一种led外延层生长方法
【技术领域】
[0001] 本申请涉及LED芯片制造技术，更具体地，涉及一种LED外延层生长方法。
【背景技术】
[0002] 发光二极管（Light-EmittingDiode，简称LED)是一种将电能转化为光能的半导 体电子器件。当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光。LED作为一种高效、 环保、绿色新型固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优 点，正在被迅速广泛地得到应用。如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、 户外全彩显示屏等。尤其是在照明领域，大功率芯片是未来LED发展的趋势。
[0003] 在制作LED芯片技术中，如何提高LED芯片的出光效率是本领域研宄的热点。通 常地，使用蓝宝石图形衬底（PSS)做LED芯片衬底，不仅可以降低GaN基LED外延片的位错 密度，还可以大幅度地提高LED芯片的出光效率。由于GaN的折射率（n= 2. 4)比空气（n =1)高，光只有在一定角度内才能从GaN基LED芯片内部传输到空气中，因此PSS(蓝宝石 图形衬底）深度越深反射角度越大、底宽越大反射面积越大，即出光效率越大，但是传统的 两步生长法很难实现高深宽底度PSS(蓝宝石图形衬底）的GaN外延生长。
[0004] 传统LED结构外延生长方法步骤如下：
[0005] (1)、在温度为1000-1300°C、压力为50-150mbar下处理衬底1，处理时间为5-10 分钟；
[0006] (2)、在温度550-650°C、压力为600-900mbar下，在衬底上生长低温GaN缓冲层；
[0007] (3)、反应腔升高温度到1000-1200°C，压力维持在150-600mbar，持续生长非掺杂 GaN层；
[0008](4)、然后持续生长掺杂Si的N型GaN层，Si掺杂浓度5E+18-2E+19,总厚度控制 在 2-4ym;
[0009](5)、周期性生长有源层MQW;
[0010] (6)、生长P型AlGaN层；
[0011] (7)、生长P型GaN层；
[0012] (8)、最后降温至700-800°C，保温20-30min，在炉内冷却。
[0013] 金属化学气相沉积法M0CVD，是一种在基板上成长半导体薄膜的方法。原理是在载 流气体通过有机金属反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体 混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长。
【发明内容】
[0014] 为了解决在上述现有技术中出现的问题，本发明的目的是提供一种LED外延层生 长方法。
[0015] 本发明提供了一种LED芯片外延层生长方法，所述LED芯片是通过对基板进行处 理得到的，所述基板包括：衬底，位于所述衬底之上的缓冲层，位于所述缓冲层之上的N型 GaN层，位于所述N型GaN层之上的发光层以及位于所述发光层之上的P型GaN层，所述方 法包括：
[0016] 对所述衬底溅镀缓冲层；
[0017] 利用金属化学气相沉积法MOCVD处理溅镀过缓冲层的衬底；
[0018] 利用金属化学气相沉积法MOCVD生长非掺杂GaN层；
[0019] 持续生长掺杂Si的N型GaN层；
[0020] 利用金属化学气相沉积法MOCVD生长有源层MQW;
[0021] 利用金属化学气相沉积法MOCVD生长P型AlGaN层；
[0022] 利用金属化学气相沉积法MOCVD生长P型GaN层；以及
[0023] 降温至700°C_800°C，保温20min-30min，冷却得到LED芯片外延层。
[0024] 进一步地，其中，先通过溅镀方式对所述衬底镀上A1N薄膜缓冲层；利用金属化学 气相沉积法MOCVD处理溅镀过缓冲层的衬底；再通过金属化学气相沉积法MOCVD在所述溅 镀A1N薄膜缓冲层之后的衬底上生长出非掺杂GaN层；之后在所述非掺杂GaN层上持续生 长出掺杂Si的N型GaN层；接着在所述掺杂Si的N型GaN层上生长出有源层MQW;然后在 所述有源层MQW上生长出P型AlGaN层；最后在所述P型AlGaN层上生长出P型GaN层。
[0025] 进一步地，其中，所述通过溅镀方式对所述衬底镀上A1N薄膜缓冲层，进一步包 括：使用溅镀机在衬底上镀上A1N薄膜缓冲层。
[0026] 进一步地，其中，所述A1N薄膜缓冲层厚度为10nm-50nm。
[0027] 进一步地，其中，所述利用金属化学气相沉积法MOCVD处理溅镀过缓冲层的衬底， 进一步包括：将溅镀好A1N薄膜的衬底放入MOCVD反应腔，升高温度到1000°C-1300°C，降 低压力到50mbar-150mbar，在氢气气氛下处理派镀过A1N薄膜的衬底5-10分钟。
[0028] 进一步地，其中，所述通过金属化学气相沉积法MOCVD在所述溅镀A1N薄膜缓冲层 之后的衬底上生长出非掺杂GaN层，进一步包括：保持反应腔温度在1000°C-1200°C，压力 维持在 150mbar-600mbar，通入 15000sccm-30000sccm的NH3 和 100sccm_250sccm的TMGa， 生长非掺杂GaN层600s_1500s，非掺杂GaN层厚度为2ym_4ym。
