[发明专利]LED外延片沉积方法和LED外延片沉积设备

说明书

技术领域

本发明涉及LED外延片生产技术领域，特别涉及一种LED外延片沉积方法、III-V半导体材料层沉积方法及用于实施该方法的沉积设备。

背景技术

自氮化镓(GaN)基第三代半导体材料的兴起，蓝光发光二极管(LED)外延结构研制成功，发光二极管芯片的发光强度和白光发光效率不断提高。半导体发光元件被认为是下一代进入通用照明领域的新型光源，因此得到广泛关注。

现有技术中的氮化镓LED外延片通常包括依次层叠的N型氮化镓材料层、铟钾氮/氮化镓材料量子阱层和P型氮化镓材料层。沉积所述氮化镓LED外延片的方法通常包括：提供一反应腔，待处理衬底设置在反应腔中；向所述反应腔中通入氢气，所述氢气作为所述反应腔中的环境气体，向所述反应腔中通入镓源(如：三甲基镓(TMG))和氮源气体(氨气(NH3))，同时通入N型掺杂气体，所述镓源和所述氮源气体在氢气环境气体的环境中反应并在所述衬底上沉积形成一层N型氮化镓材料层；接着，向所述反应腔中通入如氮气，所述氮气作为所述反应腔中的环境气体，向所述反应腔中通入镓源、铟源和氮源气体，所述镓源、铟源和氮源气体在氮气环境气体的环境中反应并在所述N型氮化镓材料层上沉积形成铟镓氮/氮化镓量子阱层；然后，向所述反应腔中通入氢气，所述氢气作为所述反应腔中的环境气体，向所述反应腔中通入镓源气体和氮源气体，同时通入P型掺杂源，所述镓源和所述氮源气体在氢气环境气体的环境中反应并在所述衬底上沉积形成一层P型氮化镓材料层。

现有技术沉积所述LED外延片的所述N型氮化镓材料层和所述P型氮化镓材料层的过程，发现所述N型氮化镓材料层和所述P型氮化镓材料层生长速度和组分难以控制的问题。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，有必要提供一种能解决上述问题的LED外延片沉积方法。

一种LED外延片沉积方法，所述LED外延片包括衬底、N型含镓III-V族半导体材料层、含镓III-V族半导体材料量子阱层和P型含镓III-V族半导体材料层；所述LED外延片沉积方法包括：提供一反应腔，衬底被放置到反应腔中；在所述反应腔中加热所述衬底；向所述反应腔中通入氮气或氮气与惰性气体的混合气体作为反应腔环境气体；向所述反应腔中通入V族源气体和包含镓源的III族源；所述V族源气体和所述III族源在所述反应腔环境气体环境中反应并在所述衬底上沉积形成所述N型含镓III-V族半导体材料层、所述含镓III-V族半导体材料量子阱层和所述P型含镓III-V族半导体材料层。

本发明还提供一种解决上述问题的LED外延片沉积设备。

一种LED外延片沉积设备，其包括反应腔和气体源；所述气体源包括与所述反应腔连接的V族源气体源、III族源和反应腔环境气体源，所述反应腔环境气体源与反应腔连接，所述反应腔环境气体源用于向所述反应腔通入氮气或氮气与惰性气体的混合气体作为反应腔环境气体；所述V族源气体源和所述III族源分别向所述反应腔通入V族源气体和包含镓源的III族源，所述V族源气体和包含镓源的III族源在反应腔环境气体环境中反应并沉积形成所述LED外延片的N型含镓III-V族半导体材料层、氮含镓III-V族半导体材料量子阱层和P型含镓III-V族半导体材料层。

本发明还提供一种含镓III-V族半导体材料层沉积方法。

一种含镓III-V族半导体材料层沉积方法，其包括：提供一反应腔，衬底被放置到反应腔中；在所述反应腔中加热所述衬底；向所述反应腔中通入氮气或氮气与惰性气体的混合气体作为反应腔环境气体；向所述反应腔中通入V族源气体和包含镓源的III族源；所述V族源气体和所述III族源在所述反应腔环境气体环境中反应并在所述衬底上沉积形成所述含镓III-V族半导体材料层。

发明人发现，造成所述N型氮化镓材料层和所述P型氮化镓材料层生长速度和组分难以控制原因是：所述环境气体为氢气；由于氢气会与已经沉积形成的所述N型氮化镓材料层和所述P型氮化镓材料层表面的氮化镓分子反应，造成对所述N型氮化镓材料层和所述P型氮化镓材料层中镓的腐蚀，从而造成所述N型氮化镓材料层和所述P型氮化镓材料层生长速度和组分难以控制的问题。

其它含镓III-V族半导体材料LED外延片的沉积过程中，氢气也会与其中的镓的V族化合物分子的反应，因此要会存在含镓III-V族半导体材料层生长速度和组分难以控制的问题。