一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，襯底上由下至上依次生長(zhǎng)緩沖層、非故意摻雜層、復(fù)合調(diào)節(jié)層、第一型導(dǎo)電層、有源層、電子阻擋層、第二型導(dǎo)電層和歐姆接觸層；復(fù)合調(diào)節(jié)層為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種。本發(fā)明解決襯底在外延生長(zhǎng)過程由于生長(zhǎng)不同功能的外延層時(shí)溫度變化及內(nèi)應(yīng)力問題導(dǎo)致的外延片彎曲，以及由于外延片彎曲變大而引起的外延表面異常及電性能異常問題。
【專利說明】
一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)揭示的傳統(tǒng)發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，在襯底10上采用PVD蒸鍍一層緩沖層20，緩沖層20為A1N緩沖層，或者為GaN緩沖層，或者為AlGaN緩沖層;在緩沖層20 上生長(zhǎng)非故意摻雜層(uGaN) 30;在非故意摻雜層30上生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層(nGaN)40;在第一型導(dǎo)電層(nGaN)40上生長(zhǎng)有源層(MQW)50;在有源層(MQW)50上生長(zhǎng)第二型導(dǎo)電層(pGaN) 60;在第二型導(dǎo)電層(pGaN)60生長(zhǎng)歐姆接觸層(IT0)70。
[0003]如圖2a所示，在緩沖層上生長(zhǎng)非故意摻雜層(uGaN)時(shí)，如果翹曲太大，會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)有源層(MQW)時(shí)的襯底還處于凹曲狀態(tài);如圖2b所示，在緩沖層上生長(zhǎng)非故意摻雜層(uGaN) 時(shí)，如果翹曲適中，生長(zhǎng)有源層(MQW)時(shí)的襯底可以處于平整狀態(tài);如圖2c所示，在緩沖層上生長(zhǎng)非故意摻雜層(uGaN)時(shí)，如果翹曲偏小，會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)有源層(MQW)時(shí)的襯底還處于凸曲狀態(tài)。
[0004]所述傳統(tǒng)外延結(jié)構(gòu)及生長(zhǎng)工藝通過在非故意摻雜層(uGaN)或第一型導(dǎo)電層 (nGaN)插入一層AlGaN來調(diào)節(jié)外延片的翹曲及起到過濾位錯(cuò)、電流阻擋的作用。但如果外延片生長(zhǎng)非故意摻雜層uGaN過程凹得偏小，那么這層AlGaN會(huì)導(dǎo)致生長(zhǎng)MQW時(shí)偏凸，引起整個(gè)外延片的MQW生長(zhǎng)均勻性變差，晶體質(zhì)量下降，從而引起波長(zhǎng)的均勻性變差，發(fā)光效率下降。 最終導(dǎo)致發(fā)光二極管的產(chǎn)品良率差。
[0005]由于緩沖層通常設(shè)置為一層，因此，在緩沖層上生長(zhǎng)非故意摻雜層(uGaN)時(shí)難以翹曲適中，無法進(jìn)行翹曲調(diào)整，進(jìn)而使得外延生長(zhǎng)過程中外延片的翹曲變化不穩(wěn)定，導(dǎo)致的工藝窗口變窄;從而降低LED芯片亮度和增加制造成本。
【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的在于提供一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，以解決襯底在外延生長(zhǎng)過程由于生長(zhǎng)不同功能的外延層時(shí)溫度變化及內(nèi)應(yīng)力問題導(dǎo)致的外延片彎曲，以及由于外延片彎曲變大而引起的外延表面異常及電性能異常問題。
[0007]為達(dá)成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，襯底上生長(zhǎng)緩沖層，緩沖層上生長(zhǎng)非故意摻雜層，非故意摻雜層上生長(zhǎng)復(fù)合調(diào)節(jié)層，復(fù)合調(diào)節(jié)層上生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層，第一型導(dǎo)電層上生長(zhǎng)有源層，有源層上生長(zhǎng)電子阻擋層，電子阻擋層上生長(zhǎng)第二型導(dǎo)電層，第二型導(dǎo)電層上生長(zhǎng)歐姆接觸層;復(fù)合調(diào)節(jié)層為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種。
[0008]進(jìn)一步，襯底為大尺寸藍(lán)寶石襯底。[〇〇〇9] 進(jìn)一步，復(fù)合調(diào)節(jié)層的厚度蘭200nm〇
