CN115692570A - 一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的led芯片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片及其制造方法，所述LED芯片氧化铝氧化硅复合PSS衬底、复合缓冲层和LED结构层，其中，所述复合缓冲层外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上，所述LED结构层外延生长在复合缓冲层上。所述复合缓冲层包括：氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化铝上由所述氮氧化铝/氮化铝层覆盖，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化硅上由所述氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层交错间隔覆盖。复合缓冲层在氧化铝和氧化硅材料上有更好厚度均匀性，并且可以更好缓冲氧化铝氧化硅复合PSS衬底到LED垒晶底层因材质不同引起的晶格失陪和应力释放，减少衔接层处的缺陷。
Description
技术领域
本申请涉及LED芯片技术领域，尤其涉及一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片及其制造方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种常用的发光器件，通过电子与空穴复合释放能量发光，LED产品被广泛应用于各行各业并在人们的日常生活及生产中起到重要作用。行业内主要采用MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapour Deposition，金属有机化合物化学气相沉积)法来制备LED的外延片，一般使用PSS衬底(Patterned SapphireSubstrate，图形化蓝宝石衬底)。在PSS衬底材料上生长干法刻蚀用掩膜，并用标准的光刻工艺将掩膜刻出图形，再利用ICP(inductively coupled plasma，电感耦合等离子体)刻蚀技术刻蚀蓝宝石并去掉掩膜，在其上生长GaN(氮化镓)材料，使GaN材料的纵向外延变为横向外延。一方面可以有效减少GaN外延材料的位错密度，从而减小有源区的非辐射复合，减小反向漏电流，提高LED的寿命；另一方面有源区发出的光，经GaN和蓝宝石衬底界面的多次散射，改变了全反射光的出射角，增加了倒装LED的光从蓝宝石衬底出射的几率，从而提高了光的提取效率。
LED市场趋于平稳与常规制造化，针对高阶尖端产品的需求日益迫切，尤其是高光效型产品。但是目前内量子效率提升难度日趋增大，这就使得提升外量子效率以及光萃取效率的措施显得更加重要。行业内为了提升外量子效率以及光萃取效率，一般采用氧化铝氧化硅(Al2O3/SiO2)复合PSS衬底搭配LED垒晶底层的方式，即采用Al2O3/SiO2复合PSS衬底，在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形上外延生长一层AlN(氮化铝)作为缓冲层，之后在缓冲层上外延生长LED结构层。
但是一方面因AlN和GaN材料的生长率，在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的Al2O3材料上和SiO2材料上相差比较大，使AlN缓冲层厚度均匀性不好；另一方面Al2O3/SiO2复合PSS衬底的SiO2图形部分，SiO2材料层晶格质量较差，其中存在浓度较高的氧空位缺陷等问题。
发明内容
本申请提供了一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片及其制造方法，以解决的使用AlN缓冲层厚度均匀性不好，及晶格质量较差的问题。
第一方面，本申请提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，包括：氧化铝氧化硅复合PSS衬底、复合缓冲层和LED结构层，其中，所述复合缓冲层外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上，所述LED结构层外延生长在复合缓冲层上；所述复合缓冲层包括：氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化铝上由所述氮氧化铝/氮化铝层覆盖，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化硅上由所述氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层交错间隔覆盖；所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝与所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底连接，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮化铝与LED结构层连接。
可选的，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝厚度为所述氮氧化铝/氮化铝层整体厚度的30％-60％。
可选的，所述氮氧化铝/氮化铝层厚度为100-250A，所述氮氧化硅层厚度为100-300A。
第二方面，本申请还提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，用于制造第一方面所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，所述制造方法包括：将氧化铝氧化硅复合PSS衬底放入物理气相沉积设备中，通过物理气相沉积外延生长氮氧化铝/氮化铝层，得到第一衬底；将第一衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，通过金属有机化合物化学气相沉积外延生长氮氧化硅层，得到第二衬底；在第二衬底上外延生长LED结构层。
