一种发光二极管外延片的制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的制造方法。

背景技术：

led(lightemittingdiode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，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、手机背光源等。

外延片是led中的主要构成部分，现有的gan基led外延片包括衬底和依次层叠在衬底上的低温gan层、高温gan层、n型层、有源层、电子阻挡层、p型层。其中，高温gan层为恢复层也叫合并层和填平层，高温gan层都是采用高温高转速的单一生长方式。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

由于高温gan层是填平层，所以需要晶体质量高的gan，因此要求其生长温度就要很高。也正是由于是填平层，所需要的厚度也是很厚，因此需要转速尽可能高的生长，提高生长效率、原材料的利用率和产出价值。但是高转速生长带来的缺点就是生长均匀性会差，尤其是边缘的区域生长较难、生长较差。

技术实现要素：

本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，可以提高边缘区域的生长质量，提高高温gan层的晶体质量，所述技术方案如下：

本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：

提供一衬底；

依次在所述衬底上生长低温gan层、高温gan层、n型层、有源层、电子阻挡层、p型层；

其中高温gan层包括第一子层和第二子层，所述第一子层采用高温高转速的生长方式生长而成，所述第二子层采用低温低转速的生长方式生长而成，所述第一子层的生长速率大于所述第二子层的生长速率，所述第一子层为gan层，所述第二子层为掺al的gan层。

进一步地，所述第一子层的生长温度为1100～1140℃。

进一步地，所述第二子层的生长温度为1050～1080℃。

进一步地，所述第一子层的生长转速为1200～1600rpm。

进一步地，所述第二子层的生长转速为300～600rpm。

进一步地，所述第一子层的厚度为1～2.5μm。

进一步地，所述第二子层的厚度为0.4～1.2μm。

进一步地，所述第一子层的生长速率是所述第二子层的生长速率的1.5～3.5倍。

进一步地，所述第一子层的生长速率为4～6.5μm/h，所述第二子层的生长速率为2～3.5μm/h。

进一步地，所述第二子层中al掺杂浓度为1e20cm^-3-6e20cm^-3。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

将高温gan层分成两个阶段进行生长：先采用高温高转速的生长方式生长第一子层，使得第一子层发挥传统的高温gan层的填平效果，同时满足生长高温gan层时对于生长效率、原材料的利用率和产出价值的要求。接着采用低温低转速的生长方式生长第二子层。降低转速即减小了离心力，从而可以减少扰流的产生。因此生长外延薄膜时，气流可以均匀分布在整个外延片上，这样边缘区域的气流分布就会比较充足，边缘区域的生长质量就会提高。由于第一子层在高温高转速的条件下生长而成，因此第一子层中会产生较大的应力，导致第一子层的翘曲较大，此时降低生长温度就可以释放一部分应力进而提高高温gan层整体的晶体质量。同时第一子层的生长速率较快，填平速度较快，第一子层中的应力无法及时释放。因此，通过降低生长速率生长第二在此，可以缓解生长速率过快，导致应力无法及时释放的问题。且第二子层为掺al的gan层，al有阻断缺陷向上直线延伸生长的能力，进一步提高了高温gan层的晶体质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制造方法流程图；

图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管外延片的制造方法流程图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

图1是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制造方法流程图，如图1所示，该制造方法包括：

步骤101、提供一衬底。

可选地，衬底为蓝宝石。

步骤102、依次在衬底上生长低温gan层、高温gan层、n型层、有源层、电子阻挡层、p型层。

其中，高温gan层包括第一子层和第二子层，第一子层采用高温高转速的生长方式生长而成，第二子层采用低温低转速的生长方式生长而成，第一子层的生长速率大于第二子层的生长速率，第一子层为gan层，第二子层为掺al的gan层。

