[发明专利]一种LED外延生长方法

说明书

技术领域

本申请涉及半导体照明技术领域，具体地说，是涉及一种LED外延生长方法。

背景技术

发光二极管简称为LED，由含镓(Ga)、砷(As)、磷(P)、氮(N)等的化合物制成。LED以其长寿命、强抗老化能力、强抗静电能力以及很好的稳定性备受世界关注。而外延层晶体质量在提升LED性能方面又起着至关重要的作用。LED的寿命、抗老化能力、抗静电能力以及稳定性都会随着外延层晶体质量的提升而得到提升。

目前，在国内金属化学气相沉积法MOCVD外延生长技术涵盖LED行业技术的70％左右，如何生长更好的外延片日益受到重视，高质量的外延片需求日益增加，因为外延层晶体质量的提高，LED器件的性能可以等到提升。其中，抗静电能力是产品的一项重要参数，抗静电能力强，产品的良率高、发光效率高，相应地价格也会提高，由此产生的经济效益显著。

金属化学气相沉积法MOCVD，是一种在基板上成长半导体薄膜的方法。原理是在载流气体通过有机金属反应源的容器时，将反应源的饱和蒸气带至反应腔中与其它反应气体混合，然后在被加热的基板上面发生化学反应促成薄膜的成长的方法。

传统的外延技术中在蓝宝石Al₂O₃基板上生长GaN材料，因为Al₂O₃材料和GaN材料存在着约13％的晶格失配，带来的影响是GaN材料位错密度高达109根/cm²。目前控制位错密度的主要方法是低温生长一层薄GaN层作缓冲层，然后在此基础上进行GaN的3D生长和2D生长，最后形成比较平整的GaN层，然而该种方法还是会造成器件较弱的抗静电能力。

传统LED结构参见图1，而传统LED结构外延生长流程图见图2所述，具体步骤如下：

步骤201、高温处理蓝宝石衬底11。

在900-1100℃，反应腔压力维持在100-200mbar的条件下，通入50-100L/min的氢气高温处理蓝宝石衬底5-10分钟。

步骤202、生长低温缓冲层GaN12。

降温至500-650℃下，反应腔压力维持在300-600mbar，通入50-90L/min的氢气、40-60L/min的氨气、50-100sccm的TMGa源在蓝宝石衬底上生长厚度为30-60nm的低温缓冲层GaN。

步骤203、生长3D GaN层13。

升高温度到850-1000℃，反应腔压力维持在300-600mbar，通入50-90L/min的氢气、40-60L/min的氨气、200-300sccm的TMGa源持续生长1-2μm的3D GaN层。

步骤204、生长2D GaN层14。

升高温度到1000-1100℃，反应腔压力维持在300-600mbar，通入50-90L/min的氢气、40-60L/min的氨气、300-400sccm的TMGa源持续生长2-3μm的2D GaN层。

步骤205、生长掺杂Si的N型GaN15。

然后保持温度到1000-1100℃，反应腔压力维持在150-300mbar，通入50-90L/min的氢气、40-60L/min的氨气、200-300sccm的TMGa源、20-50sccm的SiH4源，持续生长掺杂Si的N型GaN，Si掺杂浓度5E+18至1E+19，总厚度控制在2-4μm。

步骤206、生长有源层MQW16。

周期性生长有源层MQW：反应腔压力维持在300-400mbar，温度控制在700-750℃，通入50-90L/min的氮气、40-60L/min的氨气、10-50sccm的TMGa源、1000-2000sccm的TMIn源，生长掺杂In的InGaN层161，即3-4nm的InxGa(1-x)N(x＝0.15-0.25)层，In掺杂浓度1E+20-3E+20，然后升温800-850℃，通入50-90L/min的氮气、40-60L/min的氨气、10-50sccm的TMGa源，生长10-15nmGaN层162。接着InxGa(1-x)N和GaN按照此方法交替生长，周期数为10-15。

其中，有源层MQW16为LED芯片的发光层。

步骤207、生长P型AlGaN层17。