可选的，所述将氧化铝氧化硅复合PSS衬底放入物理气相沉积设备中，通过物理气相沉积外延生长氮氧化铝/氮化铝层，得到第一衬底的步骤包括：物理气相沉积设备腔中，在氮气氛围中，采用氩气轰击铝靶材通过磁控溅射在氧化铝氧化硅复合PSS衬底基板表面，通入氧气，反应得到氮氧化铝薄膜外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上；停止通入氧气，反应得到氮化铝薄膜外延生长在氮氧化铝层上，得到第一衬底。
可选的，物理气相沉积设备溅射功率设定范围为3000-4500W，溅射温度设定范围为500-650℃；通入氧气的流量为2sccm-6sccm，通入氧气的时间为物理气相沉积外延生长整体时间的30％-60％。
可选的，所述将第一衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，通过金属有机化合物化学气相沉积外延生长氮氧化硅层，得到第二衬底的步骤包括：在金属有机化合物化学气相沉积设备中，对第一衬底采取在氢气氛围中，以第一预设温度进行热处理，热处理持续第一预设时间；气氛转化为氮气和氨气混合气氛的方式，其中氮气为载气，氨气为反应气体，用以提供氮源，以第二预设温度进行热置换反应，反应得到氮氧化硅层外延生长在第一衬底上，所述第二预设温度小于第一预设温度，热置换反应持续第二预设时间；维持氮气和氨气混合气氛，温度控制下降到第三预设温度进行退火处理，所述第三预设温度小于第二预设温度，退火处理持续第三预设时间，得到第二衬底。
可选的，所述第一预设温度范围为1050℃-1150℃，所述第一预设时间范围为1-5min；所述第二预设温度范围为800℃-1000℃，所述第二预设时间范围为5min-20min；所述第三预设温度范围为550℃-650℃，所述第三预设时间范围为20min-30min。
可选的，外延生长所述氮氧化铝/氮化铝层厚度为100-250A，外延生长所述氮氧化硅层厚度为100-300A。
本申请提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片及其制造方法，所述LED芯片氧化铝氧化硅复合PSS衬底、复合缓冲层和LED结构层，其中，所述复合缓冲层外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上，所述LED结构层外延生长在复合缓冲层上。所述复合缓冲层包括：氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化铝上由所述氮氧化铝/氮化铝层覆盖，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化硅上由所述氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层交错间隔覆盖；所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝与所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底连接，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮化铝与LED结构层连接。复合缓冲层在氧化铝和氧化硅材料上有更好厚度均匀性，并且可以更好缓冲氧化铝氧化硅复合PSS衬底到LED垒晶底层因材质不同引起的晶格失陪和应力释放，减少衔接层处的缺陷。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本申请所述一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片的结构示意图；
图2为本申请所述Al2O3/SiO2复合PSS衬底的结构示意图；
图3为一种AlN缓冲层的结构示意图；
图4为一种AlN缓冲层的LED芯片的结构示意图；
图5为一种AlN缓冲层的LED芯片的TEM图像一；
图6为一种AlN缓冲层的LED芯片的TEM图像二；
图7为本申请所述一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片的TEM图像一；
图8为本申请所述一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片的TEM图像二；
图9为本申请所述一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法的流程示意图；
图10为本申请所述第一衬底上MOCVD外延生长SiOxNy层得到第二衬底的流程示意图；
图11为本申请所述在Al2O3/SiO2复合PSS衬底上外延生长AlOxNy层的结构示意图；
图12为本申请所述在AlOxNy层上外延生长AlN层的结构示意图；
图13为本申请所述在AlOxNy/AlN层经过热处理后的结构示意图；
图14为本申请所述复合缓冲层的结构示意图；
图15为图14中圆圈部分放大的结构示意图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
外延生长是指在单晶衬底(基片)上生长一层有一定要求的、与衬底晶向相同的单晶层，犹如原来的晶体向外延伸了一段。生长外延层有多种方法，例如：液相外延(PE)、物理气相沉积(PVD)、金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)、氢化物气相外延(HVPE)、分子束外延(MBE)等，一般工业化生产采用最多的是MOCVD外延工艺。
MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉积)是在气相外延生长(VPE)的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD是以Ⅲ族、Ⅱ族元素的有机化合物和V、Ⅵ族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种Ⅲ-V主族、Ⅱ-Ⅵ副族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。MOCVD有可以精确控制晶体生长、重复性好、产量大、适合工业化大生产等优点。
物理气相沉积(Physical Vapour Deposition，PVD)技术是在真空条件下，采用物理方法，将材料源(固体或液体)表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过低压气体(或等离子体)过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜技术。
在一些实施例中，参见图2为一种Al2O3/SiO2复合PSS衬底；在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形上外延生长一层AlN(氮化铝)作为缓冲层，如图3所示；之后在AlN缓冲层上外延生长LED结构层，如图4所示。
但是一方面因AlN和GaN材料的生长率，在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的Al2O3材料上和SiO2材料上相差比较大；另一方面Al2O3/SiO2复合PSS衬底的SiO2图形部分，SiO2材料层晶格质量较差，其中存在浓度较高的氧空位缺陷等问题。图5和图6为上述实施例中，使用透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope，简称TEM)得到的微观图像，从图6中可以看出，在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的SiO2材料上AlN缓冲层的厚度为49A和74A，而在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的Al2O3材料上AlN缓冲层的厚度为125A和152A，可见，两者的厚度相差近一倍，厚度均匀性并不好。而从图5中的箭头位置可以很明显的看到Al2O3/SiO2复合PSS衬底的SiO2图形部分存在氧空位缺陷等问题。
为了解决上述问题，本申请提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，如图1所示，包括：氧化铝氧化硅(Al2O3/SiO2)复合PSS衬底、复合缓冲层和LED结构层，其中，所述复合缓冲层外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上，所述LED结构层外延生长在复合缓冲层上。
复合缓冲层,用于更好缓冲Al2O3/SiO2复合PSS衬底到LED垒晶底层因材质不同引起的晶格失陪和应力释放，减少衔接层处的缺陷；LED结构层为LED的主体工作结构，示例的，LED结构层可以包括：U型GaN层、N型GaN层、应力释放层、电子富集层、多量子阱层和P层，其中，U型GaN层作为LED垒晶底层，用于提升外量子效率以及光萃取效率；N型GaN层，用于形成LED的N型区，N型区提供的电子在量子井内与空穴复合激发出光,为LED的主要结构之一；应力释放层，用于释放晶格之间的应力；电子富集层，用于为N型区的电子产生富集效应；多量子阱层(MQW：multiple quantum well)，是指多个量子阱组合在一起的系统，就材料结构和生长过程而言多量子阱和超晶格没有实质差别，仅在于超晶格势垒层比较薄，势阱之间的耦合较强，形成微带，而多量子阱之间的势垒层厚，基本无隧穿耦合，也不形成微带，多量子阱结构主要应用于其光学特性，为LED外延结构基本结构层之一；P层，用于形成LED的P型区，为LED的主要结构之一。
所述复合缓冲层包括：氮氧化铝/氮化铝层(AlOxNy/AlN)和氮氧化硅层(SiOxNy)，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化铝上由所述氮氧化铝/氮化铝层覆盖，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化硅上由所述氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层交错间隔覆盖；所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝(AlOxNy)与所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底连接，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮化铝(AlN)与LED结构层连接。
在一种示意性的实施方式中，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝厚度为所述氮氧化铝/氮化铝层整体厚度的30％-60％，这样设置是为了减少晶格缺陷，使晶格更加致密。
在一种示意性的实施方式中，所述氮氧化铝/氮化铝层厚度为100-250A，所述氮氧化硅层厚度为100-300A，这样设置是为了更好的缓冲因材质不同引起的晶格失陪和应力释放，减少衔接层处的缺陷。
图7和图8为本申请所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片的TEM图像，从图8中可以看出，在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的SiO2材料上复合缓冲层的厚度为57A和124A，而在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的Al2O3材料上复合缓冲层的厚度为88A和117A，可见，两者的厚度相差不大。而从图7中Al2O3/SiO2复合PSS衬底的SiO2图形部分看不到有明显的晶格缺陷，其晶格更加致密。
