一種發(fā)光二極管三維結(jié)構(gòu)層的生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)，尤其涉及一種發(fā)光二極管三維結(jié)構(gòu)層的生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]利用金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉積法(Metal-Organic Chemical VaporDeposit1n，簡稱M0CVD)生長發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)時，外延結(jié)構(gòu)的底層對LED的性能影響非常的大，因?yàn)榱己玫牡讓涌梢詫⑼庋由L時產(chǎn)生的應(yīng)力得到釋放提高波長均勻性，降低位錯密度從而提高晶體質(zhì)量，晶體質(zhì)量的提升又可以提高LED的亮度、反向電壓等其它光電學(xué)性能。
[0003]在進(jìn)行外延生長氮化鎵(GaN)時，使用的大多數(shù)為藍(lán)寶石(Al2O3)襯底，在其上面進(jìn)行異質(zhì)外延生長時由于兩種晶體之間晶格尺寸差距太大，導(dǎo)致不能在其上面進(jìn)行晶體生長。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中是通過先在Al2O3襯底上生長成核層，在成核層的基礎(chǔ)上，然后在低溫、高壓、低轉(zhuǎn)速的條件下，在成核層上生長三維結(jié)構(gòu)(三維結(jié)構(gòu)層，又稱為島狀結(jié)構(gòu))的GaN并使其合并，從而可以在消耗最少的情況下讓三維結(jié)構(gòu)層合攏并生長平整，進(jìn)而使得異質(zhì)外延產(chǎn)生的晶格失配達(dá)到最小從而減少缺陷密度。
[0005]但采用上述方法生長的三維結(jié)構(gòu)層的結(jié)晶質(zhì)量較差，從而導(dǎo)致島狀結(jié)構(gòu)不能及時的合并以致晶體的位錯密度較高，進(jìn)而嚴(yán)重影響了 LED質(zhì)量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管三維結(jié)構(gòu)層的生長方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)生長的三維結(jié)構(gòu)層所導(dǎo)致晶體的位錯密度較高，從而導(dǎo)致LED質(zhì)量差的問題。
[0007]本發(fā)明第一方面提供一種發(fā)光二極管三維結(jié)構(gòu)層的生長方法，包括:
[0008]在襯底上，從下至上依次生長緩沖層、三維結(jié)構(gòu)層、非摻雜氮化鎵U-GaN層，N型摻雜層、量子阱發(fā)光層和P型摻雜層，
[0009]所述三維結(jié)構(gòu)層在第一條件下生長，所述第一條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于1300轉(zhuǎn)/分并且大于等于500轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于600托并且大于等于300托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C ；
[0010]或者，
[0011]所述三維結(jié)構(gòu)層在第二條件下生長，所述第二條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于100轉(zhuǎn)/分并且大于等于40轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于500托并且大于等于100托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C。
[0012]在第一方面的第一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述三維結(jié)構(gòu)層在第一條件下生長時，所述轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分、所述壓力為500托。
[0013]在第一方面的第二種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述三維結(jié)構(gòu)層在第二條件下生長時，所述轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分、所述壓力為260托。
[0014]結(jié)合第一方面、第一方面的第一至第二種任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第三種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述襯底為藍(lán)寶石A1203、硅Si或碳化硅SiC。
[0015]結(jié)合第一方面、第一方面的第一至第二種任一種可能的實(shí)現(xiàn)方式，在第一方面的第四種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述緩沖層、所述三維結(jié)構(gòu)層、所述非摻雜層、所述N型摻雜層、所述量子阱發(fā)光層和所述P型摻雜層為氮化鎵GaN。
[0016]本發(fā)明中，在襯底上，從下至上依次生長緩沖層、三維結(jié)構(gòu)層、非摻雜氮化鎵U-GaN層，N型摻雜層、量子阱發(fā)光層和P型摻雜層，所述三維結(jié)構(gòu)層在第一條件下生長，所述第一條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于1300轉(zhuǎn)/分并且大于等于500轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于600托并且大于等于300托、溫度小于等于120(TC并且大于等于1000°C;或者，所述三維結(jié)構(gòu)層在第二條件下生長，所述第二條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于100轉(zhuǎn)/分并且大于等于40轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于500托并且大于等于100托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C，其中，采用第一條件或第二條件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)層的生長，可以有效降低晶體的位錯密度，進(jìn)而使得LED芯片的各項(xiàng)光電參數(shù)性能都有較大提升。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作一簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用維易科(VEECO)K系列機(jī)型進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)層的生長的方法流程圖；
