提高波长良率的LED外延片及其制备方法、LED芯片与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种提高波长良率的led外延片及其制备方法、led芯片。

背景技术：

1、近年来，led（light emitting diode）行业竞争激烈，成本成为企业的核心竞争力之一。为降低成本，各led企业从早期的2寸外延转为4寸量产，现在又从4寸外延转向6寸。随着尺寸的增加，led的波长均匀性和稳定性变差，从而导致led的波长良率偏低。

2、在外延生长中，存在晶格失配导致的应力和薄膜及衬底之间热失配产生的热应力，二者相互竞争，使得外延生长过程中衬底及薄膜发生偏凹或偏凸的翘曲，在生长量子阱时，凹凸的变化幅度对衬底的温度分布产生影响，影响到in的并入，从而影响到波长，即温度的分布不均匀导致波长的分布不均匀。当凸的幅度较大时，衬底中心温度比边缘温度低；当凹的幅度较大时，衬底中心位置和石墨盘接触距离更近，边缘则和石墨盘距离更远，导致中心位置的温度比边缘温度高，这种凹凸变化带来的温度分布出现梯度会导致同一片外延片上不同位置波长分布差异大，因此改善翘曲变化对改善波长良率有着明显的效果。

3、现有技术中，一般通常在mocvd中生长低温gan或algan作为缓冲层，这种生长方法虽然有利于翘曲的调节，波长均匀性好，但得到的外延层晶体质量不高。近几年来，通常利用磁控溅射技术在外延生长前在蓝宝石衬底上溅射一层aln薄膜作为缓冲层，当使用pvd溅射aln薄膜作为缓冲层时，aln的晶格常数与gan更为接近，晶格失配为2.4%，aln缓冲层缺陷密度减少，能够改善gan外延层的晶体质量，提高产品性能。但pvd溅射的aln薄膜作为缓冲层，对外延生长中的翘曲有着重大影响，且aln与蓝宝石之间的热失配比gan和蓝宝石之间的热失配更大，导致其翘曲调节相对困难。

技术实现思路

1、基于此，本发明提供一种提高波长良率的led外延片及其制备方法、led芯片，目的在于改善外延片翘曲，提高外延片的波长均匀性。

2、本发明一方面提供一种提高波长良率的led外延片制备方法，包括：

3、获取一衬底；

4、在所述衬底上依次生长复合缓冲层、未掺杂的gan层、n型掺杂gan层、多量子阱层、电子阻挡层、p型掺杂gan层及p型gan接触层；

5、其中，生长所述复合缓冲层的方法包括：

6、在所述衬底上生长ga2o3子层；

7、对所述ga2o3子层进行退火处理；

8、在退火处理后的ga2o3子层上生长周期性交替循环的ga2o3/gan子层以构成所述复合缓冲层。

9、上述提高波长良率的led外延片制备方法，通过由ga2o3子层和ga2o3/gan子层循环交替组成复合缓冲层，以改善外延片翘曲，提高外延片的波长均匀性；具体的，ga2o3具有大的禁带宽度（4.9 ev），能够阻挡大量位错，减少外延缺陷的延申，提高gan外延层的晶体质量。且ga2o3与gan之间晶格失配度非常小，ga2o3与gan之间的晶格失配度为2.6%，能够降低因晶格失配而产生的应力，减小薄膜翘曲，ga2o3与蓝宝石之间的热失配比aln或gan和蓝宝石之间的热失配更小，有利于翘曲的调节，从而可以提高外延片的波长均匀性，改善波长良率。

10、另外，根据本发明上述的提高波长良率的led外延片制备方法，还可以具有如下附加的技术特征：

11、进一步地，在所述衬底上生长ga2o3子层的步骤中：

12、所述ga2o3子层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为50torr-200torr，生长厚度为20 nm ~30nm，通入o2流量为100 sccm ~300sccm。

13、进一步地，在对所述ga2o3子层进行退火处理的步骤中：

14、退火处理的温度为1100℃~1200℃.

15、进一步地，在n2气氛下对ga2o3子层进行退火10 min ~20min。

16、进一步地，周期性交替循环的ga2o3/gan子层的生长温度为800℃-900℃，生长压力为100torr-300torr，总厚度为200 nm ~300nm。

17、进一步地，在ga2o3/gan子层循环交替的单个周期中：

18、ga2o3层的单层厚度为1 nm ~2nm，gan层的单层厚度为10 nm ~20nm，生长ga2o3层所通入的o2流量为50 sccm ~100sccm。

19、进一步地，再在退火处理后的ga2o3子层上生长周期性交替循环的ga2o3/gan子层的步骤之后，所述方法还包括：

20、停止通入o2，将腔体压力抽至真空并保持2min-10min，然后腔体压力升高至100torr ~200torr，温度升高到1000℃~1100℃，在n2和nh3气氛下对ga2o3/gan循环交替层进行退火5 min ~10min。

21、进一步地，ga2o3/gan子层的循环生长周期的数量为10-20。

22、本申请另一方面提供一种提高波长良率的led外延片，所述提高波长良率的led外延片根据上述的提高波长良率的led外延片制备方法制备得到。

23、本申请另一方面还提供一种led芯片，包括上述的提高波长良率的led外延片。

技术特征：

1.一种提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，在所述衬底上生长ga2o3子层的步骤中：

3.根据权利要求1所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，在对所述ga2o3子层进行退火处理的步骤中：

4.根据权利要求1或3所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于：

5. 根据权利要求1所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，周期性交替循环的ga2o3/gan子层的生长温度为800℃-900℃，生长压力为100torr-300torr，总厚度为200 nm ~300nm。

6.根据权利要求1或5所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，在ga2o3/gan子层循环交替的单个周期中：

7.根据权利要求1所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，在退火处理后的ga2o3子层上生长周期性交替循环的ga2o3/gan子层的步骤之后，所述方法还包括：

8.根据权利要求1所述的提高波长良率的led外延片制备方法，其特征在于，ga2o3/gan子层的循环生长周期的数量为10-20。

9.一种提高波长良率的led外延片，其特征在于，所述提高波长良率的led外延片根据权利要求1~8任一项所述的提高波长良率的led外延片制备方法制备得到。

10.一种led芯片，其特征在于，包括权利要求9所述的提高波长良率的led外延片。

技术总结
本发明提供一种提高波长良率的LED外延片及其制备方法、LED芯片，方法包括：获取一衬底；在衬底上依次生长复合缓冲层，未掺杂的GaN层，N型掺杂GaN层，多量子阱层，电子阻挡层，P型掺杂GaN层及P型GaN接触层；其中，生长复合缓冲层的方法包括：在衬底上生长Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;子层；对Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;子层进行退火处理；在退火处理后的Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;子层上生长周期性交替循环的Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/GaN子层以构成复合缓冲层。本申请通过由Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;子层和Ga<subgt;2</subgt;O<subgt;3</subgt;/GaN子层循环交替组成复合缓冲层，以改善外延片翘曲，提高外延片的波长均匀性。

技术研发人员：刘春杨,吕蒙普,胡加辉,金从龙,顾伟
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12