03-02 | 2016-05-26 | Sciocs Company Limited | Gallium nitride substrate and optical device using the same |
| CN102738328A (zh) * | 2012-07-02 | 2012-10-17 | 华灿光电股份有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 |
| CN204441320U (zh) * | 2015-03-04 | 2015-07-01 | 安徽三安光电有限公司 | 一种晶圆衬底 |
| CN108198915A (zh) * | 2018-01-06 | 2018-06-22 | 合肥玉晶科技有限公司 | 高亮度led制备工艺 |
| CN110246933A (zh) * | 2019-04-23 | 2019-09-17 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 微型发光二极管的制备方法 |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112186080A (zh) * | 2020-09-30 | 2021-01-05 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 发光二极管外延片的生长方法 |
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