[0029] 进一步地，其中，所述持续生长掺杂Si的N型GaN层，进一步包括：持续生长 1800s-3600s得到掺杂Si的N型GaN层，所述掺杂Si的N型GaN层的厚度为2-4ym，其中， Si掺杂浓度为5E+18-2E+19。
[0030] 进一步地，其中，利用金属化学气相沉积法MOCVD生长有源层MQW，进一步包括：周 期性生长有源层MQW，
[0031]维持MOCVD反应腔压力在 300mbar-400mbar，温度为 700°C_750°C，向MOCVD反应 腔通入 30000sccm-45000sccm的NH3、70sccm_100sccm的TEGa和 600sccm_900sccm的TMIn， 生长出 100sec-150sec的InxGa(l-x)N(x= 0? 015-0. 25)阱层，厚度为 2. 5nm-3. 2nm，其中， In掺杂浓度为1E+20至5E+20 ;
[0032] 然后，升高温度至800°C_850°C，压力保持在300mbar-400mbar不变，向反应腔通 入 30000sccm-45000sccm的NH3 和 250sccm-400sccm的TEGa，生长出GaN层，所述GaN层厚 度为8nm-12nm;其中，
[0033]所述InxGa(l_x)N/GaN周期数为10-15。
[0034] 进一步地，其中，所述利用金属化学气相沉积法MOCVD生长P型AlGaN层，进一步 包括：在MOCVD反应腔中，升高温度到900°C-1000°C，维持压力在200mbar-400mbar，持续 生长P型AlGaN层，其中，A1掺杂浓度1E+20-3E+20,Mg掺杂浓度5E+18-1E+19,所述P型 AlGaN层厚度为 20nm_50nm。
[0035] 进一步地，其中，所述利用金属化学气相沉积法MOCVD生长P型GaN层，进一步包 括：在M0CVD反应腔中，维持温度在930°C_950°C及反应腔压力为200mbar-600mbar，持续 生长掺镁的P型GaN层，其中，Mg掺杂浓度为1E+19-1E+20,所述掺镁的P型GaN层厚度为 100nm-300nm〇
[0036] 与现有技术相比，本申请所述的LED外延层生长方法，具有以下优点：
[0037] 本方案在高深宽底蓝宝石图形衬底（PSS)溅镀上A1N薄膜，并采用金属化学气相 沉积法MOCVD在A1N薄膜上生长GaN层，加深了衬底深度、增大了反射角度及底宽，从而增 大了反射面积，也就是提高了LED芯片的出光效率。
[0038] 当然，实施本申请的任一方法不一定需要同时达到以上所述的所有技术效果。
【附图说明】
[0039] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申 请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0040] 图1是现有的LED外延层生长方法的流程示意图。
[0041] 图2是现有的LED外延层结构示意图；
[0042] 图3是本发明的LED外延层生长方法的流程示意图；
[0043] 图4是本发明的LED外延层结构示意图；
[0044] 图5是本发明的LED外延片蓝宝石图形衬底的截面图。
【具体实施方式】
[0045] 如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员 应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以 名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在 通篇说明书及权利要求当中所提及的"包含"为一开放式用语，故应解释成"包含但不限定 于"。"大致"是指在可接收的误差范围内，本领域技术人员能够在一定误差范围内解决所 述技术问题，基本达到所述技术效果。此外，"耦接"一词在此包含任何直接及间接的电性 耦接手段。因此，若文中描述一第一装置耦接于一第二装置，则代表所述第一装置可直接电 性耦接于所述第二装置，或通过其他装置或耦接手段间接地电性耦接至所述第二装置。说 明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目 的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
[0046] 以下结合附图对本申请作进一步详细说明，但不作为对本申请的限定。
[0047] 图1和图2分别为现有技术生长LED外延层的流程图和现有技术LED外延层结构 示意图。现有技术中传统两步生长法主要是通过先在蓝宝石图形衬底上生长低温缓冲GaN 层，然后持续生长出不掺杂GaN层。传统的两步生长法很难实现高深宽底蓝宝石图形衬底 的GaN外延生长。通过传统方法得到的LED外延片的步骤包括：
[0048] 步骤 101、1000-1300°C下处理衬底。
[0049] 维持反应腔温度在1000-1300°C，压力在50-150mbar的氢气气氛下处理蓝宝石衬 底5-10分钟。
[0050] 步骤102、在衬底上生长低温缓冲GaN层。
[0051] 反应腔降温至550-650°C，压力维持在600-900mbar，在蓝宝石衬底上生长厚度为 20-50nm的低温缓冲GaN层2〇
[0052] 步骤103、生长非掺杂GaN层。
[0053] 在温度为1000-1200°C、压力为150-600mbar下，持续生长非掺杂GaN缓冲层3,非 掺杂