[发明专利]一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法

说明书

本申请提供了一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，包括：将蓝宝石衬底放入电子束真空镀膜反应腔，在蓝宝石衬底上蒸镀Al单质薄膜；将蒸镀有Al单质薄膜的蓝宝石衬底取出，放入快速退火炉中制备Al₂O₃薄膜；再把表面制备有Al₂O₃薄膜的蓝宝石衬底取出，放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的n型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；退火处理。本发明通过利用电子束真空镀膜方法与快速退火方法在蓝宝石衬底上制备高质量的Al₂O₃薄膜作为缓冲层，利用Al₂O₃薄膜减少外延生长过程中所受应力，进而减少外延片的翘曲程度，并提高LED外延片的波长均匀性。

技术领域

本发明属于LED技术领域，具体涉及一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法。

背景技术

LED(Light Emitting Diode，发光二极管)是一种固体照明，由于LED具有体积小、耗电量低使用寿命长高亮度、环保、坚固耐用等优点受到广大消费者认可，国内生产LED的规模也在逐步扩大。

蓝宝石是现阶段工业生长GaN基LED的最普遍的衬底材料。由于蓝宝石衬底和外延薄膜之间存在较大的热失配，使得外延晶体薄膜在生长过程中一直受到应力的作用，导致外延片发生弯曲、翘曲甚至龟裂。

传统LED外延层的生长方法为：处理衬底，生长低温缓冲层GaN、生长3D GaN层、生长2D GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、周期性生长有缘层MQW、生长P型AlGaN层、生长掺Mg的P型GaN层、降温冷却。

上述传统的外延生长技术中外延片翘曲大，尤其在大尺寸蓝宝石衬底上进行外延晶体生长时，翘曲更大，导致后续芯片制作过程中研磨破片率高，产品良率低下。

因此，提供一种LED外延生长方法，减少外延片翘曲，是本技术领域亟待解决的技术问题。

发明内容

为了解决外延片翘曲大的问题，本发明公开了一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，通过利用电子束真空镀膜方法与快速退火方法在蓝宝石衬底上制备高质量的Al₂O₃薄膜作为缓冲层，利用Al₂O₃薄膜减少外延生长过程中所受应力，进而减少外延片的翘曲程度，并提高LED外延片的波长均匀性。

为解决上述背景技术中的问题，本发明提供了一种减少外延片翘曲的LED外延生长方法，包括：

将蓝宝石衬底放入电子束真空镀膜反应腔中，使用高纯度金属铝作为靶材，在腔体温度为240℃，镀膜速率为电子枪的输出功率为3-4kW，镀膜功率为电子枪输出功率的0.35倍，腔体压力为1.0×10^-6Torr的条件下，在所述蓝宝石衬底上蒸镀100-140nm厚的Al单质薄膜；

将蒸镀有所述Al单质薄膜的蓝宝石衬底从电子束真空镀膜反应腔中取出，放入快速退火炉反应腔，退火温度为500℃，反应时间为300～360s，控制反应腔的氧气流量由9mL/min规律性线性增加至15mL/min，且氧气流量的控制关系式满足：Q＝0.1t-21，Q表示氧气流量，t表示反应时间，在蓝宝石衬底表面制备130-160nm厚的Al₂O₃薄膜；

将制备有所述Al₂O₃薄膜的蓝宝石衬底从快速退火炉反应腔中取出，放入MOCVD反应腔，依次生长掺杂Si的n型GaN层、有源层MQW、P型AlGaN层和P型GaN层；

在温度为700℃-800℃，通入100L/min-150L/min的N₂的条件下，保温20-30min，随炉冷却。