专利名称：一种led外延片及其制造方法
技术领域：
本发明涉及LED制造技术领域，尤其涉及一种LED外延片及其制造方法。
背景技术：
绿色环保是现代照明发展的一个重要趋势，LED技术的诞生和发展正在引发第二次照明革命。与传统光源相比，LED具有寿命长、光效高、功耗低、体积小、自由集成等优势。在户外显示、景观照明、电视背光、室内照明等应用领域逐渐取代传统光源成为主流。目前，LED都是采用外延生长的方法制作在衬底上，这是因为自然界中没有天然的氮化镓材料。常用的衬底材料有蓝宝石、碳化硅(SiC)、硅(Si)等。这其中，蓝宝石衬底由于合适的价格、成熟的加工技术，在发光二极管中得到了广泛的应用，占据了市场中大量的份额。但是蓝宝石的热导率非常低，只有0.5W/cmK，在高电流密度工作下的LED，如果产生的热量不能迅速从器件传导出来，将导致器件发光效率降低甚至失效。碳化硅和氮化镓的晶格常数接近，这两种材料的晶格失配只有3%，因此在SiC衬底上更容易获得结晶质量高的GaN材料。但是碳化硅衬底制作成本高、加工相对不成熟，导致价格远远高于蓝宝石，只有少数几家LED公司使用。娃衬底价格最便宜，而且娃衬底的生长、加工工艺最成熟，能制作的衬底尺寸最大，因此也是一种潜力较大的衬底。在娃衬底上外延生长氮化镓材料的难点在于GaN和娃衬底的热膨胀系数有很大差异，超过I微米后外延的GaN层从生长时的高温降低到室温时会产生很多裂纹，最终导致外延的GaN材料缺陷过多无法使用。而通常在制作蓝绿光LED时需要氮化镓材料的厚度要在3微米以上。针对这个问题，有很多研究者提出了不同的方案:在氮化镓生长的中间插入一个低温的氮化铝层，可以有效消除这种裂纹；但是这种低温氮化铝层上面的氮化镓厚度也有限，只能保证上面的氮化镓厚度在I微米。通过插入多层低温AlN层可以提供更厚的无裂纹氮化镓，但是增加了工艺的复杂程度和成本。另一种方法是预先在硅衬底上制作好与最终LED尺寸相同的图形，使每一个LED芯片预先分开，也可以降低裂纹的数量，但是也增加了工艺的复杂度和成本。
发明内容
本发明提供一种LED外延片及其制造方法，以解决硅衬底上生长的氮化镓材料中产生裂纹的问题。为解决以上问题，本发明提供一种LED外延片的制造方法，包括:提供衬底；在所述衬底上生长第一氮化镓层；在所述第一氮化镓层生长应力释放层；在所述应力释放层生长保护层，所述保护层晶格结构与第一氮化镓层一致；在所述保护层上生长第二氮化镓层，同时，所述应力释放层被分解形成晶格结构被破坏的应力释放层。
可选的，在生长第一氮化镓层之前还包括在所述衬底上生长氮化铝层的步骤。可选的，在衬底上生长氮化铝缓冲层前还包括:将衬底在1000°C 1200°C的温度下，在氢气环境中烘烤。可选的，利用MOCVD工艺生长所述氮化铝缓冲层、第一氮化镓层、应力释放层、保
护层和第二氮化镓层。可选的，所述氮化铝缓冲层的生长工艺在1000°C 1200°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铝和氨气，生长的氮化铝缓冲层的厚度为10nnT200nm。可选的，所述第一氮化镓层的生长工艺在1000°C 1200°C的温度下进行，工艺气体为三甲基镓和氨气，生长的第一氮化镓层的厚度为200nnTl000nm。可选的，所述应力释放层的材质为氮化铟镓。可选的，所述氮化铟镓的生长在500°C 800°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铟、三甲基镓和氨气，其中铟的物质的量大于等于铟和镓总物质的量的10%，生长氮化铟镓的厚度为 200nnTl000nm。可选的，所述保护层的材质为氮化铝镓。可选的，所述氮化铝镓的生长在500°C 800°C的温度下进行，其中铝的物质的量大于等于铝和镓总物质的量的20%，生长氮化铝镓的厚度为100nnT500nm。可选的，其特征在于，所述第二氮化镓层的生长工艺在1000°C 1200°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铝和氨气，生长的第二氮化镓层的厚度为2000nnTl0000nm。本发明的另一面还提供一种LED外延片，利用上述的LED外延片的制造方法形成，包括:衬底、依次生长于所述衬底上的第一氮化镓层、晶格结构被破坏的应力释放层、保护层和第二氮化镓层。