一種led外延生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本申請涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是涉及一種LED外延生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管簡稱為LED，由含鎵（Ga)、砷（As)、磷（P)、氮（N)等的化合物制成。LED 以其長壽命、強抗老化能力、強抗靜電能力以及很好的穩(wěn)定性備受世界關(guān)注。而外延層晶體 質(zhì)量在提升LED性能方面又起著至關(guān)重要的作用。LED的壽命、抗老化能力、抗靜電能力以 及穩(wěn)定性都會隨著外延層晶體質(zhì)量的提升而得到提升。
[0003] 目前，在國內(nèi)金屬化學(xué)氣相沉積法MOCVD外延生長技術(shù)涵蓋LED行業(yè)技術(shù)的70% 左右，如何生長更好的外延片日益受到重視，高質(zhì)量的外延片需求日益增加，因為外延層晶 體質(zhì)量的提高，LED器件的性能可以等到提升。其中，抗靜電能力是產(chǎn)品的一項重要參數(shù)，抗 靜電能力強，產(chǎn)品的良率高、發(fā)光效率高，相應(yīng)地價格也會提高，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益顯著。
[0004] 金屬化學(xué)氣相沉積法M0CVD，是一種在基板上成長半導(dǎo)體薄膜的方法。原理是在載 流氣體通過有機(jī)金屬反應(yīng)源的容器時，將反應(yīng)源的飽和蒸氣帶至反應(yīng)腔中與其它反應(yīng)氣體 混合，然后在被加熱的基板上面發(fā)生化學(xué)反應(yīng)促成薄膜的成長的方法。
[0005] 傳統(tǒng)的外延技術(shù)中在藍(lán)寶石Al2O3基板上生長GaN材料，因為Al203材料和GaN材 料存在著約13%的晶格失配，帶來的影響是GaN材料位錯密度高達(dá)109根/cm2。目前控制 位錯密度的主要方法是低溫生長一層薄GaN層作緩沖層，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行GaN的3D生 長和2D生長，最后形成比較平整的GaN層，然而該種方法還是會造成器件較弱的抗靜電能 力。
[0006] 傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)參見圖1，而傳統(tǒng)LED結(jié)構(gòu)外延生長流程圖見圖2所述，具體步驟如 下：
[0007] 步驟201、高溫處理藍(lán)寶石襯底11。
[0008] 在900-1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在100_200mbar的條件下，通入50-100L/min的氫 氣高溫處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘。
[0009] 步驟202、生長低溫緩沖層GaN12。
[0010] 降溫至500-650°C下，反應(yīng)腔壓力維持在300-600mbar，通入50-90L/min的氫氣、 40_60L/min的氨氣、50-100sccm的TMGa源在藍(lán)寶石襯底上生長厚度為30_60nm的低溫緩 沖層GaN。
[0011] 步驟 203、生長 3DGaN層 13。
[0012] 升高溫度到850-1000 °C，反應(yīng)腔壓力維持在300-600mbar，通入50-90L/min的氫 氣、40-60L/min的氨氣、200-300sccm的TMGa源持續(xù)生長 1-2ym的 3DGaN層。
[0013] 步驟 204、生長 2DGaN層 14。
[0014] 升高溫度到1000-1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在300-600mbar，通入50-90L/min的氫 氣、40-60L/min的氨氣、300-400sccm的TMGa源持續(xù)生長 2-3ym的 2DGaN層。
[0015] 步驟205、生長摻雜Si的N型GaN15。
[0016] 然后保持溫度到1000-1100°c，反應(yīng)腔壓力維持在150-300mbar，通入50-90L/min 的氫氣、40-60L/min的氨氣、200-300sccm的TMGa源、20-50sccm的SiH4源，持續(xù)生長摻雜 Si的N型GaN，Si摻雜濃度5E+18至1E+19,總厚度控制在2-4ym。
[0017] 步驟206、生長有源層MQW16。
