一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其具體生長方法包括以下步驟：（1）襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGa1-xN（0.2＜x＜0.8）緩沖層，Al組分在10%-60%之間，生長時間在1-6min，生長溫度在500-580℃之間，壓力在100-600Torr之間，Ⅴ/Ⅲ比為10-500；(2)采取超晶格進(jìn)行生長優(yōu)化的nAlGaN層：(3)優(yōu)化的AlxGa1-xN（0.2＜x＜0.8）緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。本發(fā)明通過采用優(yōu)化生長緩沖層及結(jié)合優(yōu)化nAlGaN層外延生長方法，可以有效減小4吋或者6吋外延片的翹曲效應(yīng)，從而使得外延片生長過程中的應(yīng)力變小，最終達(dá)到避免大尺寸外延片翹曲過大造成的裂片損失。
【專利說明】一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及III族氮化物材料制備【技術(shù)領(lǐng)域】，具體為一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(LED,Light Emitting Diode)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。LED正在進(jìn)入液晶電視的背光源及照明領(lǐng)域，更大的市場發(fā)展機會取決于降低每流明的成本，這可以通過采用較大尺寸的藍(lán)寶石襯底進(jìn)行外延生長。
[0003]目前2英寸外延片是國內(nèi)市場的絕對主流，因為2英寸外延片的成本更低，技術(shù)也更容易掌握。在MOCVD設(shè)備中，使用較大尺寸的外延片，如4吋或者6吋，可以增加每個周期芯片的利用面積，同時也可以使得反應(yīng)室的可用面積得到最大的利用。
[0004]隨著襯底尺寸的變大，藍(lán)寶石襯底與GaN與外延層之間的晶格失配引發(fā)的機械應(yīng)力及不同的熱膨脹系數(shù)和熱梯度，在大尺寸襯底上會表現(xiàn)的翹曲較為嚴(yán)重。如果翹曲比較嚴(yán)重，其很容易在外延生長過程中造成裂片。外延片裂片會導(dǎo)致整個外延片品質(zhì)受到嚴(yán)重影響，直接造成產(chǎn)品報廢。
[0005]為避免包含4吋或者6吋的大尺寸外延片生長過程中裂片，在這里特別提出了一種有效避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法。避免裂片的方法，主要采用的外延生長方法為優(yōu)化后的緩沖層工藝結(jié)合優(yōu)化后的nAlGaN層生長工藝，重點對緩沖層及nAlGaN層的外延生長方法進(jìn)行搭配調(diào)試，目的在于減少包含4吋或者6吋的大尺寸外延片生長過程中，產(chǎn)生的應(yīng)力過大造成的翹曲問題，從而避免大尺寸外延片生長過程中的裂片問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，通過優(yōu)化生長緩沖層及結(jié)合優(yōu)化nAlGaN層外延生長方法，可以有效減小4吋或者6吋外延片的翹曲效應(yīng)，從而使得外延片生長過程中的應(yīng)力變小，最終達(dá)到避免大尺寸外延片翹曲過大造成的裂片損失。以解決上述【背景技術(shù)】中的問題。
[0007]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案來實現(xiàn):一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、優(yōu)化GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaNl層、優(yōu)化nAlGaN層、N型GaN2層、多量子阱結(jié)構(gòu)MQW、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層，其具體生長方法包括以下步驟:
(1)襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < x < 0.8)緩沖層，Al組分在10%-60%之間，生長時間在l_6min，生長溫度在500_580°C之間，壓力在100_600Torr之間，
V/III比為 10-500 ；
(2)采取超晶格進(jìn)行生長優(yōu)化的nAlGaN層:
(3)優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < x < 0.8)緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。
[0008]所述優(yōu)化的nAlGaN層其具體生長方法包括以下步驟:
a.主要生長nAlGaN/nGaN超晶格結(jié)構(gòu)；
b.其中超晶格結(jié)構(gòu)中的nAlGaN層，生長溫度在900-1200°C之間，生長時間在5s-3min 之間，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 50-1500;
c.nAlGaN中的Al組分在10%_50%之間，Al組分為采用梯度生長，包含Al組分遞增或者Al組分遞減；
d.超晶格結(jié)構(gòu)的循環(huán)數(shù)在3-20之間，loop數(shù)量也可以調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；每個周期的厚度為5nm-20nm ；
e.超晶格結(jié)構(gòu)中的nGaN層，生長溫度在900-1200°C之間，生長時間在10s_2min，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 5-500。
[0009]所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中以高純氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣。
[0010]所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源。
[0011]所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0012]與已公開技術(shù)相比，本發(fā)明存在以下優(yōu)點:本發(fā)明通過采用優(yōu)化生長緩沖層及結(jié)合優(yōu)化nAlGaN層外延生長方法，可以有效減小4吋或者6吋外延片的翹曲效應(yīng)，從而使得外延片生長過程中的應(yīng)力變小，最終達(dá)到避免大尺寸外延片翹曲過大造成的裂片損失。