可选的，在所述衬底和第一氮化镓层间还包括氮化铝缓冲层。可选的，所述晶格结构被破坏的应力释放层的厚度为lOnnTlOOOnm。可选的，所述保护层的厚度为100nnT500nm。可选的，所述保护层的材质为氮化铝镓。可选的，所述氮化铝镓中铝的物质的量大于等于铝和镓总物质的量的20%。可选的，第二氮化镓层的厚度2000nnTl0000nm。本发明提供一种LED外延片及其制造方法，所述LED外延片包括:衬底、依次生长于所述衬底上的第一氮化镓层、应力释放层、保护层和第二氮化镓层。由于所述应力释放层在生长第二氮化镓层的温度下分解，其晶体结构被破坏，因而消除了所述保护层和第一氮化镓层的相互作用，使得在保护层上生长的第二氮化镓层能达到更厚的厚度，解决了现有的在硅衬底上生长氮化镓材料的方法无法有效消除氮化镓材料中形成裂纹的问题，提升了器件的性能和良率。
图1为本发明实施例的LED外延片的制造方法的流程图；图2A 2F为本发明实施例的LED外延片的制造方法的各步骤的剖面结构示意图。
具体实施方式
在背景技术中已经提及，由于现有的在硅衬底上生长氮化镓材料的方法无法有效消除氮化镓材料中形成裂纹的问题，制约了氮化镓材料的厚度，并影响器件的性能和良率。为此，本发明提供一种LED外延片及其制造方法，所述LED外延片包括:衬底、依次生长于所述衬底上第一氮化镓层、应力释放层、保护层和第二氮化镓层。由于所述应力释放层在生长第二氮化镓层的温度下分解，其晶体结构被破坏，因而消除了所述保护层和第一氮化镓层的相互作用，使得在保护层之上生长的第二氮化镓层能达到更厚的厚度。下面将结合附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应所述理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明，而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须做出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。在下列段落中参照附图以举例方式更具体地描述本发明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。请参考图1，其为本发明实施例提供的LED外延片制造方法的流程图，所述方法包括如下步骤:步骤S31，提供衬底；步骤S32，在所述衬底上生长第一氮化镓层；步骤S33，在所述第一氮化镓层生长应力释放层；步骤S34，在所述应力释放层生长保护层，所述保护层晶格结构与第一氮化镓层一致；步骤S35，在所述保护层上生长第二氮化镓层，同时，所述应力释放层被分解形成晶格结构被破坏的应力释放层。优选的，在生长第一氮化镓层前，还在衬底上生长了氮化铝缓冲层。本实施例中，所述氮化铝缓冲层、第一氮化镓层、应力释放层、保护层和第二氮化镓层的生长工艺为MOCVD (金属有机物化学气相沉积)工艺，均在MOCVD机台内进行。参照图2A，执行步骤S31，提供衬底101。优选的，在进行后续外延生长工艺之前还包括对所述衬底101清洁的步骤。其具体过程如下:将所述衬底101放入金属有机物化学气相沉积机台内，在1000°c 1200°C的温度下，通入氢气，以清除衬底101表面的氧化层及污染物。参照图2B，在所述衬底101上生长氮化铝缓冲层102。具体的，在1000°C 1200°C的温度下进行氮化铝缓冲层102的生长，工艺气体优选为三甲基铝和氨气，生长的氮化铝缓冲层102的厚度为10nnT200nm。参照图2C，执行步骤S32，在所述氮化铝缓冲层102上生长第一氮化镓层103。具体的，在1000°c 1200°c的温度下进行第一氮化镓层103的生长，工艺气体优选为三甲基镓和氨气，生长的第一氮化镓层103的厚度为200nnTl000nm。参照图2D，执行步骤S33，在所述第一氮化镓层103生长应力释放层104。优选的，所述应力释放104的材质为氮化铟镓。具体的，本实施例中，所述氮化铟镓的生长在5000C 800°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铟、三甲基镓和氨气，其中铟的物质的量大于等于铟和镓总物质的量的10%，生长氮化铟镓的厚度为200nnTl000nm，其中一个较佳的厚度为500nm。