[发明专利]一种大尺寸发光二极管外延片及其生长方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体技术领域，具体涉及发光二极管外延结构的生产技术领域。

技术背景

近年来，氮化物基LED芯片广泛地应用于显示屏、背光、照明以及路灯等众多领域，随着LED的大规模应用，市场对于LED的生产效率、生产成本等提出更高的要求，需要外延持续降低LED制造成本，采用更大尺寸衬底成为必然趋势。

目前LED市场上外延片主要以4英寸和2英寸为主，6英寸乃至更大尺寸的外延技术尚不成熟，最主要原因之一就是大尺寸的外延片在生长过程中容易出现裂片、碎片现象，且外延片均匀性较差，产品良率低，这是大尺寸外延片在规模量产中棘手的问题。

发明内容

本发明针对大尺寸衬底上生长外延裂片及外延片均匀性差的问题，提出一种大尺寸发光二极管外延片及其生长方法。

本发明包括设置在衬底同一侧的缓冲层、非故意掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型掺杂GaN层，特点是：所述缓冲层由第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层组成，第一缓冲层设置在衬底上，第二缓冲层设置在第一缓冲层和第三缓冲层之间。

本发明采用三层缓冲层的设计主要作用是能有效释放衬底与GaN因热膨胀系数不同而产生的应力，也可以降低衬底与GaN晶格常数不同导致的应力，减少大尺寸外延在高温生长过程中衬底破碎、裂片的几率，为氮化物薄膜结构层中非故意掺杂GaN层及有源层结构的生长打好基础，可以极大地提高大尺寸外延材料质量，改善大尺寸外延片波长均匀性，调整外延片的翘曲，解决大尺寸外延片规模量产的工艺难点。

进一步地，本发明所述第一缓冲层的厚度为10～200nm，材料为InN；第二缓冲层的厚度为10～100nm，材料为AlxGayN，所述AlxGayN中0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y=1；第三缓冲层的厚度为10～300nm，材料为AlmGanN，所述AlmGanN中0≤m≤1，0≤n≤1，且m+n=1。

本发明中第一缓冲层材质为InN，其好处是InN热膨胀系数小于衬底材料、GaN、AlN中，且InN的晶格常数大于AlN和GaN，低温时在衬底上生长一层InN，可以更好的释放掉衬底在升温过程中产生的应力，低温InN也可以为第二缓冲层生长提供成核位，有利于第二缓冲层工艺的生长。

第二缓冲层与第三缓冲层为AlN、GaN的一种或其合金，能更好的降低衬底与GaN间的晶格失配，第二缓冲层与第三缓冲层相配合，通过调整第二缓冲层和第三缓冲层的温度及厚度，可以改变外延片翘曲，便于非故意掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型掺杂GaN层的均匀沉积，提高外延片的均匀性。

本发明另一目的是提出一种大尺寸发光二极管外延片的生长方法。

生长方法包括采用有机金属化学气相沉积（MOCVD）法，在衬底上依次外延生长缓冲层非故意掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型掺杂GaN层，其特点是：缓冲层生长包括在衬底上依次进行第一缓冲层、第二缓冲层和第三缓冲层的生长。

以上缓冲层的具体生长方案是：

先向反应腔通入NH₃，反应腔温度升高到150～400℃，反应腔压力设置为200～400mbar，生长第一缓冲层InN；

然后在反应腔中通入H₂，将反应腔温度升高至1100～1300℃，恒温持续200～500秒后，再将反应腔温度降低至500～600℃，反应腔压力设置为500～600mbar生长第二缓冲层AlxGayN，所述AlxGayN中0≤x≤1，0≤y≤1，且x+y=1；

再将反应腔温度升高至900～1200℃，反应腔压力设置为600～800mbar生长第三缓冲层AlmGanN，所述AlmGanN中0≤m≤1，0≤n≤1，且m+n=1。

并且，生长的所述第一缓冲层厚度为10～200nm，生长的所述第二缓冲层的厚度为10～100nm，生长的所述第三缓冲层的厚度为10～300nm。

然后再按常规方式，在第三缓冲层上依次生长非故意掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型掺杂GaN层。

该三层缓冲层的生长方法相较于传统的单层缓冲层，能更好的释放掉蓝宝石与GaN间的应力，提高了大尺寸外延片在磊晶过程中的晶体质量，通过该三层缓冲层可以调整外延片生长时翘曲，改善外延片波长均匀性，解决了大尺寸外延片规模量产中的工艺难点。

附图说明

图1为本发明的外延结构示意图。