本发明实施例将高温gan层分成两个阶段进行生长：先采用高温高转速的生长方式生长第一子层，使得第一子层发挥传统的高温gan层的填平效果，同时满足生长高温gan层时对于生长效率、原材料的利用率和产出价值的要求。接着采用低温低转速的生长方式生长第二子层。降低转速即减小了离心力，从而可以减少扰流的产生。因此生长外延薄膜时，气流可以均匀分布在整个外延片上，这样边缘区域的气流分布就会比较充足，边缘区域的生长质量就会提高。由于第一子层在高温高转速的条件下生长而成，因此第一子层中会产生较大的应力，导致第一子层的翘曲较大，此时降低生长温度就可以释放一部分应力进而提高高温gan层整体的晶体质量。同时第一子层的生长速率较快，填平速度较快，第一子层中的应力无法及时释放。因此，通过降低生长速率生长第二在此，可以缓解生长速率过快，导致应力无法及时释放的问题。且第二子层为掺al的gan层，al有阻断缺陷向上直线延伸生长的能力，进一步提高了高温gan层的晶体质量。

图2是本发明实施例提供的另一种发光二极管外延片的制造方法流程图，如图2所示，该制造方法包括：

步骤201、提供一衬底。

可选地，衬底为蓝宝石。

具体地，该步骤201还可以包括：

在氢气气氛下，高温处理衬底5～6min。其中，反应室温度为1000～1100℃，反应室压力控制在200～500torr。

步骤202、在衬底上生长低温gan层。

在本实施例中，采用veecok465iorc4mocvd(metalorganicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现led的生长方法。采用高纯h2(氢气)或高纯n2(氮气)或高纯h2和高纯n2的混合气体作为载气，高纯nh3作为n源，三甲基镓(tmga)及三乙基镓(tega)作为镓源，三甲基铟(tmin)作为铟源，硅烷(sih4)作为n型掺杂剂，三甲基铝(tmal)作为铝源，二茂镁(cp2mg)作为p型掺杂剂。反应室压力为100～600torr。

具体地，低温gan层生长在蓝宝石的[0001]面上。

在本实施例中，将反应室控制在530～560℃，反应室压力控制在200～500torr，生长厚度为15～30nm的低温gan层。

步骤203、在低温gan层上生长高温gan层。

其中高温gan层包括第一子层和第二子层，第一子层采用高温高转速的生长方式生长而成，第二子层采用低温低转速的生长方式生长而成，第一子层的生长速率大于第二子层的生长速率，第一子层为gan层，第二子层为掺al的gan层。

进一步地，第一子层的生长温度为1100～1140℃。若生长温度低于1100℃，会因为生长温度低而影响填平层的晶体质量。若生长温度高于1140℃，会因为温度太高，应力太大而产生较大的翘曲进而影响到整片外延片的生长质量。

优选地，第一子层的生长温度为1100～1135℃。

进一步地，第二子层的生长温度为1050～1080℃。若生长温度低于1050℃，会因为温度太低而影响到此层的晶体质量。若生长温度高于1080℃，会因为生长温度与高温段的差距较小而影响应力的释放效果。

优选地，第二子层的生长温度为1060～1080℃。

进一步地，第一子层的生长转速为1200～1600rpm。若生长转速低于1200rpm，由于填平层需要的厚度较厚，会因为转速太低而影响到生产效率。若生长转速高于1600rpm，会因为转速太快会产生较大的扰流加剧边缘区域的生长难度和生长质量。

优选地，第一子层的生长转速为1200～1400rpm。

进一步地，第二子层的生长转速为300～600rpm。若生长转速低于300rpm，会因为转速太慢而影响到生产效率。若生长转速高于600rpm，会因为转速还是偏高不能有效解决边缘区域生长难和生产差的难题。

优选地，第二子层的生长转速为400～600rpm。

进一步地，第一子层的厚度为1～2.5μm。若厚度小于1μm，会因为厚度太薄而影响填平的效果，影响后续生长的外延层质量。若厚度大于2.5μm，会因为厚度太厚而导致产生较大的应力无法释放进而影响到外延片的翘曲较大。

