[发明专利]LED外延生长方法

说明书

本申请公开了一种提高晶体质量的LED外延生长方法，方法包括处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上顺次生长Al_0.8Ga_0.2N层、Al_0.5Ga_0.5N层和Al_0.2Ga_0.8N层，生长不掺杂GaN层，生长掺杂Si的N型GaN层，周期性生长有源层MQW，生长P型AlGaN层，生长掺杂Mg的P型GaN层，以及降温冷却。本发明方法增加了外延晶体生长时缺陷的阻断和隔离机制，提高晶格匹配，降低位错密度，降低缺陷比例，提高晶体质量，从而提高LED发光效率、提高抗静电能力，并且改善外延片表面外观状况。同时有利于消除蓝宝石衬底对GaN薄膜的应力累积效应，减少外延片翘曲，提高产品良率。

技术领域

本发明涉及LED外延片生长技术领域，具体地说，涉及一种提高晶体质量的LED外延生长方法。

背景技术

目前普遍采用的GaN生长方法是在蓝宝石衬底上进行图形化。蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一，其单晶制备工艺成熟。GaN为蓝光LED制作基材。其中GaN外延层的衬底材料SiC，其与GaN晶格失配度小，只有3.4％，但其热膨胀系数与GaN差别较大，易导致GaN外延层断裂，并且制造成本高，为蓝宝石的10倍；衬底材料Si成本低，与GaN晶格失配度大，达到17％，生长GaN比较难，与蓝宝石比较发光效率太低；衬底材料蓝宝石晶体结构相同(六方对称的纤锌矿晶体结构)，与GaN晶格失配度大13％，易导致GaN外延层高位错密度，为此，在蓝宝石衬底上加入AlN或低温GaN外延层或SiO2层等，可降低GaN外延层位错密度。

蓝宝石与GaN间存在较大的晶格失配(13-16％)和热失配，使得GaN外延层中的失配位错密度较高(～10¹⁰cm^-2)，影响GaN外延层质量，从而影响器件质量(发光效率、漏电极、寿命等)。

传统的做法是采用低温缓冲层，通过调整蓝宝石衬底的氮化、低温缓冲层的生长温度、缓冲层的厚度等，来提高GaN外延层的晶体质量。但是，由于低温缓冲层还是属于异质外延，其提升的晶体质量有限。另外，由于各外延薄膜层之间存在较大的晶格失配，使得外延晶体薄膜在生长过程中一直受到应力的作用，导致外延片发生弯曲、翘曲。传统低温缓冲层方法在大尺寸蓝宝石衬底上进行外延晶体生长时，外延片翘曲大，导致后续芯片制作过程中研磨破片率高，产品良率低下。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种提高晶体质量的LED外延生长方法，其特征在于，包括步骤：

处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底；

在所述蓝宝石衬底上顺次生长Al_0.8Ga_0.2N层、生长Al_0.5Ga_0.5N层和生长Al_0.2Ga_0.8N层，其中，

所述生长Al_0.8Ga_0.2N层包括：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量Q1为60-70L/min的NH₃，通入流量为90-95L/min的N₂、100-110sccm的TMGa、230-250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟升高0.5℃将生长温度从800℃渐变升高至900℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8-10nm的Al_0.8Ga_0.2N层；