[發明專利]在圖形襯底上生長GaN基LED外延片的方法

有效

• 申請號: 201110316898.X
• 申請日: 2011-10-18
• 公開（公告）號: CN102418145A
• 公開（公告）日: 2012-04-18
• 發明（設計）人: 陳康;梁智勇;苗振林
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: C30B29/38
• 分類號: C30B29/38;C30B25/02;H01L33/00
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明;余剛

技術領域

本發明涉及顯示領域，尤其涉及一種在圖形襯底上生長GaN基LED外延片的方法。

背景技術

以GaN為基礎的高亮度發光二極管(LED)在生活中無處不在，隨處可見，其應用領域有交通信號燈、手機背光源、戶外全彩顯示屏、城市景觀照明、汽車內外燈、隧道燈等。隨著GaN基LED亮度的不短提高，LED從傳統的小型到現在可實現的功率型家用照明。LED作為一種高效、環保、綠色新型固態照明光源，具有低電壓、低功耗、體積小、重量輕、壽命長、高可靠性燈優點，正在迅速廣泛地得到應用。

目前，以GaN為基礎的半導體材料的外延生長最主要、最有效和最廣泛地是MOCVD技術。在利用有機化學化學氣相沉積(MOCVD)生長氮化物(GaN、AlN、InN等)技術中，由于沒有與GaN晶格匹配的襯底材料大量供應，通常采用異質外延。由于異質外延的襯底與氮化物之間存在大的晶格適配和熱膨脹系數的差異，使得在外延生長過程中，經常出現外延片龜裂，魚鱗狀等缺陷，導致外延片品質低下。若采用圖形襯底進行橫向外延生長，則可以在很大程度上克服以上缺點，提高LED外延片的晶體質量，同時由于圖形襯底可以大大減少有源層發出的射向襯底方向的光全發射，提高了LED的出光效率，因此圖形襯底廣泛用于生長高品質的LED外延片。但圖形襯底生長條件苛刻，采用普通的外延生長條件生長的外延片存在抗靜電能力差、漏電電流大等問題，從而影響圖形襯底外延片品質。

通常有機金屬氣相沉積(MOCVD)法在圖形襯底上生長的GaN基LED外延的的方法，包括如下步驟：

(1)高溫處理：在MOCVD反應室里，通入高純H₂，把圖型襯底加熱到1000℃-1100℃，高溫處理5分鐘-20分鐘；

(2)氮化處理：在500℃-1000℃對圖形襯底進行60-180秒氮化處理；

(3)生長成核層(如圖1中102層)：在480℃-550℃，在H₂氣氛下，在圖型襯底上生長厚度為20-40納米的低溫緩沖層GaN；

(4)生長uGaN層(如圖1中103層)：在溫度1000-1100℃生長1-2.5微米的不摻雜uGaN層；

(5)生長摻雜nGaN層(如圖1中104層)：在溫度1000-1100℃生長2-4微米的GaN:Si層；

(6)生長n型AlGaN層(如圖1中105層)：在溫度1000-1100℃生長5-40納米的AlGaN:Si層；

(7)生長有源層(如圖1中106、107層)：在溫度710-880℃，切換N₂作為載氣，生長50-300nm的多量子阱層(如圖1中106、107層)；

(8)生長p型AlGaN層(如圖1中108層)：在溫度950-1050℃，生長厚度為20-80納米AlGaN:Mg層(如圖1中108層)；

(9)生長pGaN層(如圖1中109層)：在溫度900-980℃，生長厚度為400-800納米GaN:Mg層(如圖1中109層)；

(10)生長摻鎂InGaN層(如圖1中110層)：在溫度600-700℃，生長厚度為5-10納米InGaN:Mg層(如圖1中110層)；

(11)活化：在溫度600-750℃，活化時間10-30分鐘。

發明內容

本發明提供了一種在圖形襯底上生長GaN基LED外延片的方法，以解決現有外延片抗靜電能力差、漏電電流大等問題。

為此，本發明提供了一種在圖形襯底上生長GaN基LED外延片的方法，包括高溫處理、氮化處理以及生長成核層步驟，在高溫處理步驟前、高溫處理步驟中、氮化處理步驟中或者在生長成核層步驟中向反應室中通入氧化性氣體，氧化性氣體為CO、Cl₂、O₂、N₂O和HCl氣體的一種或者多種。

進一步地，當在高溫處理步驟前向反應室通入氧化性氣體，其中，氧化性氣體通入的體積占反應室中總體積的10ppm-10000ppm。

進一步地，當在高溫處理步驟中、氮化處理步驟中或者在生長成核層步驟中通入氧化性氣體時，氧化性氣體以5×10^-5-5×10^-2摩爾/分鐘的速度通入到反應室中。

進一步地，氧化性氣體與氮氣以混合氣體的形式通入到反應室中。

進一步地，在混合氣體中，氧化性氣體的體積百分比含量為0.1-99.9％。