基于上述实施例，本申请还提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，如图9所示，所述制造方法包括：
S100：将Al2O3/SiO2复合PSS衬底放入物理气相沉积(PVD)设备中，通过物理气相沉积外延生长AlOxNy/AlN层，得到第一衬底。
PVD设备腔中，PVD设备溅射功率设定范围为3000-4500W，溅射温度设定范围为500-650℃，在氮气(N2)氛围中，采用氩气(Ar)轰击铝(Al)靶材通过磁控溅射在Al2O3/SiO2复合PSS衬底基板表面，先通入氧气(O2)，通入O2的流量为2sccm-6sccm，反应得到AlOxNy薄膜外延生长在Al2O3/SiO2复合PSS衬底上，如图11所示，通入O2的时间为PVD外延生长整体时间的30％-60％，即AlOxNy厚度为AlOxNy/AlN层总厚度的30％-60％。之后停止通入氧气，反应得到氮化铝(AlN)薄膜外延生长在氮氧化铝(AlOxNy)层上，如图12所示，得到第一衬底，第一衬底是带有PVD沉积AlOxNy/AlN层的Al2O3/SiO2复合PSS衬底。
S200：将第一衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，通过金属有机化合物化学气相沉积外延生长氮氧化硅层，得到第二衬底，如图10所示。
S210：在MOCVD设备中，对第衬底以第一预设温度进行热处理。
将第一衬底转移到金属有机化合物化学气相沉积(MOCVD)设备中，在MOCVD设备中，对第一衬底采取在氢气(H2)氛围中，以第一预设温度进行热处理，示例的，所述第一预设温度范围为1050℃-1150℃；热处理持续第一预设时间，示例的，所述第一预设时间范围为1-5min。
SiO2图形表层处AlOxNy/AlN层沉积生长难度较大，SEM扫描显示其生长形貌为非薄膜式的不规则间断分布，因此，需要进行热处理以去除衬底表层水氧等杂质，且在高温过程中，可使得沉积在SiO2表层部分的AlOxNy/AlN层复合物质产生团聚效应形成间隔较大的颗粒状，从而裸露出更大面积的SiO2表层，如图13所示。
S220：以第二预设温度进行热置换反应，得到SiOxNy层。
气氛转化为氮气(N2)和氨气(NH3)混合气氛的方式，其中N2为载气，NH3为反应气体，用以提供氮(N)源，以第二预设温度进行热置换反应,所述第二预设温度小于第一预设温度，示例的，所述第二预设温度范围为800℃-1000℃，反应得到SiOxNy层外延生长在第一衬底上，如图14所示；热置换反应持续第二预设时间，示例的，所述第二预设时间范围为5min-20min，用以控制SiO2表层SiOxNy层的厚度和N置换组分浓度。
S230：温度下降到第三预设温度进行退火处理，得到第二衬底。
继续维持N2和NH3混合气氛，将温度控制下降到第三预设温度进行退火处理，所述第三预设温度小于第二预设温度，示例的，所述第三预设温度范围为550℃-650℃；退火处理持续第三预设时间，示例的，所述第三预设时间范围为20min-30min，用以去除S220步热置换反应生成的SiOxNy薄膜表层存在的大量H杂质。退火后得到第二衬底，如图14所示，第二衬底为带有复合缓冲层的Al2O3/SiO2复合PSS衬底，所述复合缓冲层包括：AlOxNy/AlN层和SiOxNy层，Al2O3/SiO2复合PSS衬底中的Al2O3上由所述AlOxNy/AlN层覆盖，Al2O3/SiO2复合PSS衬底中的SiO2上由AlOxNy/AlN层和SiOxNy层交错间隔覆盖，如图15所示。示例的，外延生长AlOxNy/AlN层厚度为100-250A，外延生长SiOxNy层厚度为100-300A。
S300：在第二衬底上外延生长LED结构层。
示例的，可以在第二衬底上依次外延生长U型GaN层、N型GaN层、应力释放层、电子富集层、多量子阱层和P层等LED结构层，外延生长LED结构层可以采用现有技术，本申请不再赘述。
图7和图8为使用上述制造方法制造的LED芯片的TEM图像，从图8中可以看出，在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的SiO2材料上复合缓冲层的厚度为57A和124A，而在Al2O3/SiO2复合PSS衬底图形部分的Al2O3材料上复合缓冲层的厚度为88A和117A，可见，两者的厚度相差不大。而从图7中Al2O3/SiO2复合PSS衬底的SiO2图形部分看不到有明显的晶格缺陷，其晶格更加致密。相比于图5和图6中的LED芯片，复合缓冲层在Al2O3/SiO2复合PSS衬底的Al2O3材料上和SiO2材料上的厚度均匀性有很大的提高，而且在SiO2图形部分没有明显的晶格缺陷，其晶格质量也有很大的提高。
本申请提供一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片及其制造方法，所述LED芯片氧化铝氧化硅复合PSS衬底、复合缓冲层和LED结构层，其中，所述复合缓冲层外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上，所述LED结构层外延生长在复合缓冲层上。所述复合缓冲层包括：氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化铝上由所述氮氧化铝/氮化铝层覆盖，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化硅上由所述氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层交错间隔覆盖；所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝与所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底连接，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮化铝与LED结构层连接。复合缓冲层在氧化铝和氧化硅材料上有更好厚度均匀性，并且可以更好缓冲氧化铝氧化硅复合PSS衬底到LED垒晶底层因材质不同引起的晶格失陪和应力释放，减少衔接层处的缺陷。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。