[0010]進(jìn)一步，復(fù)合調(diào)節(jié)層構(gòu)成為GalnN/GaN/AlGaN外延結(jié)構(gòu)時(shí)，GalnN的厚度0〈dl〈 150nm，GaN 的厚度 0〈(12〈3〇111114163_勺厚度0〈(13〈15〇11111。
[0011] —種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延生長(zhǎng)方法，包括以下步驟:一，采用M0CVD在530-570°C，500-600乇，生長(zhǎng)速率低于2um/h，轉(zhuǎn)速低于500r/h的外延條件下在襯底上表面生長(zhǎng)緩沖層；二，外延生長(zhǎng)溫度至升高至l〇〇〇°C以上，100-500乇，生長(zhǎng)速率高于3 um/h，轉(zhuǎn)速高于 700r/h的條件生長(zhǎng)非故意摻雜層；三，非故意摻雜層上生長(zhǎng)復(fù)合調(diào)節(jié)層的各層結(jié)構(gòu)，復(fù)合調(diào)節(jié)層為GalnN/GaN/AlGaN、 AlGaN/GaN/GalnN中的一種:1、在外延片生長(zhǎng)過程中，非故意摻雜層(uGaN)的翹曲值高于-60為生長(zhǎng)MQW時(shí)偏凸，通過GalnN層中In組分提高或者厚度增加，且降低AlGaN層的A1組分及其減薄厚度，外延片的應(yīng)力會(huì)變?yōu)楦鼉A向于凹狀翹曲，生長(zhǎng)MQW時(shí)趨于平坦;2、在外延片生長(zhǎng)過程中，非故意摻雜層(uGaN)的翹曲值低于-110為生長(zhǎng)MQW時(shí)偏凹狀，通過AlGaN層中A1 組分提高或者厚度增加，且降低GalnN層中In組分提高及減薄厚度，外延片的應(yīng)力會(huì)變?yōu)楦鼉A向于凸?fàn)盥N曲，生長(zhǎng)MQW時(shí)趨于平坦;3、在外延片生長(zhǎng)過程中，非故意摻雜層UGaN)的翹曲值居于-110至-60時(shí)為生長(zhǎng)MQW時(shí)趨于平坦，GaInN、AlGaN層中In、Al組分降低且減薄厚度；四，在復(fù)合調(diào)節(jié)層上生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層；五，外延生長(zhǎng)溫度降低至800°C以下，壓強(qiáng)低于300乇，轉(zhuǎn)速高于800r/h的條件在第一型導(dǎo)電層上生長(zhǎng)有源層；六，外延生長(zhǎng)溫度升至高于900°C在有源層依次生長(zhǎng)電子阻擋層、第二型導(dǎo)電層和歐姆接觸層。
[0012]進(jìn)一步，復(fù)合調(diào)節(jié)層外延生長(zhǎng)溫度的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料溫度低于1000°C; 生長(zhǎng)GaN材料溫度高于1000°C ;生長(zhǎng)GalnN材料溫度低于1000°C。
[0013]進(jìn)一步，復(fù)合調(diào)節(jié)層外延生長(zhǎng)壓強(qiáng)的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料壓強(qiáng)低于150乇;生長(zhǎng)GaN材料壓強(qiáng)范圍150-300乇;生長(zhǎng)GalnN材料壓強(qiáng)低于150乇。
[0014]進(jìn)一步，復(fù)合調(diào)節(jié)層外延生長(zhǎng)大盤轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料轉(zhuǎn)速低于 800r/h;生長(zhǎng)GaN材料轉(zhuǎn)速高于800r/h;生長(zhǎng)GalnN材料轉(zhuǎn)速低于800r/h。[〇〇15]進(jìn)一步，復(fù)合調(diào)節(jié)層外延生長(zhǎng)速率的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料生長(zhǎng)速率低于2um/ h;生長(zhǎng)GaN材料生長(zhǎng)速率高于4um/h;生長(zhǎng)GalnN材料生長(zhǎng)速率低于lum/h〇
[0016] 采用上述方案后，本發(fā)明復(fù)合調(diào)節(jié)層為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種。因此，復(fù)合調(diào)節(jié)層可在外延生長(zhǎng)過程通過更改復(fù)合調(diào)節(jié)層的組分及厚度，調(diào)節(jié)外延片的翹曲情況，達(dá)到在有源區(qū)生長(zhǎng)時(shí)外延片是趨于平坦的目的，有效提高外延片的光電性能及產(chǎn)品良率。而且可以實(shí)現(xiàn)在外延層生長(zhǎng)過程在線更改翹曲情況:通過M0CVD監(jiān)控生長(zhǎng)狀況的翹曲曲線判斷外延片的翹曲情況。