[发明专利]一种发光二极管外延生长方法

说明书

技术领域

本发明属于发光二极管领域，具体涉及一种改进抗ESD和提高反向击穿能力、提高晶体质量、改善器件产业化成品率的外延生长技术。

背景技术

近年来，由于发光二级管的发光效率和器件制备技术得到不断的提升，而被应用到照明、背光灯、显示屏、指示灯等领域，同时，人们对其性能又提出了更高的要求，尤其是抗静电(ESD)能力。由于发光二极管在制造、运输、搬运等过程中不可避免的产生静电，因此发光二极管抗静电能力是决定其是否在应用之前被损坏的关键因素。

目前，改善发光二级管抗ESD能力的通用方法是将LED与齐纳二极管整合一起，这样会增加LED的使用成本及占用体积。提高LED本身抗ESD能力是推广其大规模应用的最有效方法，而决定LED本身抗ESD能力的主要因素是外延层尤其是有源区的晶体质量。由于蓝光LED的量子阱含In成分，当升高温度提高其晶体质量时，会导致In的挥发，从而限制了多量子阱区域的生长温度；而当生长温度较低时，外延质量较差，抗ESD能力也会下降，成为解决器件稳定性和产业化成品率的难点之一。图1为外延结构示意图。

中国发明专利“一种提高氮化镓基LED芯片抗静电能力的外延片生长方法”CN200710051864.6提供一种氮化镓基LED外延片的生长方法，在p-GaN层中形成电流释放通道，并对生长的外延薄膜进行一次降温、升温退火处理以消除部分累计应力，改善了p-GaN外延层的晶体质量，因此提高了GaN基LED芯片抗ESD能力。该专利的优点在于：实现了在保证小芯片良好的抗ESD良品率的前提下有效提高大芯片抗ESD良品率的GaN基LED外延片的制备。按常规芯片工艺制作成320×320μm²芯片，其反向2000V ESD良品率为92.7％；1×1mm²的大芯片反向1000V ESD良品率为75.8％。

但是方法的问题在于，它还是只能在较小的芯片上显示其良好的效果，当芯片较大比如800×800μm²芯片或1100×1100μm²芯片时，或者有图形衬底时，其反向ESD良品率就难有大的改善。

发明内容

本发明的目的是：提出一种新的发光二极管外延生长方法，提高外延材料的晶体质量，改善其抗ESD和反向击穿能力，并提高器件发光效率以及器件可靠性。同现有技术中国专利CN200710051864.6相比，本发明的差别在于：在多量子阱生长过程中引入热处理过程，此发明改善ESD的主要机理在于，在过程中通过热退火过程改善晶格生长过程中的应变，从而提高GaN材料的生长质量，不但可以改善其ESD性能，此外，还能提高器件发光效率，改善器件综合性能，如器件良品率、可靠性等参数。

本发明的技术方案是：一种发光二极管外延生长方法，其特征在于：在多量子阱的制备过程中，在两个相邻量子阱的生长过程间加入一个高温退火步骤，具体为前一量子阱的量子垒形成后，以高于量子垒生长温度50℃以上的温度对前一量子阱的量子阱层进行退火，然后再按常规温度生长后一量子阱的量子阱层。

如上所述的发光二极管外延生长方法，其特征在于：对多个相邻量子阱间加入高温退火步骤，退火温度相同或者不同。

如上所述的发光二极管外延生长方法，其特征在于：量子阱的数目i为2≤i≤100。

如上所述的发光二极管外延生长方法，其特征在于：量子阱的组成为Al_yIn_xGa_1-x-yN(0＜x≤1，0≤y＜1)，量子垒的组成为Al_aIn_bGa_1-a-bN(0＜a≤1，0≤b＜1)；

过渡层的组成为Al_yIn_xGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y＜1)；

u型氮化镓层为未掺杂Al_yIn_xGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y＜1)半导体层；

n型氮化镓层为n型掺杂Al_yIn_xGa_1-x-yN(0≤x≤1，0≤y≤1，0≤x+y＜1)半导体层，掺杂元素为Si，掺杂浓度为1×10¹⁸/cm³～5×10²²/cm³；