一种提升led产品良率的量子阱区生长工艺的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种LED (发光二极管）的外延生长过程中的量子阱区生长工艺，属于 LED制备技术领域。
【背景技术】
[0002] 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。
[0003] III族氮化物材料包含A1N、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。
[0004] 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。
[0005] 对于GaN蓝光LED来说，波长的工艺重复性非常重要，在规模化生产过程中，量子 阱区（MQW)的生长往往采取的是变温生长模式，即生长量子阱阱层（Well)时温度与生长量 子阱皇层（Barrier)时温度有温度差，一般这个温度差在70-130°C之间，由于MQW中Well 层的温度对GaN蓝光LED的波长影响有直接影响，且波长对温度的变化非常敏感，一般是温 度升降1Γ，波长减增2-3nm，而温度在升温降温变化过程中会存在过冲现象，所以温度的 过冲问题会直接影响到LED产品的波长重复性良率。由于温度过冲的存在，会使生长阱层 (Well)的起始点和结束点之间产生温度差，该温度差会导致在整个量子阱阱层（Well)生 长的过程中温度一直处于变化状态，这种温度变化则会直接影响阱层（Well)生长过程中 三甲基铟（TMIn)的掺入，影响量子阱In组分的均匀性，从而对波长重复性良率造成不利影 响，且对阱层（Well)晶体质量也会造成不利影响。因此必须在生长量子阱阱层（Well)前 将温度降至目标值并达到温度稳定，使得量子阱阱层生长区整体温度平稳。图1给出了现 有常规LED生长工艺下生长量子阱区的温度曲线。
[0006] 因此，有必要提出一种LED量子阱区生长工艺，减弱并解决量子阱区降温过程中 的温度过冲问题，达到量子阱阱层生长区间温度更加平稳的目的。以此来解决阱层温度过 冲，提尚LED广品波长重复性良率以及提尚讲层晶体质量和内量子效率。
[0007] 中国专利CN104518059A《基于GaN基量子阱的外延结构及其生长方法》公布的是 一种GaNLED量子阱的阱层上方生长AlxGau x)覆盖层，把量子阱阱层的In局限在一层极薄 的薄膜中防止In的扩散，有效缓解升温带来的In的聚集效应，但是该方法并没有从量子 阱阱层生长工艺的温度过冲方面给予解决办法，该方法仍然会面临量子阱阱区温度过冲问 题。
[0008] 中国专利CN102881790A《LED的量子阱结构及其生长方法》公布的是一种采用一 个浅皇层+ -个浅阱层+ -个量子皇层+ -个量子阱层的结构交替生长结构，有效的增加 有源层中每个量子阱层的电子或空穴俘获效率，但是该方法并没有从量子阱阱层生长工艺 的温度过冲方面给予解决，仍然会面临量子阱阱区温度过冲问题。
[0009] 目前，还没有专门提升发光二极管波长重复性良率方面的文献报导。
【发明内容】
[0010] 本发明针对现有LED的量子阱区生长技术存在的量子阱阱区温度过冲问题，提供 一种能够解决阱层温度过冲、提高LED产品波长重复性良率以及提高阱层晶体质量和内量 子效率的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺。
[0011] 本发明的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，采用以下技术方案：
[0012] 该工艺，是在LED的量子阱区生长过程中，在由皇层生长温度降温至阱层生长温 度的过程中，通过设定中间温度值点，将整个降温过程划分为至少两个变温区间，每一个变 温区间设定一个变温系数，以此调整温度变化速率，使得在阱层开始生长时的温度最大程 度地接近阱层设计温度，使得温度过冲现象减弱，甚至消除。
[0013] 所述中间温度值点的设定个数是1-15。
[0014] 所述中间温度值点的温度设定为0°(：<中间温度值点的温度彡1400°C。
[0015] 所述温度变化速率为类指数曲线模式，
[0017] 其中，y是经过时间X后所要达到的温度；a为变温系数，0 < a < I ;t为时间系 数，是某一变温区间的总时间；^为某一变温区间的目标温度。
[0018] 所述变温区间的生长时间设定为不大于15分钟（0分钟<单个变温区间生长时间 < 15分钟）。
[0019] 本发明通过优化LED量子阱区生长工艺，将整个皇层生长温度至阱层生长温度的 降温过程划分为若干变温区间，调整温度变化速率，使得在阱层开始生长时温度无限接近 阱层设计温度，温度过冲现象变小或者消除，解决了 LED量子阱区生长过程中温度过冲问 题，达到量子阱阱层生长区间温度更加平稳，提高了 LED产品波长重复性良率以及阱层晶 体质量和LED内量子效率。
【附图说明】
[0020] 图1是常规LED生长工艺下生长量子阱区的温度曲线示意图。
[0021] 图2是采取本发明工艺中插入的中间温度值点位置以及划分出的变温区间的示 意图。
