專利名稱：氮化物led外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管具有節(jié)能、環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，在各國(guó)政府的重視和推廣下，已經(jīng)廣泛的應(yīng)用于LCD背光、戶外顯示、景觀照明以及普通照明等領(lǐng)域，開展了人類照明史上的又
一次革命。參照?qǐng)D1，是傳統(tǒng)的氮化物發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)示意圖。在一藍(lán)寶石襯底11上依次生長(zhǎng)成核層12、非故意摻雜氮化鎵層13、N型氮化鎵層14、有源層15和P型氮化鎵層 16 ；圖3是傳統(tǒng)的生長(zhǎng)氮化物發(fā)光二極管的初期溫度曲線與反射率曲線。藍(lán)寶石襯底因?yàn)槌杀鞠鄬?duì)較低而成為目前氮化鎵異質(zhì)外延用的主流襯底。但是，由于藍(lán)寶石和氮化鎵材料之間存在很大的晶格失配和熱失配，給氮化鎵外延層引入大量位錯(cuò)和缺陷，缺陷密度高達(dá) IO8-IOicicnT2,造成載流子泄漏路徑增多，造成了氮化物反光二極管的漏電和抗靜電等電學(xué)參數(shù)較差，限制了其進(jìn)一步進(jìn)入高端應(yīng)用市場(chǎng)。針對(duì)目前氮化物反光二極管的漏電和抗靜電等電學(xué)參數(shù)較差的問題，人們提出了很多的解決辦法，比如在材料結(jié)構(gòu)中加入低摻雜的電流擴(kuò)展層等。但是，效果還是不夠理想，還需進(jìn)一步改善氮化物反光二極管的電性能。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，通過在非故意摻雜氮化鎵長(zhǎng)平后弓I入一層氮化鎵應(yīng)力控制層，改變由氮化鎵材料與襯底失配帶來的應(yīng)力的分布，提高晶體質(zhì)量，能很好的改善氮化物發(fā)光二極管的漏電和抗靜等電性參數(shù)。本發(fā)明提供氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，包括以下步驟步驟1 采用MOCVD技術(shù)，在MOCVD反應(yīng)室里將襯底進(jìn)行熱處理后，降溫；步驟2 在襯底生長(zhǎng)一層氮化物成核層；步驟3 退火，使襯底表面形成成核層的結(jié)晶；步驟4 在結(jié)晶的氮化物成核層上生長(zhǎng)非故意摻雜氮化鎵層；步驟5 在非故意摻雜氮化鎵上生長(zhǎng)氮化鎵應(yīng)力控制層；步驟6 在氮化鎵應(yīng)力控制層上生長(zhǎng)依次生長(zhǎng)N型氮化鎵層、有源層、P型氮化鎵層，得到完整LED外延結(jié)構(gòu)。


為進(jìn)一步說明本發(fā)明的具體技術(shù)內(nèi)容，以下結(jié)合實(shí)施例及附圖詳細(xì)說明如后，其中圖1是傳統(tǒng)的氮化物發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明實(shí)施例的氮化物發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是傳統(tǒng)的生長(zhǎng)氮化物發(fā)光二極管的初期溫度曲線與反射率曲線。圖4是本發(fā)明實(shí)施例的初期溫度曲線與反射率曲線。
具體實(shí)施例方式請(qǐng)參閱圖2所示，本發(fā)明提供一種氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，包括以下步驟步驟1 采用MOCVD技術(shù)，在MOCVD反應(yīng)室里將襯底21進(jìn)行熱處理在氫氣氣氛下，溫度維持在1100-1180°C，持續(xù)烘烤600-2000秒，然后降溫。其中采用的MOCVD技術(shù)， 是利用氨氣做為氮源，氮?dú)饣驓錃庾鲚d氣，三甲基鎵或三乙基鎵、三甲基銦和三甲基鋁分別做為鎵源、銦源和鋁源；硅烷為N型摻雜劑，二茂鎂為P型摻雜劑。其中所述襯底21的材料為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氧化鋅或鋁酸鋰，其中所述襯底21為平面襯底或者表面上制作出規(guī)則或者不規(guī)則形狀的圖形襯底，所述襯底21為圖形襯底時(shí)，其圖形底部尺寸為 0. 1-10 μ m,圖形間距為0. 1-5 μ m,圖形高度為0. 1-5 μ m。步驟2 在襯底21生長(zhǎng)一層氮化物成核層22，其中氮化物成核層22的生長(zhǎng)溫度為 510-570°C，生長(zhǎng)壓力為400-800mbar，當(dāng)成核層厚度為20-50nm后，停止向反應(yīng)室通入金屬源。步驟3:退火，使襯底21表面形成成核層22的結(jié)晶。把溫度升高退火溫度 1020-1100°C，升溫速率為1.3-1.6°C/秒。退火時(shí)間為60_400s。步驟4 在結(jié)晶的氮化物成核層22上生長(zhǎng)非故意摻雜氮化鎵層23，其中非故意摻雜氮化鎵層23的生長(zhǎng)溫度為1030-1100°C，壓力150_500mbar，V/III比700-1500，生長(zhǎng)厚度為2-4 μ m。此時(shí)，非故意摻雜氮化鎵23表面已經(jīng)長(zhǎng)平，為下一步生長(zhǎng)做好準(zhǔn)備。