当然，本领域技术人员可根据具体需求选择工艺气体，例如选用铟的其他烷基衍生物、芳基衍生物或羟基衍生物。参照图2E，执行步骤S34，在所述应力释放层104生长保护层105，所述保护层晶格结构与第一氮化镓层一致。优选的，所述保护层105的材质为氮化铝镓。具体的，所述氮化铝镓的生长在500°C 80(TC的温度下进行，较佳的实施方案中铝的物质的量大于等于铝和镓总物质的量的20%，生长氮化铝镓的厚度为100nnT500nm。参照图2F，执行步骤S35，在所述保护层105上生长第二氮化镓层106，同时，所述应力释放层104被分解形成晶格结构被破坏的应力释放层104’。所述第二氮化镓层106的生长工艺在1000°C 1200°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铝和氨气。在该温度下应力释放层104分解，形成晶格结构被破坏的应力释放层104’，使得保护层105和第一氮化镓层103相互的作用消除。并且保护层105的晶格结构与第一氮化镓层103 —致，为第二氮化镓层106生长提供模板。因此第二氮化镓层106可以生长较厚的厚度，例如为2000nnTl0000nm。本发明的另一面，还提供一种由上述方法制造的LED外延片，请参考图2F，其为本发明实施例提供的LED外延片的结构示意图，所述LED外延片包括:衬底101、依次生长于所述衬底101上的第一氮化镓层103、晶格结构被破坏的应力释放层104’、保护层105和第二氮化镓层106。优选的，在所述衬底101和所述第一氮化镓层103之间还包括氮化铝缓冲层 102、具体的，所述氮化铝缓冲层102的厚度为10nnT200nm，所述第一氮化镓层103厚度为200nnTl000nm。所述应力释放层104的厚度为IOnnTlOOOnm,材料优选为氮化铟镓，其中铟的物质的量大于等于铟和镓总物质的量的10%，较优的，所述氮化铟镓中铟的物质的量大于等于铟和镓总物质的量的50%。这样在生长第二氮化镓层106时，所述应力释放层104分解，形成晶格结构被破坏的应力释放层104’消除了所述保护层105和第一氮化镓层103之间的相互作用。所述保护层105的厚度为100nnT500nm，材料优选为氮化铝镓，较优的，所述氮化铝镓中铝的物质的量大于等于铝和镓总物质的量的20%。在应力释放层104分解晶体结构被破坏后，由于保护层105有着与第一氮化镓层103—致的晶格结构，其能继续为第二氮化镓层106生长提供模板。由于所述保护层105和第一氮化镓层103之间的相互作用被应力释放层104消除，在保护层105上形成的第二氮化镓层106能得到较厚的厚度，例如2000nnTl0000nm。因此克服了现有的在硅衬底上生长氮化镓材料的方法无法有效消除氮化镓材料中形成裂纹的问题，提升了器件的性能和良率。当然，在本实施例的外延片的结构或步骤中还包括一些公知的结构或步骤，如，外延生长多量子阱有源层的步骤、外延ITO层的步骤等，本发明不涉及对这些结构和步骤的改进，本领域技术人员可以根据本领域的公知常识将这些步骤补充到本发明的方案中，在此不再赘述。
综上所述，本发明提供一种LED外延片及其制造方法，所述LED外延片包括:衬底、依次生长于所述衬底上的氮化铝缓冲层、第一氮化镓层、应力释放层、保护层和第二氮化镓层。由于所述应力释放层在生长第二氮化镓层的温度下分解，其晶体结构被破坏，因而消除了所述保护层和第一氮化镓层的相互作用，使得在保护层上生长的第二氮化镓层能达到更
厚的厚度。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种LED外延片的制造方法，包括: 提供衬底； 在所述衬底上生长第一氮化镓层； 在所述第一氮化镓层生长应力释放层； 在所述应力释放层生长保护层，所述保护层晶格结构与第一氮化镓层一致； 在所述保护层上生长第二氮化镓层，同时，所述应力释放层被分解形成晶格结构被破坏的应力释放层。
2.如权利要求1所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，在生长第一氮化镓层之前还包括在所述衬底上生长氮化铝层的步骤。
