[发明专利]具有翘曲调节结构层的LED外延结构及其生长方法

说明书

一种具有翘曲调节结构层的LED外延结构及其生长方法，在LED的高温GaN层和高温N型GaN层之间插入翘曲调节结构层，该结构为Si₃N₄/GaN/AlGaN/GaN超晶格层，该结构周期数量1‑40个，单周期厚度31‑1930nm，生长温度700‑1200℃，生长生长压力50‑300torr，其中Si₃N₄层和AlGaN层生长条件可以相同也可以不同，当Si₃N₄层和AlGaN层生长条件不同时，通过中间的GaN层过渡条件变化，然后通过调节Si₃N₄层厚度和SiH₄流量、调节AlGaN层厚度和Al组分，进行配合，调节外延片生长过程中的翘曲程度，从而提高LED外延片产品单片片内参数均匀性，提高LED外延片良率。

技术领域

本发明涉及一种用于调节生长翘曲程度提升产品良率的LEDLED(发光二极管)的外延结构生长方法，属于LED制备技术领域。

背景技术

宽禁带半导体是继硅和砷化镓之后的第三代半导体材料，近年来越来越受到人们的重视，目前广泛研究的主要包含了III-V族与II-VI化合物半导体材料、碳化硅(SiC)和金刚石薄膜等，在蓝绿光、紫外光LED、LD、探测器和微波功率器件等方面获得了广泛的应用。由于其优良的特性和广泛的应用，受到广泛的关注。特别是Ⅲ-Ⅴ族半导体材料中的氮化镓(GaN)材料，由于其在半导体照明应力的商业化应用，成为了当今全球半导体领域的研究热点。

Ⅲ族氮化物材料包含AlN、GaN、InN和他们的合金，通过控制其组份，可使其禁带宽度从InN的0.9eV至AlN的6.2eV连续变化，对应的波长范围覆盖整个可见光区，并可延伸至紫外区域。这一类材料是直接带隙材料，并具有热导率高、发光效率高、介电常数小、化学性质稳定、硬度大和耐高温等特点，是制作激光二极管(LD)、高亮度蓝绿光发光二极管(LED)和异质结场效应晶体管(HFETs)等器件的理想材料。尤其是其中的LED器件，已在半导体照明领域获得了广泛的应用。

LED由于发光效率高、功耗低、不含有毒物质汞、绿色环保，从而赢得关注。随着发光二极管LED的发光效率的迅速改善，亮度的快速提高，LED具有越来越广阔的市场。

对于GaN蓝光LED来说，外延片产品的单片片内参数均匀性非常重要，这些参数包含波长、厚度、掺杂等。在规模化生产过程中，由于蓝宝石(Al₂O₃)衬底与GaN材料之间的晶格失配以及热失配，在外延生长过程中会影响LED外延片的整体翘曲程度，以致在生长量子阱区(MQW)时外延片的温场和生长状态会因自身翘曲而产生差异，所生长出来的LED外延片的波长以及电性参数单片片内将存在较大的差异，最终影响到LED产品参数的单片均匀性。

因此，有必要提出一种LED生长工艺，调节和改变MQW生长前的外延片翘曲程度，优化LED外延片的单片片内均匀性，提高LED外延片产品的单片片内参数均匀性，提高产品良率。

中国专利文献CN105070652A公开的《GaN层生长方法及所得LED外延层和LED芯片》，是在成核层上分别生长两层GaN层，通过调节这两层GaN层的生长时间、压力和温度，实现对GaN晶体的分段生长，使分段生长所得具有少许差别的GaN晶体相互配合，从而实现GaN晶体的结晶质量的提升，并减少GaN晶体与衬底晶体之间的晶格失配。该方法只是从过渡生长的手段减少晶格失配，效果一般，并不是从直接改变生长翘曲的方面进行研究，不能通过改变翘曲实现对单片片内参数均匀性的提升。

中国专利文献CN104409590A公开的《LED外延结构及其生长方法》，是一种在高温N型GaN层上生长Si₃N₄/GaN超晶格层和不掺杂的GaN层交替排列的过渡层，减少高温N型GaN层和发光层之间的应力。该方法并不能对MQW前外延片翘曲程度进行有效调节，且在高温N型GaN和发光区之间插入过渡层，会极大的影响LED产品的性能。