CN113363362B - 一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构，在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层远离所述衬底的一侧上生长预备2D层；在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层；本发明在缓冲层晶胞远离缓冲层的一侧上生长预备2D层，预备2D层能够填平缓冲层上的晶胞间隙，使得缓冲层生长有预备2D层的一侧形成较大的平台，在此基础上继续生长的3D层和2D层晶体更加规整，使得之后生长的N型氮化镓结构规整，从而实现质量提高，克服现有大规格衬底上晶胞间隙小，2D层和3D层的受间隙影响不规整导致N型氮化镓层生长质量低的问题，特别适用于在大规格衬底上生长高质量的外延结构。

Description

一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构
技术领域
本发明涉及LED芯片制造领域，尤其涉及一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构。
背景技术
外延是指在具有一定结晶取向的原有晶体（衬底）上延伸出的，按一定晶体学方向生长出的薄膜。衬底晶胞通常按底宽区分有2.70-2.75um、2.75-2.80um、2.80-2.85um、2.85-2.90um、2.90-2.95um等规格，高度一般在1.7-2.0um。一般来说，衬底规格越大，越有利于GaN与衬底界面散射时反射光出射角的改变，增加出光几率，从而提高出光效率，提升亮度。但是，衬底规格越大，衬底晶胞间隙会越小，越难在衬底上生长出高品质的GaN材料。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构，实现在衬底上生长高质量外延结构。
为了解决上述技术问题，本发明采用的一种技术方案为：
一种在衬底上生长外延结构的方法，包括步骤：
在衬底上生长缓冲层；
在所述缓冲层远离所述衬底的一侧上生长预备2D层；
在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层。
为了解决上述技术问题，本发明采用的另一种技术方案为：
一种外延结构，包括依次层叠设置的衬底、缓冲层和3D层，还包括预备2D层；
所述预备2D层设置于所述缓冲层和所述3D层之间。
本发明的有益效果在于：在缓冲层晶胞远离缓冲层的一侧上生长预备2D层，预备2D层能够填平缓冲层上的晶胞间隙，使得缓冲层生长有预备2D层的一侧形成较大的平台，在此基础上继续生长的3D层和2D层晶体更加规整，使得之后生长的N型氮化镓结构规整，从而实现质量提高，克服现有衬底上晶胞间隙小，2D层和3D层的受间隙影响不规整导致N型氮化镓层生长质量低的问题，特别适用于在大规格衬底上生长高质量的外延结构。
附图说明
图1为本发明实施例的一种在衬底上生长外延结构的方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例的一种外延结构的示意图；
图3为现有技术的一种外延结构示意图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图予以说明。
请参照图1，一种在衬底上生长外延结构的方法，包括步骤：
在衬底上生长缓冲层；
在所述缓冲层远离所述衬底的一侧上生长预备2D层；
在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层。
从上述描述可知，本发明的有益效果在于：在缓冲层晶胞远离缓冲层的一侧上生长预备2D层，预备2D层能够填平缓冲层上的晶胞间隙，使得缓冲层生长有预备2D层的一侧形成较大的平台，在此基础上继续生长的3D层和2D层晶体更加规整，使得之后生长的N型氮化镓结构规整，从而实现质量提高，克服现有衬底上晶胞间隙小，2D层和3D层的受间隙影响不规整导致N型氮化镓层生长质量低的问题，特别适用于在大规格衬底上生长高质量的外延结构。
进一步地，将所述预备2D层生长至缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处。
由上述描述可知，将所述预备2D层生长至缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处，填平晶胞间隙的效果更好，更利于大平台的形成，从而利于3D层生长时的规则排布。
进一步地，所述生长预备2D层包括：
以大于或等于4um/h的生长速度生长所述预备2D层。
由上述描述可知，以大于4um/h的生长速度生长预备2D层，有利于稳固预备2D层和缓冲层之间的结合，使得预备2D层的结构更加稳定。
进一步地，所述生长预备2D层包括：