步驟5 在非故意摻雜氮化鎵23上生長(zhǎng)氮化鎵應(yīng)力控制層M，其中氮化鎵應(yīng)力控制層M的生長(zhǎng)溫度為600-800°C，壓力150-500mbar，V/III比為2000-4500，同時(shí)開通SiH4, 進(jìn)行輕摻雜。參照?qǐng)D4，所描述的是本發(fā)明實(shí)施例的初期溫度曲線與反射率曲線，其生長(zhǎng)氮化鎵應(yīng)力控制層M時(shí)的溫度和反射率與使用傳統(tǒng)方法生長(zhǎng)時(shí)溫度和反射率有很大不同， 這一步是釋放氮化鎵外延材料中殘余應(yīng)力和改善氮化鎵外延質(zhì)量的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。步驟6 在氮化鎵應(yīng)力控制層M上生長(zhǎng)依次生長(zhǎng)N型氮化鎵層25、有源層^、P型氮化鎵層27，得到完整LED外延結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的具體實(shí)施方案已說明如上，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以在不違背本發(fā)明的精神及范圍內(nèi)，根據(jù)上述說明對(duì)實(shí)施例進(jìn)行修改。因此本發(fā)明的權(quán)利保護(hù)范圍，應(yīng)如權(quán)利要求所述為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，包括以下步驟步驟1 采用MOCVD技術(shù)，在MOCVD反應(yīng)室里將襯底進(jìn)行熱處理后，降溫；步驟2 在襯底生長(zhǎng)一層氮化物成核層；步驟3 退火，使襯底表面形成成核層的結(jié)晶；步驟4 在結(jié)晶的氮化物成核層上生長(zhǎng)非故意摻雜氮化鎵層；步驟5 在非故意摻雜氮化鎵上生長(zhǎng)氮化鎵應(yīng)力控制層；步驟6 在氮化鎵應(yīng)力控制層上生長(zhǎng)依次生長(zhǎng)N型氮化鎵層、有源層、P型氮化鎵層，得到完整LED外延結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中采用MOCVD技術(shù)，是利用NH3做為N源，N2或吐做載氣，三甲基鎵或三乙基鎵、三甲基銦和三甲基鋁分別做為鎵源、銦源和鋁源；硅烷為N型摻雜劑，二茂鎂為P型摻雜劑。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中所述襯底的材料為藍(lán)寶石、碳化硅、硅、砷化鎵、氧化鋅或鋁酸鋰。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中所述襯底為平面襯底或者表面上制作出規(guī)則或者不規(guī)則形狀的圖形襯底。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中所述襯底為圖形襯底時(shí)，其圖形底部尺寸為0. 1-10 μ m，圖形間距為0. 1-5 μ m，圖形高度為0. 1-5 μ m。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中氮化物成核層的生長(zhǎng)溫度為510-570°C，生長(zhǎng)壓力為400-800mbar，生長(zhǎng)厚度為20_50nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中退火溫度為1020-1100°C，退火時(shí)間為 60-400s。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中非故意摻雜氮化鎵層的生長(zhǎng)溫度為1030-1100°C，壓力為150-500mbar, V/III比為700-1500，生長(zhǎng)厚度為2-4 μ m0
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，其中氮化鎵應(yīng)力控制層的生長(zhǎng)溫度為600-800"C，壓力為150-500mbar，V/III比為2000-4500，同時(shí)開通SiH4,進(jìn)行輕摻雜。
全文摘要
一種氮化物L(fēng)ED外延結(jié)構(gòu)的生長(zhǎng)方法，包括以下步驟步驟1采用MOCVD技術(shù)，在MOCVD反應(yīng)室里將襯底進(jìn)行熱處理后，降溫；步驟2在襯底生長(zhǎng)一層氮化物成核層；步驟3退火，使襯底表面形成成核層的結(jié)晶；步驟4在結(jié)晶的氮化物成核層上生長(zhǎng)非故意摻雜氮化鎵層；步驟5在非故意摻雜氮化鎵上生長(zhǎng)氮化鎵應(yīng)力控制層；步驟6在氮化鎵應(yīng)力控制層上生長(zhǎng)依次生長(zhǎng)N型氮化鎵層、有源層、P型氮化鎵層，得到完整LED外延結(jié)構(gòu)。本發(fā)明可以提高發(fā)光二極管外延質(zhì)量，調(diào)制外延層中因?yàn)榫Ц袷鋷淼膽?yīng)力，并有效的改善發(fā)光二極管的漏電和抗靜電性能。
文檔編號(hào)H01L33/00GK102569567SQ20121007571
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月21日
發(fā)明者伊?xí)匝? 姚然, 李志聰, 李晉閩, 李璟, 李盼盼, 李鴻漸, 梁萌, 王兵, 王軍喜, 王國(guó)宏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院半導(dǎo)體研究所