[0019]圖2所示為VEECO K系列500轉(zhuǎn)/分時三維結(jié)構(gòu)層合并模擬截面圖；
[0020]圖3所示為VEECO K系列1200轉(zhuǎn)/分時三維結(jié)構(gòu)層合并模擬截面圖；
[0021]圖4為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用愛思強(qiáng)(AIXTRON) CRIUS系列機(jī)型進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)層的生長的方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明實(shí)施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0023]下面通過具體的實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步的詳細(xì)描述。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例提供一種發(fā)光二極管三維結(jié)構(gòu)層的生長方法，該方法具體就可以包括:
[0025]在襯底上，從下至上依次生長緩沖層、三維結(jié)構(gòu)層、非摻雜氮化鎵U-GaN層，N型摻雜層、量子阱發(fā)光層和P型摻雜層，
[0026]所述三維結(jié)構(gòu)層在第一條件下生長，所述第一條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于1300轉(zhuǎn)/分并且大于等于500轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于600托并且大于等于300托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C ；
[0027]或者，
[0028]所述三維結(jié)構(gòu)層在第二條件下生長，所述第二條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于100轉(zhuǎn)/分并且大于等于40轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于500托并且大于等于100托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C。
[0029]可選的，本實(shí)施例中襯底可以為藍(lán)寶石Al2O3、硅Si或碳化硅SiC等，緩沖層、非摻雜層、N型摻雜層、量子阱發(fā)光層和P型摻雜層可以為氮化鎵GaN等。并且可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的各種方法在襯底上生長緩沖層、N型摻雜層、量子阱發(fā)光層和P型摻雜層，而三維結(jié)構(gòu)層則采用本實(shí)施例提供的方法進(jìn)行生長。
[0030]進(jìn)一步的，在轉(zhuǎn)速小于等于1300轉(zhuǎn)/分并且大于等于500轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于600托并且大于等于300托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C的條件下生長三維結(jié)構(gòu)層時，最優(yōu)的轉(zhuǎn)速為1200轉(zhuǎn)/分、最優(yōu)的壓力為500托；而在轉(zhuǎn)速小于等于100轉(zhuǎn)/分并且大于等于40轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于500托并且大于等于100托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C的條件下生長三維結(jié)構(gòu)層時，最優(yōu)的轉(zhuǎn)速為60轉(zhuǎn)/分、最優(yōu)的壓力為260 托。
[0031]本實(shí)施例提供的發(fā)光二級管三維結(jié)構(gòu)層生長方法，包括:在襯底上，從下至上依次生長緩沖層、三維結(jié)構(gòu)層、非摻雜氮化鎵U-GaN層，N型摻雜層、量子阱發(fā)光層和P型摻雜層，所述三維結(jié)構(gòu)層在第一條件下生長，所述第一條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于1300轉(zhuǎn)/分并且大于等于500轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于600托并且大于等于300托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C ;或者，所述三維結(jié)構(gòu)層在第二條件下生長，所述第二條件包括:轉(zhuǎn)速小于等于100轉(zhuǎn)/分并且大于等于40轉(zhuǎn)/分、壓力小于等于500托并且大于等于100托、溫度小于等于1200°C并且大于等于1000°C，其中，采用第一條件或第二條件進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)層的生長，可以有效降低晶體的位錯密度，進(jìn)而使得LED芯片的各項(xiàng)光電參數(shù)性能都有較大提升。
[0032]下面通過兩個具體實(shí)施例，分別對不同條件下發(fā)光二極管底層的生長過程進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0033]具體的，其中上述第一條件適用于利用維易科(VEECO)K系列機(jī)型進(jìn)行三維結(jié)構(gòu)層的生長，具體步驟如圖1所示，該方法可以包括:
[0034]步驟101:對襯底進(jìn)行凈化。
[0035]將圖形化藍(lán)寶石基板(Patterned Sapphire Substrate，簡稱PSS)放入反應(yīng)室中，此階段反應(yīng)室內(nèi)氮?dú)?N2):氫氣(H2):氨氣(NH3)的流量比例為(0:120:0)升/分鐘(Standard Liter per Minute，簡稱SLM)，反應(yīng)室的壓力為200托，然后將反應(yīng)室將的溫度升高到1080°C，持續(xù)300秒，對PSS進(jìn)行高溫凈化。
[0036]步驟102:生長低溫GaN緩沖層。
[0037]將反應(yīng)室內(nèi)溫度降低至540 °C，此階段反應(yīng)室內(nèi)N2:H 2:NH 3的流量比例為(75:150:56) SLM,反應(yīng)室的壓力控制在500托，此時生長35nm厚