优选地，第一子层的厚度为1.5～2.5μm。

进一步地，第二子层的厚度为0.4～1.2μm。若厚度小于0.4μm，会因为厚度太薄，对应力的释放效果很小。若厚度大于1.2μm，又会因为生长较厚而此时的温度偏低影响整体的晶体质量。

优选地，第二子层的厚度为0.5～1μm。

进一步地，第一子层的生长速率是第二子层的生长速率的1.5～3.5倍。

进一步地，第一子层的生长速率为4～6.5μm/h，第二子层的生长速率为2～3.5μm/h。若第一子层的生长速率低于4μm/h，会因为生长较慢而影响到生产效率。若第一子层的生长速率高于6.5μm/h，会因为生长速率过快应力释放来不及同样导致填平层产生较多的缺陷。若第二子层的生长速率低于2μm/h，也同样影响到生产效率。若第二子层的生长速率高于3.5μm/h，会因为生长速率过快影响到低温层对应力的释放效果。

需要说明的是，第一子层和第二子层的生长速率在上述范围内取值时，需要满足第一子层的生长速率是第二子层的生长速率的1.5～3.5倍。

优选地，第一子层的生长速率是第二子层的生长速率的2～3.5倍。

进一步地，第二子层中al掺杂浓度为1e20cm^-3-6e20cm^-3。若掺杂al浓度低于1e20cm^-3，会因为al掺杂较少而影响到对缺陷的阻断效果。若掺杂al浓度大于6e20cm^-3，al也是一种掺杂杂质，会影响填平层的晶格完整性。

优选地，第二子层中al掺杂浓度为1e20cm^-3-5e20cm^-3。

步骤204、在高温gan层上生长n型层。

n型层可以为掺si的gan层，厚度为2～3um，是提供电子的生长层。生长n型层时，反应室温度为1000～1100℃，反应室压力控制在200～300torr。

步骤205、在n型层上生长有源层。

有源层可以包括交替生长的ingan阱层和gan垒层。其中，ingan层的厚度为2～3nm，gan层的厚度为8～11nm。ingan层和gan层的层数为11～13，ingan层和gan层的总厚度为130～160nm。

具体地，生长有源层时，反应室压力控制在200torr。生长ingan阱层时，反应室温度为760～780℃。生长gan垒层时，反应室温度为860～890℃。

步骤206、在有源层上生长电子阻挡层。

可选地，电子阻挡层为掺al、掺mg的alyga1-yn(y＝0.15～0.25)，电子阻挡层的厚度为30～50nm。

具体地，生长电子阻挡层时，反应室温度为930～970℃，反应室压力控制在100torr。

步骤207、在电子阻挡层上生长p型层。

可选地，p型层为高温高掺杂mg的gan层，其厚度为50～80nm。

具体地，生长p型层时，反应室温度为940～980℃，反应室压力控制在200～600torr。

在上述步骤完成之后，将反应室的温度降至650～850℃，在氮气气氛进行退火处理5～15min，而后逐渐降至室温，结束发光二极管的外延生长。

本发明实施例将高温gan层分成两个阶段进行生长：先采用高温高转速的生长方式生长第一子层，使得第一子层发挥传统的高温gan层的填平效果，同时满足生长高温gan层时对于生长效率、原材料的利用率和产出价值的要求。接着采用低温低转速的生长方式生长第二子层。降低转速即减小了离心力，从而可以减少扰流的产生。因此生长外延薄膜时，气流可以均匀分布在整个外延片上，这样边缘区域的气流分布就会比较充足，边缘区域的生长质量就会提高。由于第一子层在高温高转速的条件下生长而成，因此第一子层中会产生较大的应力，导致第一子层的翘曲较大，此时降低生长温度就可以释放一部分应力进而提高高温gan层整体的晶体质量。同时第一子层的生长速率较快，填平速度较快，第一子层中的应力无法及时释放。因此，通过降低生长速率生长第二在此，可以缓解生长速率过快，导致应力无法及时释放的问题。且第二子层为掺al的gan层，al有阻断缺陷向上直线延伸生长的能力，进一步提高了高温gan层的晶体质量。

以上仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。