[0018]周期性生長有源層MQW:反應(yīng)腔壓力維持在300-400mbar，溫度控制在700-750°C， 通入 50-90L/min的氮氣、40-60L/min的氨氣、10-50sccm的TMGa源、1000-2000sccm的 TMIn源，生長摻雜In的InGaN層 161，即 3-4nm的InxGa(1-x)N(X= 0? 15-0. 25)層，In摻 雜濃度1E+20-3E+20,然后升溫800-850°C，通入50-90L/min的氮氣、40-60L/min的氨氣、 10-50sccm的TMGa源，生長10-15nmGaN層162。接著InxGa(1-x)N和GaN按照此方法交替 生長，周期數(shù)為10-15。
[0019] 其中，有源層MQW16為LED芯片的發(fā)光層。
[0020] 步驟 207、生長P型AlGaN層 17。
[0021]再升高溫度到850-950°C，反應(yīng)腔壓力維持在200-400mbar，通入50-90L/min的氮 氣、40-60L/min的氨氣、50-100sccm的TMGa源，持續(xù)生長 50-100nm的P型AlGaN層，Al摻 雜濃度 1E+20-3E+20,Mg摻雜濃度 5E+18-1E+19。
[0022] 步驟208、生長摻鎂的P型GaN層18。
[0023] 升高溫度到950-1000 °C，反應(yīng)腔壓力維持在200-600mbar，通入50-90L/min的氮 氣、40-60L/min的氨氣、50-100sccm的TMGa源，持續(xù)生長100-300nm的摻鎂的P型GaN層， Mg摻雜濃度 1E+19-1E+20。
[0024] 步驟209、降溫、冷卻。
[0025] 降溫至700-800°C，單獨通入100_150L/min的氮氣，保溫20-30min，接著爐內(nèi)冷 卻。
[0026] 但是，根據(jù)傳統(tǒng)方法制備得到的LED芯片器件的抗靜電能力不強，制得得LED芯片 中漏電通道增多，被擊穿的概率變大，嚴(yán)重影響到了LED的使用壽命、抗老化能力以及穩(wěn)定 性，很不利于LED芯片的發(fā)展和使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0027] 為了解決在上述現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種LED外延生長 方法，以解決傳統(tǒng)方法制備得到的LED芯片器件的抗靜電能力不強，制得得LED芯片中漏電 通道增多，致使被擊穿的概率變大，嚴(yán)重影響LED的使用壽命、抗老化能力以及穩(wěn)定性的問 題。
[0028] 本發(fā)明提供了一種LED外延生長方法，所述LED芯片是通過對基板進(jìn)行處理得到 的，所述基板包括：襯底，位于所述襯底之上的緩沖層，位于所述緩沖層之上的N型GaN層， 位于所述N型GaN層之上的發(fā)光層以及位于所述發(fā)光層之上的P型GaN層，所述方法：
[0029] 在氫氣氣氛、溫度為900-1KKTC下處理襯底；
[0030] 通入氫氣、氨氣及TMAl源，在所述襯底上生長AlN層；
[0031]通入氫氣、氨氣、TMGa源及TMAl，在所述AlN層上生長AlGaN層；
[0032] 通入氫氣、氨氣、TMGa源及SiH4源，在所述AlGaN層上生長摻雜Si的N型GaN層；
[0033] 在所述摻雜Si的N型GaN層上生長發(fā)光層，所述發(fā)光層為有源層MQW;
[0034] 在所述有源層MQW上生長P型AlGaN層；
[0035] 在所述P型AlGaN層上生長摻鎂的P型GaN層；及
[0036] 降溫并在爐內(nèi)冷卻。
[0037] 進(jìn)一步地，其中，所述襯底為藍(lán)寶石Al2O3襯底，所述在溫度為900-1100°C、氫氣氣 氛下高溫處理襯底5-10分鐘，進(jìn)一步包括：
[0038] 在900-1100°C，反應(yīng)腔壓力維持在100_200mbar的條件下，通入50-100L/min的氫 氣處理藍(lán)寶石襯底5-10分鐘。
[0039] 進(jìn)一步地，其中，所述通入氫氣、氨氣及TMAl源，在所述襯底上生長AlN層，進(jìn)一步 包括：
[0040] 在溫度700-800°C、反應(yīng)腔壓力維持在100_300mbar的條件下，通入50-100L/min 的氫氣、50-100L/min的氨氣及100-200sccm的TMAl源，在所述襯底上生長中溫AlN層，所 述中溫AlN層厚度為20-60nm。
[0041] 進(jìn)一步地，其中，所述通入氫氣、氨氣、TMGa源及TMAl，在所述AlN層上生長AlGaN 層，進(jìn)一步包括：
[0042] 在溫度為800-900°C、反應(yīng)腔壓力維持在100_300mbar的條件下，通入50-100L/ min的氫氣、50-100L/min的氨氣、200-300sccm的TMGa源及 50-200sccm的TMAl，持續(xù) 30-60 分鐘生長AlGaN層。
[0043] 進(jìn)一步地，其中，所述AlGaN層為Al