[发明专利]适用于AlN衬底的LED外延生长方法

说明书

本申请公开了一种适用于AlN衬底的LED外延生长方法，方法包括处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底、在所述蓝宝石衬底上顺次生长第一渐变AlGaN层和生长第二渐变AlGaN层、生长低温缓冲层、生长不掺杂GaN层、生长掺杂Si的N型GaN层、周期性生长有源层MQW、生长P型AlGaN层、生长掺杂Mg的P型GaN层以及降温冷却。生长第一渐变AlGaN层和生长第二渐变AlGaN层，可以降低位错密度，提高晶体质量，提高了LED发光效率，提高了抗静电能力。对第一渐变AlGaN层和第二渐变AlGaN层进行退火处理，使得整个外延层表面更平整，表面六角缺陷和凹型坑更少，整个外观更好。

技术领域

本发明涉及LED外延生长技术领域，具体地说，涉及一种适用于AlN衬底的LED外延生长方法。

背景技术

目前普遍采用的GaN生长方法是在蓝宝石衬底上进行图形化。蓝宝石晶体是第三代半导体材料GaN外延层生长最好的衬底材料之一，其单晶制备工艺成熟。GaN为蓝光LED制作基材。其中GaN外延层的衬底材料SiC，其与GaN晶格失配度小，只有3.4％，但其热膨胀系数与GaN差别较大，易导致GaN外延层断裂，并且制造成本高，为蓝宝石的10倍；衬底材料Si成本低，与GaN晶格失配度大，达到17％，生长GaN比较难，与蓝宝石比较发光效率太低；衬底材料蓝宝石晶体结构相同(六方对称的纤锌矿晶体结构)，与GaN晶格失配度大，达到13％，易导致GaN外延层高位错密度，为此，在蓝宝石衬底上加入AlN或低温GaN外延层或SiO2层等，可降低GaN外延层位错密度。

蓝宝石与GaN间存在较大的晶格失配(13-16％)和热失配，使得GaN外延层中的失配位错密度较高(～10¹⁰cm^-2)，影响GaN外延层质量，从而影响器件质量(发光效率、漏电极、寿命等)。

传统的做法是采用低温缓冲层，通过调整蓝宝石衬底的氮化、低温缓冲层的生长温度、缓冲层的厚度等，来提高GaN外延层的晶体质量。但是，由于低温缓冲层还是属于异质外延，其提升的晶体质量有限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种适用于AlN衬底的LED外延生长方法，其特征在于，包括步骤：

处理表面具有AlN薄膜的蓝宝石衬底；

在所述蓝宝石衬底上顺次生长第一渐变AlGaN层和生长第二渐变AlGaN层，其中，

所述生长第一渐变AlGaN层包括：控制400-600mbar的反应腔压力，向反应腔通入流量为60-70L/min的NH₃、90-95L/min的N₂，100-110sccm的TMGa、230-250sccm的TMAl源，生长过程中以每秒钟降低0.1℃将生长温度从550℃渐变降低至500℃，在所述蓝宝石衬底上生长厚度D1为8-10nm的第一渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％；

所述生长第二渐变AlGaN层包括：将生长温度升高至700℃，保持反应腔压力和气体通入流量不变，生长过程中以每秒钟升高0.2℃将生长温度从700℃渐变增加至800℃，在所述第一渐变AlGaN层上生长厚度D2为8-10nm的第二渐变AlGaN层,其中Al的摩尔组分为10-12％，D2＝D1；

保持反应腔压力不变，控制N₂流量为150-160L/min，控制反应室温度在680-720℃之间，对所述第一渐变AlGaN层和所述第二渐变AlGaN层进行20s的退火处理；

生长低温缓冲层；

生长不掺杂GaN层；

生长掺杂Si的N型GaN层；

周期性生长有源层MQW；

生长P型AlGaN层；

生长掺杂Mg的P型GaN层；