[發明專利]一種減少外延片翹曲的LED外延生長方法

有效

• 申請號: 201810681961.1
• 申請日: 2018-06-27
• 公開（公告）號: CN108847434B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 徐平
• 申請（專利權）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/00
• 分類號: H01L33/00;H01L33/12
• 代理公司: 長沙七源專利代理事務所(普通合伙) 43214
• 代理人: 鄭雋;吳婷

本申請提供了一種減少外延片翹曲的LED外延生長方法，包括：將藍寶石襯底放入電子束真空鍍膜反應腔，在藍寶石襯底上蒸鍍Al單質薄膜；將蒸鍍有Al單質薄膜的藍寶石襯底取出，放入快速退火爐中制備Al₂O₃薄膜；再把表面制備有Al₂O₃薄膜的藍寶石襯底取出，放入MOCVD反應腔，依次生長摻雜Si的n型GaN層、有源層MQW、P型AlGaN層和P型GaN層；退火處理。本發明通過利用電子束真空鍍膜方法與快速退火方法在藍寶石襯底上制備高質量的Al₂O₃薄膜作為緩沖層，利用Al₂O₃薄膜減少外延生長過程中所受應力，進而減少外延片的翹曲程度，并提高LED外延片的波長均勻性。

技術領域

本發明屬于LED技術領域，具體涉及一種減少外延片翹曲的LED外延生長方法。

背景技術

LED(Light Emitting Diode，發光二極管)是一種固體照明，由于LED具有體積小、耗電量低使用壽命長高亮度、環保、堅固耐用等優點受到廣大消費者認可，國內生產LED的規模也在逐步擴大。

藍寶石是現階段工業生長GaN基LED的最普遍的襯底材料。由于藍寶石襯底和外延薄膜之間存在較大的熱失配，使得外延晶體薄膜在生長過程中一直受到應力的作用，導致外延片發生彎曲、翹曲甚至龜裂。

傳統LED外延層的生長方法為：處理襯底，生長低溫緩沖層GaN、生長3D GaN層、生長2D GaN層、生長摻雜Si的N型GaN層、周期性生長有緣層MQW、生長P型AlGaN層、生長摻Mg的P型GaN層、降溫冷卻。

上述傳統的外延生長技術中外延片翹曲大，尤其在大尺寸藍寶石襯底上進行外延晶體生長時，翹曲更大，導致后續芯片制作過程中研磨破片率高，產品良率低下。

因此，提供一種LED外延生長方法，減少外延片翹曲，是本技術領域亟待解決的技術問題。

發明內容

為了解決外延片翹曲大的問題，本發明公開了一種減少外延片翹曲的LED外延生長方法，通過利用電子束真空鍍膜方法與快速退火方法在藍寶石襯底上制備高質量的Al₂O₃薄膜作為緩沖層，利用Al₂O₃薄膜減少外延生長過程中所受應力，進而減少外延片的翹曲程度，并提高LED外延片的波長均勻性。

為解決上述背景技術中的問題，本發明提供了一種減少外延片翹曲的LED外延生長方法，包括：

將藍寶石襯底放入電子束真空鍍膜反應腔中，使用高純度金屬鋁作為靶材，在腔體溫度為240℃，鍍膜速率為電子槍的輸出功率為3-4kW，鍍膜功率為電子槍輸出功率的0.35倍，腔體壓力為1.0×10^-6Torr的條件下，在所述藍寶石襯底上蒸鍍100-140nm厚的Al單質薄膜；

將蒸鍍有所述Al單質薄膜的藍寶石襯底從電子束真空鍍膜反應腔中取出，放入快速退火爐反應腔，退火溫度為500℃，反應時間為300～360s，控制反應腔的氧氣流量由9mL/min規律性線性增加至15mL/min，且氧氣流量的控制關系式滿足：Q＝0.1t-21，Q表示氧氣流量，t表示反應時間，在藍寶石襯底表面制備130-160nm厚的Al₂O₃薄膜；

將制備有所述Al₂O₃薄膜的藍寶石襯底從快速退火爐反應腔中取出，放入MOCVD反應腔，依次生長摻雜Si的n型GaN層、有源層MQW、P型AlGaN層和P型GaN層；

在溫度為700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N₂的條件下，保溫20-30min，隨爐冷卻。