以100-200torr的压力、1010-1060℃的温度及800-1200转/秒的转速生长所述预备2D层，生长时间为2-8分钟。
由上述描述可知，根据设定的压力、温度及转速在预设时间内进行预备2D层的生长，保证晶胞生长的稳定和规律，保证最终形成的平台的质量，从而保证在平台上生长的3D层的质量。
进一步地，所述生长预备2D层包括：
以包括三甲基铟的材料作为原材料生长所述预备2D层。
由上述描述可知，以三甲基铟作为预备2D层生长的金属有机源原材料，其中的铟的大分子能够起到类似表面活性剂的作用，增强氮化镓生长时的表面迁移能力，起到快速填充晶胞间隙的作用。
进一步地，所述生长缓冲层具体为：
通过CVD沉积设备沉积厚度为16-22nm的氮化铝缓冲层。
由上述描述可知，通过CVD沉积设备沉积氮化铝缓冲层，为后续生长氮化镓做过渡准备，且该技术成熟，便于控制。
进一步地，还包括：在所述3D层上远离所述缓冲层的一侧依次生长2D层、N型氮化镓层、多层量子阱、P型氮化镓层及欧姆接触层。
由上述描述可知，制备完整的外延结构，通过后续加工能够实现LED芯片的基本功能。
进一步地，所述在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层具体为：
以氮化镓为原材料，在所述预备2D层上以300-500torr的压力，1000-1050℃的温度及500-800转/秒的转速纵向生长所述3D层；
在所述3D层上生长2D层具体为：
以氮化镓为原材料，在所述3D层上以100-500torr的压力，1000-1050℃的温度及600-1200转/秒的转速横向生长所述2D层。
由上述描述可知，先在预备2D层上纵向生长3D层，再在3D层上横向生长2D层，预备2D层为3D层提供了规整的大平台，保证了3D层的晶胞之间的规则排布，规则的3D层保证了2D层的质量，从而保证了外延片的整体质量。
请参照图2，一种外延结构，包括依次层叠设置的衬底、缓冲层和3D层，其特征在于，还包括预备2D层；
所述预备2D层设置于所述缓冲层和所述3D层之间。
由上述描述可知，在所述缓冲层和所述3D层之间增设预备2D层，预备2D层能够填平缓冲层上的晶胞间隙，使得缓冲层上有预备2D层的一侧形成较大的平台，预备2D层能够填充缓冲层上的晶胞间隙，使得3D层能够在大平台上生长，保证3D层的生长质量。
进一步地，还包括2D层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层；
所述2D层、所述N型氮化镓层、所述多层量子阱层、所述P型氮化镓层及所述欧姆接触层在所述3D层远离所述预备2D层的一侧沿远离所述3D层的方向依次排列。
请参照图1，本发明的实施例一为：
一种在衬底上生长外延结构的方法，包括步骤：
在衬底上生长缓冲层，具体的，通过CVD（Chemical Vapor Deposition，化学气相沉积）沉积设备沉积厚度为16-22nm的氮化铝缓冲层；
在所述缓冲层远离所述衬底的一侧上生长预备2D层，具体的：
以包括三甲基铟的材料作为原材料、大于或等于4um/h的生长速度、100-200torr的压力、1010-1060℃的温度及800-1200转/秒的转速生长预备2D层，生长时间为2-8分钟；预备2D层生长到缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处，即预备2D层远离所述衬底的一侧位于所述缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处；
在一种可选的实施方式中，选择包括三甲基铟及三甲基镓的材料作为原材料生长预备2D层；其中三甲基镓为预备2D层的基础材料；
在一种可选的实施方式中，以4-6um/h的生长速度生长预备2D层；
在一种可选的实施方式中，以4um/h的生长速度、100torr的压力、1010℃的温度及800转/秒的转速生长预备2D层，生长时间为2分钟；
在一种可选的实施方式中，以5um/h的生长速度、150torr的压力、1035℃的温度及1000转/秒的转速生长预备2D层，生长时间为5分钟；
在一种可选的实施方式中，以6um/h的生长速度、200torr的压力、1060℃的温度及1200转/秒的转速生长预备2D层，生长时间为8分钟；
在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上依次生长3D层、2D层、N型氮化镓层、多层量子阱、P型氮化镓层及欧姆接触层：
其中，在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层具体为：
以氮化镓为原材料，在所述预备2D层上以300-500torr的压力，1000-1050℃的温度及500-800转/秒的转速纵向生长所述3D层；
在所述3D层上生长2D层具体为：