Claims (9)
1.一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，其特征在于，包括：氧化铝氧化硅复合PSS衬底、复合缓冲层和LED结构层，其中，所述复合缓冲层外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上，所述LED结构层外延生长在复合缓冲层上；
所述复合缓冲层包括：氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层，
所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化铝上由所述氮氧化铝/氮化铝层覆盖，所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底中的氧化硅上由所述氮氧化铝/氮化铝层和氮氧化硅层交错间隔覆盖；
所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝与所述氧化铝氧化硅复合PSS衬底连接，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮化铝与LED结构层连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，其特征在于，所述氮氧化铝/氮化铝层中的氮氧化铝厚度为所述氮氧化铝/氮化铝层整体厚度的30％-60％。
3.根据权利要求1所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，其特征在于，所述氮氧化铝/氮化铝层厚度为100-250A，所述氮氧化硅层厚度为100-300A。
4.一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，用于制造权利要求1-3所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片，其特征在于，所述制造方法包括：
将氧化铝氧化硅复合PSS衬底放入物理气相沉积设备中，通过物理气相沉积外延生长氮氧化铝/氮化铝层，得到第一衬底；
将第一衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，通过金属有机化合物化学气相沉积外延生长氮氧化硅层，得到第二衬底；
在第二衬底上外延生长LED结构层。
5.根据权利要求4所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，其特征在于，所述将氧化铝氧化硅复合PSS衬底放入物理气相沉积设备中，通过物理气相沉积外延生长氮氧化铝/氮化铝层，得到第一衬底的步骤包括：
物理气相沉积设备腔中，在氮气氛围中，采用氩气轰击铝靶材通过磁控溅射在氧化铝氧化硅复合PSS衬底基板表面，通入氧气，反应得到氮氧化铝薄膜外延生长在氧化铝氧化硅复合PSS衬底上；
停止通入氧气，反应得到氮化铝薄膜外延生长在氮氧化铝层上，得到第一衬底。
6.根据权利要求5所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，其特征在于，物理气相沉积设备溅射功率设定范围为3000-4500W，溅射温度设定范围为500-650℃；通入氧气的流量为2sccm-6sccm，通入氧气的时间为物理气相沉积外延生长整体时间的30％-60％。
7.根据权利要求4所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，其特征在于，所述将第一衬底放入金属有机化合物化学气相沉积设备中，通过金属有机化合物化学气相沉积外延生长氮氧化硅层，得到第二衬底的步骤包括：
在金属有机化合物化学气相沉积设备中，对第一衬底采取在氢气氛围中，以第一预设温度进行热处理，热处理持续第一预设时间；
气氛转化为氮气和氨气混合气氛的方式，其中氮气为载气，氨气为反应气体，用以提供氮源，以第二预设温度进行热置换反应，反应得到氮氧化硅层外延生长在第一衬底上，所述第二预设温度小于第一预设温度，热置换反应持续第二预设时间；
维持氮气和氨气混合气氛，温度控制下降到第三预设温度进行退火处理，所述第三预设温度小于第二预设温度，退火处理持续第三预设时间，得到第二衬底。
8.根据权利要求7所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，其特征在于，所述第一预设温度范围为1050℃-1150℃，所述第一预设时间范围为1-5min；所述第二预设温度范围为800℃-1000℃，所述第二预设时间范围为5min-20min；所述第三预设温度范围为550℃-650℃，所述第三预设时间范围为20min-30min。
9.根据权利要求4所述的一种基于氧化铝氧化硅复合衬底的LED芯片制造方法，其特征在于，外延生长所述氮氧化铝/氮化铝层厚度为100-250A，外延生长所述氮氧化硅层厚度为100-300A。
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Cited By (3)
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