3.如权利要求2所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，在衬底上生长氮化铝缓冲层前还包括:将衬底在1000°c 1200°c的温度下，在氢气环境中烘烤。
4.如权利要求2所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，利用MOCVD工艺生长所述氮化铝缓冲层、第一氮化镓层、应力释放层、保护层和第二氮化镓层。
5.如权利要求2所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述氮化铝缓冲层的生长工艺在1000°C 1200°c的温度下进行，工艺气体为三甲基铝和氨气，生长的氮化铝缓冲层的厚度为10nm 200nm。
6.如权利要求4所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述第一氮化镓层的生长工艺在1000°C 1200°C的温度下进行，工艺气体为三甲基镓和氨气，生长的第一氮化镓层的厚度为 200nnTl00 0nm。
7.如权利要求4所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述应力释放层的材质为氮化铟镓。
8.如权利要求7所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述氮化铟镓的生长在5000C 800°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铟、三甲基镓和氨气，其中铟的物质的量大于等于铟和镓总物质的量的10%，生长氮化铟镓的厚度为200nnTl000nm。
9.如权利要求4所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述保护层的材质为氮化招嫁O
10.如权利要求9所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述氮化铝镓的生长在5000C 80(rC的温度下进行，其中铝的物质的量大于等于铝和镓总物质的量的20%，生长氮化铝镓的厚度为100nnT500nm。
11.如权利要求4所述的LED外延片的制造方法，其特征在于，所述第二氮化镓层的生长工艺在1000°C 1200°C的温度下进行，工艺气体为三甲基铝和氨气，生长的第二氮化镓层的厚度为2000nnTl0000nm。
12.—种LED外延片，利用如权利要求1所述的LED外延片的制造方法形成，所述LED外延片包括:衬底、依次位于所述衬底上的第一氮化镓层、晶格结构被破坏的应力释放层、保护层和第二氮化镓层。
13.如权利要求12所述的LED外延片，其特征在于，在所述衬底和第一氮化镓层间还包括氮化铝缓冲层。
14.如权利要求12所述的LED外延片，其特征在于，所述晶格结构被破坏的应力释放层的厚度为10nm 1000nm。
15.如权利要求12所述的LED外延片，其特征在于，所述保护层的厚度为100nm 500nm
16.如权利要求15所述的LED外延片，其特征在于，所述保护层的材质为氮化铝镓。
17.如权利要求16所述的LED外延片，其特征在于，所述氮化铝镓中铝的物质的量大于等于铝和镓总物质的量的20%。
18.如权利要求12所述的LED外延片，其特征在于，所述第二氮化镓层的厚度为2000nm~l0000nm。
全文摘要
本发明揭露了一种LED外延片及其制造方法，LED外延片的制造方法，包括提供衬底；在所述衬底上生长第一氮化镓层；在所述第一氮化镓层生长应力释放层；在所述应力释放层生长保护层，所述保护层晶格结构与第一氮化镓层一致；在所述保护层上生长第二氮化镓层，同时，所述应力释放层被分解形成晶格结构被破坏的应力释放层。晶格结构被破坏的应力释放层消除了所述保护层和第一氮化镓层的相互作用；所述保护层晶格结构与第一氮化镓层一致，为第二氮化镓层生长提供模板。因而第二氮化镓层能生长较厚的厚度，解决了现有的在硅衬底上生长氮化镓材料的方法无法有效消除氮化镓材料中形成裂纹的问题，提升了器件的性能和良率。
文档编号H01L33/12GK103078025SQ20131003022
公开日2013年5月1日 申请日期2013年1月25日 优先权日2013年1月25日
发明者朱学亮, 于洪波 申请人:映瑞光电科技(上海)有限公司