以氮化镓为原材料，在所述3D层上以100-500torr的压力，1000-1050℃的温度及600-1200转/秒的转速横向生长所述2D层。
请参照图2，本发明的实施例二为：
一种外延结构，包括依次层叠设置的衬底、缓冲层、预备2D层、3D层、2D层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层；
衬底的图形高度大于或等于1.9um，所述衬底的直径大于2.85um；
在一种可选的实施方式中，衬底材料为蓝宝石（Al2O3）、硅（Si）或碳化硅（SiC）；
所述缓冲层的厚度为16-22nm；
所述3D层的厚度为1.2-2um；
所述2D层的厚度为1.2-2um；
所述N型氮化镓层的厚度为1.8-2.2um；
所述多层量子阱的厚度为130-160nm；
所述P型氮化镓层的厚度为50-80nm；
所述欧姆接触层的厚度为2-5nm。
综上所述，本发明提供了一种在衬底上生长外延结构的方法及外延结构，在缓冲层与3D层之间使用氮化铟镓作为原材料快速生长预备2D层，预备2D层能够填平缓冲层晶胞间隙，提供规整的大平台供3D层进行生长，保证了纵向生长的3D层的晶胞生长质量，进而保证了在3D层上横向生长的晶胞质量，从而为后续的N型氮化镓层的生长提供了规整的平台，最终保证了外延片的质量，特别适用于在大规格的衬底上进行外延的生长，保证了大衬底外延的质量，从而使得大规格衬底能够发挥出有利于氮化镓与衬底界面散射时发射光出射角的改变的特性，增加外延结构的出光效率，提升亮度，从而增加效益，并且，氮化铟镓中的铟大分子能够起到类似表面活性剂的作用，增强氮化镓生长时的表面迁移能力，降低晶胞间隙对氮化镓生长的影响，起到快速填充的作用，在衬底缓冲层上形成较大的平台。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种在衬底上生长外延结构的方法，其特征在于，包括步骤：
在衬底上生长缓冲层；
在所述缓冲层远离所述衬底的一侧上生长预备2D层；
在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层；
在所述缓冲层上生长预备2D层包括：将所述预备2D层生长至缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处，即预备2D层远离所述衬底的一侧位于所述缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处；
所述生长预备2D层包括：
以100-200torr的压力、1010-1060℃的温度及800-1200转/秒的转速生长所述预备2D层，生长时间为2-8分钟；
所述生长预备2D层还包括：
以包括三甲基铟的材料作为原材料生长所述预备2D层。
2.根据权利要求1所述的一种在衬底上生长外延结构的方法，其特征在于，所述生长预备2D层包括：
以大于或等于4um/h的生长速度生长所述预备2D层。
3.根据权利要求1所述的一种在衬底上生长外延结构的方法，其特征在于，所述生长缓冲层具体为：
通过CVD沉积设备沉积厚度为16-22nm的氮化铝缓冲层。
4.根据权利要求1所述的一种在衬底上生长外延结构的方法，其特征在于，还包括：在所述3D层上远离所述缓冲层的一侧依次生长2D层、N型氮化镓层、多层量子阱、P型氮化镓层及欧姆接触层。
5.根据权利要求4所述的一种在衬底上生长外延结构的方法，其特征在于，所述在所述预备2D层远离所述缓冲层的一侧上生长3D层具体为：
以氮化镓为原材料，在所述预备2D层上以300-500torr的压力，1000-1050℃的温度及500-800转/秒的转速纵向生长所述3D层；在所述3D层上生长2D层具体为：
以氮化镓为原材料，在所述3D层上以100-500torr的压力，1000-1050℃的温度及600-1200转/秒的转速横向生长所述2D层。
6.一种外延结构，包括依次层叠设置的衬底、缓冲层和3D层，其特征在于，还包括预备2D层；
所述预备2D层设置于所述缓冲层和所述3D层之间；
所述预备2D层远离所述衬底的一侧位于所述缓冲层上晶胞厚度为缓冲层整体厚度的1/4-3/4处；
生长预备2D层包括：
以100-200torr的压力、1010-1060℃的温度及800-1200转/秒的转速生长所述预备2D层，生长时间为2-8分钟；
生长预备2D层还包括：
以包括三甲基铟的材料作为原材料生长所述预备2D层。
7.根据权利要求6所述的一种外延结构，还包括2D层、N型氮化镓层、多层量子阱层、P型氮化镓层及欧姆接触层；
所述2D层、所述N型氮化镓层、所述多层量子阱层、所述P型氮化镓层及所述欧姆接触层在所述3D层远离所述预备2D层的一侧沿远离所述3D层的方向依次排列。
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