1、在外延片生長(zhǎng)過程偏凸的情況，可以在線通過調(diào)整其中GalnN層的In組分或者厚度，使得外延片的應(yīng)力變化為翹曲更傾向于凹狀。改善了外延片生長(zhǎng)偏凸的狀態(tài)。2、在外延片生長(zhǎng)偏凹狀的情況，可以通過在線調(diào)整其中AlGaN層的A1組分或者厚度，使得外延片的應(yīng)力變化為翹曲更傾向于凸?fàn)?。改善外延片生長(zhǎng)偏凹的狀態(tài)。設(shè)置GaN層夾于GalnN和AlGaN中間起到漸進(jìn)緩沖、調(diào)節(jié)應(yīng)力的作用。通過GaN層的厚度調(diào)整也可適當(dāng)調(diào)節(jié)外延片翹曲狀態(tài)?！靖綀D說明】[0〇17]圖1是現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2a是現(xiàn)有技術(shù)生長(zhǎng)非故意摻雜層與有源層時(shí)翹曲示意圖一；圖2b是現(xiàn)有技術(shù)生長(zhǎng)非故意摻雜層與有源層時(shí)翹曲示意圖二；圖2c是現(xiàn)有技術(shù)生長(zhǎng)非故意摻雜層與有源層時(shí)翹曲示意圖三；圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018] 標(biāo)號(hào)說明襯底10緩沖層20非故意摻雜層30第一型導(dǎo)電層40有源層50第二型導(dǎo)電層60歐姆接觸層70襯底1緩沖層2非故意摻雜層3復(fù)合調(diào)節(jié)層4GalnN層41GaN層42AlGaN層43第一型導(dǎo)電層5有源層6電子阻擋層7第二型導(dǎo)電層8歐姆接觸層9。【具體實(shí)施方式】[〇〇19]以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做詳細(xì)描述。
[0020]參閱圖3所示，本發(fā)明揭示的一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，襯底1上生長(zhǎng)緩沖層2,緩沖層2上生長(zhǎng)非故意摻雜層3,非故意摻雜層3上生長(zhǎng)復(fù)合調(diào)節(jié)層4,復(fù)合調(diào)節(jié)層4上生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層5,第一型導(dǎo)電層5上生長(zhǎng)有源層6,有源層6上生長(zhǎng)電子阻擋層7,電子阻擋層7上生長(zhǎng)第二型導(dǎo)電層8,第二型導(dǎo)電層8上生長(zhǎng)歐姆接觸層9。襯底1 優(yōu)選為大尺寸藍(lán)寶石襯底。[0021 ]復(fù)合調(diào)節(jié)層4為一種。本實(shí)施例中，復(fù)合調(diào)節(jié)層4采用依次生長(zhǎng)的GalnN層41，GaN層42和AlGaN層43,其中GalnN層41生長(zhǎng)在非故意摻雜層3上，GaN層42生長(zhǎng)在GalnN層41和AlGaN層43之間，第一型導(dǎo)電層5生長(zhǎng)在AlGaN層43上。 [〇〇22]復(fù)合調(diào)節(jié)層4的厚度5 200nm。復(fù)合調(diào)節(jié)層4的厚度偏厚會(huì)引起后續(xù)生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層5(nGaN)的應(yīng)力過大，導(dǎo)致晶體質(zhì)量變差，位錯(cuò)密度反而增大。
[0023]復(fù)合調(diào)節(jié)層4構(gòu)成為GalnN/GaN/AlGaN外延結(jié)構(gòu)時(shí)，GalnN的厚度0〈dl〈150nm，GaN 的厚度 〇〈(12〈3〇111114163_勺厚度0〈(13〈15〇11111〇
[0024]本發(fā)明還揭示一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延生長(zhǎng)方法，包括以下步驟:一，采用M0CVD在530-570°C，500-600乇，生長(zhǎng)速率低于2um/h，轉(zhuǎn)速低于500r/h的外延條件下在襯底1上表面生長(zhǎng)緩沖層2。[〇〇25]二，外延生長(zhǎng)溫度至升高至1000°C以上，100-500乇，生長(zhǎng)速率高于3 um/h，轉(zhuǎn)速高于700r/h的條件生長(zhǎng)非故意摻雜層3。
