[發明專利]具有翹曲調節結構層的LED外延結構及其生長方法

有效

• 申請號: 201610047614.4
• 申請日: 2016-01-25
• 公開（公告）號: CN105679898B
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 馬旺;王承軍;曲爽;王成新;徐現剛
• 申請（專利權）人: 山東浪潮華光光電子股份有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/04;H01L33/00;H01L21/02
• 代理公司: 濟南日新專利代理事務所 37224
• 代理人: 王書剛

一種具有翹曲調節結構層的LED外延結構及其生長方法，在LED的高溫GaN層和高溫N型GaN層之間插入翹曲調節結構層，該結構為Si₃N₄/GaN/AlGaN/GaN超晶格層，該結構周期數量1?40個，單周期厚度31?1930nm，生長溫度700?1200℃，生長生長壓力50?300torr，其中Si₃N₄層和AlGaN層生長條件可以相同也可以不同，當Si₃N₄層和AlGaN層生長條件不同時，通過中間的GaN層過渡條件變化，然后通過調節Si₃N₄層厚度和SiH₄流量、調節AlGaN層厚度和Al組分，進行配合，調節外延片生長過程中的翹曲程度，從而提高LED外延片產品單片片內參數均勻性，提高LED外延片良率。

技術領域

本發明涉及一種用于調節生長翹曲程度提升產品良率的LEDLED(發光二極管)的外延結構生長方法，屬于LED制備技術領域。

背景技術

寬禁帶半導體是繼硅和砷化鎵之后的第三代半導體材料，近年來越來越受到人們的重視，目前廣泛研究的主要包含了III-V族與II-VI化合物半導體材料、碳化硅(SiC)和金剛石薄膜等，在藍綠光、紫外光LED、LD、探測器和微波功率器件等方面獲得了廣泛的應用。由于其優良的特性和廣泛的應用，受到廣泛的關注。特別是Ⅲ-Ⅴ族半導體材料中的氮化鎵(GaN)材料，由于其在半導體照明應力的商業化應用，成為了當今全球半導體領域的研究熱點。

Ⅲ族氮化物材料包含AlN、GaN、InN和他們的合金，通過控制其組份，可使其禁帶寬度從InN的0.9eV至AlN的6.2eV連續變化，對應的波長范圍覆蓋整個可見光區，并可延伸至紫外區域。這一類材料是直接帶隙材料，并具有熱導率高、發光效率高、介電常數小、化學性質穩定、硬度大和耐高溫等特點，是制作激光二極管(LD)、高亮度藍綠光發光二極管(LED)和異質結場效應晶體管(HFETs)等器件的理想材料。尤其是其中的LED器件，已在半導體照明領域獲得了廣泛的應用。

LED由于發光效率高、功耗低、不含有毒物質汞、綠色環保，從而贏得關注。隨著發光二極管LED的發光效率的迅速改善，亮度的快速提高，LED具有越來越廣闊的市場。

對于GaN藍光LED來說，外延片產品的單片片內參數均勻性非常重要，這些參數包含波長、厚度、摻雜等。在規模化生產過程中，由于藍寶石(Al₂O₃)襯底與GaN材料之間的晶格失配以及熱失配，在外延生長過程中會影響LED外延片的整體翹曲程度，以致在生長量子阱區(MQW)時外延片的溫場和生長狀態會因自身翹曲而產生差異，所生長出來的LED外延片的波長以及電性參數單片片內將存在較大的差異，最終影響到LED產品參數的單片均勻性。

因此，有必要提出一種LED生長工藝，調節和改變MQW生長前的外延片翹曲程度，優化LED外延片的單片片內均勻性，提高LED外延片產品的單片片內參數均勻性，提高產品良率。

中國專利文獻CN105070652A公開的《GaN層生長方法及所得LED外延層和LED芯片》，是在成核層上分別生長兩層GaN層，通過調節這兩層GaN層的生長時間、壓力和溫度，實現對GaN晶體的分段生長，使分段生長所得具有少許差別的GaN晶體相互配合，從而實現GaN晶體的結晶質量的提升，并減少GaN晶體與襯底晶體之間的晶格失配。該方法只是從過渡生長的手段減少晶格失配，效果一般，并不是從直接改變生長翹曲的方面進行研究，不能通過改變翹曲實現對單片片內參數均勻性的提升。

中國專利文獻CN104409590A公開的《LED外延結構及其生長方法》，是一種在高溫N型GaN層上生長Si₃N₄/GaN超晶格層和不摻雜的GaN層交替排列的過渡層，減少高溫N型GaN層和發光層之間的應力。該方法并不能對MQW前外延片翹曲程度進行有效調節，且在高溫N型GaN和發光區之間插入過渡層，會極大的影響LED產品的性能。