[0022] 图3是采取本发明所述工艺后生长量子阱区温度曲线与常规生长工艺进行的比 较示意图。其中实线为常规生长工艺下量子阱区温度曲线；虚线为采取本发明所述工艺后 量子阱区温度曲线。
[0023] 图中：1、皇层生长结束点；2、阱层生长区；3、第一中间温度值点；4、第二中间温度 值点；5、第一变温区间；6、第二变温区间；7、第三变温区间。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，是在LED的量子阱区生长过 程中，在由皇层生长温度降温至阱层生长温度过程中，通过设定1-15个中间温度值点，将 整个降温过程划分为两个以上的变温区间（2-16个），每一个变温区间设定一个变温系数 (0 <变温系数< 1)，以此调整温度变化速率，使得在阱层开始生长时的温度最大程度地接 近阱层设计温度，使得温度过冲现象减弱，甚至消除。
[0025] 中间温度值点的温度设定为0°C<中间温度值点的温度< 1400°C。每个变温区间 的生长时间设定为不大于15分钟（0分钟<单个变温区间生长时间< 15分钟）。
[0026] 通过变温系数对温度变化速率进行控制，该控制可使温度变化为类指数曲线模 式：
[0028] 其中，y是经过时间X后所要达到的温度；a为变温系数，0 < a彡I ;t为时间系 数，是某一变温区间的总时间；^为某一变温区间的目标温度。
[0029] 实施例
[0030] 如图2所示，在常规LED量子阱生长区的皇层生长结束点1至阱层生长区2之间 插入第一中间温度值点3和第二中间温度值点4,形成第一变温区间5、第二变温区间6和 第三变温区间7,共三个温度区间。皇层生长结束点1的温度设定为880°C，阱层生长区2 的设定温度为780°C，设定中间温度值点3的温度为815°C，高于阱层生长区2的设定温度 35°C。皇层生长结束点1到中间温度值点3之间的变温区间5的生长时间设定为1. 5分钟， 变温系数为〇. 1。设定中间温度值点4的温度设定为785°C，高于阱层生长区2的设定温度 5°C。中间温度值点3到中间温度值点4之间的变温区间6的生长时间设定为1分钟，变温 系数为〇. 5。中间温度值点4到量子阱阱层生长区2的开始点之间的变温区间7生长时间 设定为〇. 5分钟，变温系数为0。
[0031] 本发明的工艺生长量子阱区温度曲线与常规生长工艺进行的比较如图3所示，可 以发现采用本发明的量子阱区温度曲线，在量子阱皇层生长结束点1到量子阱阱层生长区 间2之间的温度变化更加平稳，尤其是在量子阱阱层生长区2内温度曲线更加平稳，可以 看到已经极大的减弱并解决了温度过冲问题，量子阱阱层生长温度的平稳可以极大的提高 LED广品的波长稳定性良率，提尚晶体质量进而提尚内量子效率。
【主权项】
1. 一种提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，其特征是，在LED的量子阱区生长过程 中，在由皇层生长温度降温至阱层生长温度的过程中，通过设定中间温度值点，将整个降温 过程划分为至少两个变温区间，每一个变温区间设定一个变温系数，以此调整温度变化速 率，使得在阱层开始生长时的温度最大程度地接近阱层设计温度，使得温度过冲现象减弱， 甚至消除。2. 根据权利要求1所述的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，其特征是，所述中间 温度值点的设定个数是1-15。3. 根据权利要求1所述的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，其特征是，所述中间 温度值点的温度设定为〇°C<中间温度值点的温度< 1400°C。4. 根据权利要求1所述的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，其特征是，所述温度 变化速率为类指数曲线模式f其中，y是经过时间X后所要达到的温 度；a为变温系数，O< I;t为时间系数，是某一变温区间的总时间；y。为某一变温区间 的目标温度。5. 根据权利要求1所述的提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，其特征是，温度变化 速率所述变温区间的生长时间设定为不大于15分钟。
【专利摘要】一种提升LED产品良率的量子阱区生长工艺，是在LED的量子阱区生长过程中，在由垒层生长温度降温至阱层生长温度过程中，通过设定中间温度值点，将整个降温过程划分为至少两个变温区间，每一个变温区间设定一个变温系数，以此调整温度变化速率，使得在阱层开始生长时的温度最大程度地接近阱层设计温度，使得温度过冲现象减弱，甚至消除。本发明解决了LED量子阱区生长过程中温度过冲问题，达到量子阱阱层生长区间温度更加平稳，提高了LED产品波长重复性良率以及阱层晶体质量和LED内量子效率。
【IPC分类】H01L33/00, H01L33/06
【公开号】CN105226148
【申请号】CN201510690323
【发明人】马旺, 曲爽, 逯瑶, 王成新, 徐现刚
【申请人】山东浪潮华光光电子股份有限公司
【公开日】2016年1月6日
【申请日】2015年10月22日