[0026]三，非故意摻雜層3上生長(zhǎng)復(fù)合調(diào)節(jié)層4的各層結(jié)構(gòu)，復(fù)合調(diào)節(jié)層4為GalnN/GaN/ AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一種:1、在外延片生長(zhǎng)過程中，非故意摻雜層3(uGaN)的翹曲值高于-60為生長(zhǎng)MQW時(shí)偏凸，通過GalnN層中In組分提高或者厚度增加，且降低AlGaN層的 A1組分及其減薄厚度，外延片的應(yīng)力會(huì)變?yōu)楦鼉A向于凹狀翹曲，生長(zhǎng)MQW時(shí)趨于平坦;2、在外延片生長(zhǎng)過程中，非故意摻雜層3(uGaN)的翹曲值低于-110為生長(zhǎng)MQW時(shí)偏凹狀，通過 AlGaN層中A1組分提高或者厚度增加，且降低GalnN層中In組分提高及減薄厚度，外延片的應(yīng)力會(huì)變?yōu)楦鼉A向于凸?fàn)盥N曲，生長(zhǎng)MQW時(shí)趨于平坦;3、在外延片生長(zhǎng)過程中，非故意摻雜層3(uGaN)的翹曲值居于-110至-60時(shí)為生長(zhǎng)MQW時(shí)趨于平坦，GaInN、AlGaN層中In、Al組分降低且減薄厚度。
[0027]四，在復(fù)合調(diào)節(jié)層4上生長(zhǎng)第一型導(dǎo)電層5。[〇〇28]五，外延生長(zhǎng)溫度降低至800°C以下，壓強(qiáng)低于300乇，轉(zhuǎn)速高于800r/h的條件在第一型導(dǎo)電層5上生長(zhǎng)有源層6。
[0029]六，外延生長(zhǎng)溫度升至高于900°C在有源層6生長(zhǎng)電子阻擋層7、在電子阻擋層7上生長(zhǎng)第二型導(dǎo)電層8,第二型導(dǎo)電層8生長(zhǎng)歐姆接觸層9。
[0030]其中，復(fù)合調(diào)節(jié)層4外延生長(zhǎng)溫度的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料溫度低于1000°C;生長(zhǎng)GaN材料溫度高于1000°C ;生長(zhǎng)GalnN材料溫度低于1000°C。復(fù)合調(diào)節(jié)層4外延生長(zhǎng)壓強(qiáng)的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料壓強(qiáng)低于150乇;生長(zhǎng)GaN材料壓強(qiáng)范圍150-300乇;生長(zhǎng)GalnN材料壓強(qiáng)低于150乇。復(fù)合調(diào)節(jié)層4外延生長(zhǎng)大盤轉(zhuǎn)速的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料轉(zhuǎn)速低于 800r/h;生長(zhǎng)GaN材料轉(zhuǎn)速高于800r/h;生長(zhǎng)GalnN材料轉(zhuǎn)速低于800r/h。復(fù)合調(diào)節(jié)層4外延生長(zhǎng)速率的變化趨勢(shì):生長(zhǎng)AlGaN材料生長(zhǎng)速率低于2um/h;生長(zhǎng)GaN材料生長(zhǎng)速率高于4um/ h;生長(zhǎng)GalnN材料生長(zhǎng)速率低于lum/h〇[〇〇31]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非對(duì)本案設(shè)計(jì)的限制，凡依本案的設(shè)計(jì)關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征在于:襯底上生長(zhǎng)緩 沖層，緩沖層上生長(zhǎng)非故意摻雜層，非故意摻雜層上生長(zhǎng)復(fù)合調(diào)節(jié)層，復(fù)合調(diào)節(jié)層上生長(zhǎng)第 一型導(dǎo)電層，第一型導(dǎo)電層上生長(zhǎng)有源層，有源層上生長(zhǎng)電子阻擋層，電子阻擋層上生長(zhǎng)第 二型導(dǎo)電層，第二型導(dǎo)電層上生長(zhǎng)歐姆接觸層；復(fù)合調(diào)節(jié)層為GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/ GaN/GalnN 中的一種。2.如權(quán)利要求1所述的一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征 在于:襯底為大尺寸藍(lán)寶石襯底。3.如權(quán)利要求1所述的一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征 在于:復(fù)合調(diào)節(jié)層的厚度=200nm〇4.如權(quán)利要求1所述的一種具有生長(zhǎng)過程可調(diào)節(jié)翹曲的發(fā)光二極管外延結(jié)構(gòu)，其特征 在于:復(fù)合調(diào)節(jié)層構(gòu)成為GalnN/GaN/AlGaN外延結(jié)構(gòu)時(shí)，GalnN的厚度0〈(11〈15〇11111，6&1'1的厚 度0〈(12〈3〇111114163_勺厚度0〈(13〈15〇11111。
【文檔編號(hào)】H01L33/12GK106025019SQ201610425763
【公開日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年6月16日
【發(fā)明人】林志偉, 陳凱軒, 張永, 卓祥景, 姜偉, 汪洋, 童吉楚, 方天足
【申請(qǐng)人】廈門乾照光電股份有限公司