【具體實施方式】
[0013]為了使本發(fā)明的技術(shù)手段、創(chuàng)作特征、工作流程、使用方法達(dá)成目的與功效易于明白了解，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，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施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0014]一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、優(yōu)化GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaNl層、優(yōu)化nAlGaN層、N型GaN2層、多量子阱結(jié)構(gòu)MQW、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層，其具體生長方法包括以下步驟:
(1)襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < x < 0.8)緩沖層，Al組分在10%-60%之間，生長時間在l_6min，生長溫度在500_580°C之間，壓力在100_600Torr之間，
V/III比為 10-500 ；
(2)采取超晶格進(jìn)行生長優(yōu)化的nAlGaN層:
(3)優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < x < 0.8)緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。[0015]所述優(yōu)化的nAlGaN層其具體生長方法包括以下步驟:
a.主要生長nAlGaN/nGaN超晶格結(jié)構(gòu)；
b.其中超晶格結(jié)構(gòu)中的nAlGaN層，生長溫度在900-1200°C之間，生長時間在5s-3min 之間，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 50-1500;
c.nAlGaN中的Al組分在10%_50%之間，Al組分為采用梯度生長，包含Al組分遞增或者Al組分遞減；
d.超晶格結(jié)構(gòu)的循環(huán)數(shù)在3-20之間，loop數(shù)量也可以調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；每個周期的厚度為5nm-20nm。
[0016]e.超晶格結(jié)構(gòu)中的nGaN層，生長溫度在900-1200°C之間，生長時間在10s_2min，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 5-500。
[0017]所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中以高純氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣，
所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源。
[0018]所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0019]實施例1
一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其具體生長方法為:在高純氫氣(H2)為載氣環(huán)境中，襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGal-xN (0.2 < x < 0.8)緩沖層，Al組分為50%，生長時間為5min，生長溫度控制為580°C，壓力為600Torr，V /III比為500 ;之后，主要生長nAlGaN/nGaN超晶格結(jié)構(gòu)，其中超晶格結(jié)構(gòu)中的nAlGaN層，生長溫度為1200 V，生長時間為3min，壓力為500Torr, V / III比為1500，nAlGaN中的Al組分為50%, Al組分為采用梯度生長，包含Al組分遞增或者Al組分遞減，超晶格結(jié)構(gòu)的循環(huán)數(shù)為20，loop數(shù)量也可以調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；每個周期的厚度為20nm，超晶格結(jié)構(gòu)中的nGaN層，生長溫度為1200°C之間，生長時間為2min，壓力為500Torr，V /III比為500 ;最后，優(yōu)化的AlxGal-xN (0.2 < x < 0.8)緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。
[0020]本實施例中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1 )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源；用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0021]實施例2
一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其具體生長方法為:在高純氫氣(H2)為載氣環(huán)境中，襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGal-xN (0.2 < x < 0.8)緩沖層，Al組分為45%，生長時間為4min，生長溫度控制為560°C，壓力為500Torr，V /III比為400 ;之后，主要生長nAlGaN/nGaN超晶格結(jié)構(gòu)，其中超晶格結(jié)構(gòu)中的nAlGaN層，生長溫度為1000 V，生長時間為2in，壓力為400Torr，V /III比為1500，nAlGaN中的Al組分為50%，Al組分為采用梯度生長，包含Al組分遞增或者Al組分遞減，超晶格結(jié)構(gòu)的循環(huán)數(shù)為15，loop數(shù)量也可以調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；每個周期的厚度為20nm，超晶格結(jié)構(gòu)中的nGaN層，生長溫度為1100°C之間，生長時間為lmin，壓力為450Torr，V/III比為400 ;最后，優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < X < 0.8)緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力,減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。
[0022]本實施例中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1 )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源；用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0023]實施例3
一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其具體生長方法為:在高純氫氣(H2)為載氣環(huán)境中，襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGal-xN (0.2 < x < 0.8)緩沖層，Al組分為35%，生長時間為3min，生長溫度控制為540°C，壓力為400Torr，V /III比為450 ;之后，主要生長nAlGaN/nGaN超晶格結(jié)構(gòu)，其中超晶格結(jié)構(gòu)中的nAlGaN層，生長溫度為1050 V，生長時間為2in，壓力為400Torr，V /III比為1200，nAlGaN中的Al組分為40%，Al組分為采用梯度生長，包含Al組分遞增或者Al組分遞減，超晶格結(jié)構(gòu)的循環(huán)數(shù)為18，loop數(shù)量也可以調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；每個周期的厚度為15nm，超晶格結(jié)構(gòu)中的nGaN層，生長溫度為1150°C之間，生長時間為lmin，壓力為450Torr，V/III比為400 ;最后，優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < X < 0.8)緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力,減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。
[0024]本實施例中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1 )、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源；用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0025]本發(fā)明通過采用優(yōu)化生長緩沖層及結(jié)合優(yōu)化nAlGaN層外延生長方法，可以有效減小4吋或者6吋外延片的翹曲效應(yīng)，從而使得外延片生長過程中的應(yīng)力變小，最終達(dá)到避免大尺寸外延片翹曲過大造成的裂片損失。
[0026]以上顯示和描述了本發(fā)明的基本原理、主要特征及本發(fā)明的優(yōu)點。本行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，本發(fā)明不受上述實施例的限制，上述實施例和說明書中描述的只是說明本發(fā)明的原理，在不脫離本發(fā)明精神和范圍的前提下，本發(fā)明還會有各種變化和改進(jìn)，這些變化和改進(jìn)都落入要求保護(hù)的本發(fā)明范圍內(nèi)。本發(fā)明的要求保護(hù)范圍由所附的權(quán)利要求書及其等效物界定。
【權(quán)利要求】
1.一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其外延結(jié)構(gòu)從下向上的順序依次為:襯底、優(yōu)化GaN緩沖層、GaN非摻雜層、N型GaNl層、優(yōu)化nAlGaN層、N型GaN2層、多量子阱結(jié)構(gòu)MQW、多量子阱有源層、低溫P型GaN層、P型AlGaN層、高溫P型GaN層和P型接觸層，其特征在于:其具體生長方法包括以下步驟: (1)襯底經(jīng)高溫氫化后，先生長優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < x < 0.8)緩沖層，Al組分在10%-60%之間，生長時間在l_6min，生長溫度在500_580°C之間，壓力在100_600Torr之間，V/III比為 10-500 ； (2)采取超晶格進(jìn)行生長優(yōu)化的nAlGaN層: (3)優(yōu)化的AlxGal-xN(0.2 < x < 0.8)緩沖層與nAlGaN層超晶格結(jié)構(gòu)中的Al摻雜量可以進(jìn)行搭配處理，調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力，減少大尺寸外延片生長過程中產(chǎn)生的翹曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其特征在于:所述優(yōu)化的nAlGaN層其具體生長方法包括以下步驟: a.主要生長nAlGaN/nGaN超晶格結(jié)構(gòu)； b.其中超晶格結(jié)構(gòu)中的nAlGaN層，生長溫度在900-1200°C之間，生長時間在5s-3min 之間，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 50-1500; c.nAlGaN中的Al組分在10%_50%之間，Al組分為采用梯度生長，包含Al組分遞增或者Al組分遞減； d.超晶格結(jié)構(gòu)的循環(huán)數(shù)在3-20之間，loop數(shù)量也可以調(diào)節(jié)生長過程中產(chǎn)生的應(yīng)力；每個周期的厚度為5nm-20nm ； e.超晶格結(jié)構(gòu)中的nGaN層，生長溫度在900-1200°C之間，生長時間在10s_2min，壓力在 100-500Torr 之間，V / III比為 5-500。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其特征在于:所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中以高純氫氣(H2)或氮氣(N2)作為載氣。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其特征在于:所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法，其特征在于:所述避免大尺寸外延片裂片的外延生長方法過程中用硅烷(SiH4)和二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
【文檔編號】H01L33/00GK103700739SQ201410002107
【公開日】2014年4月2日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】郭麗彬, 李剛 申請人:合肥彩虹藍(lán)光科技有限公司