[发明专利]一种提高氮化物LED外延片发射波长均匀性的生长方法

说明书

技术领域

 本发明涉及半导体光电子领域，特别涉及在有机金属化学气相沉积MOCVD系统上进行氮化物发光二级管LED或者激光二极管LD外延片生长时通过控制其弯曲度来提高发射波长均匀性的生长方法。

背景技术

自上个世纪九十年代以来，基于氮化物的光电子器件LED二极、LD以其节能、环保、长寿命等优点逐渐在电子显示屏、景观照明、矿灯、路灯、液晶显示器背光源、普通照明、光盘信息存储等领域展开广泛应用。目前，其影响程度有呈现逐年加重的趋势。

发射波长作为LED或LD的重要光学参数往往被终端应用进行了严格的限制。比如，为了保证显示屏颜色的标准与统一，其对蓝光LED的发射波长（主波长）可能会限定在450+/-2.5nm；又比如在制造WLED（白光二极管）用于普通照明时，为了使荧光粉处于最大光转换效率蓝光LED的发射波长可能会严格限制在455+/-2.5nm范围。

另一方面，单颗LED或LD芯片仅仅是从一张外延片上一块较小面积区域经过芯片加工而来。以一张2英寸的LED外延片为例，将其制成45mil*45mil大小尺寸的芯片可以达到1000颗以上。通常情况下，在一定正向电流的驱动下出自同一张2英寸外延片的芯片，其发射波长是有偏差的，大约服从统计正态分布规律，其标准差为1~10nm不等。因此，提高外延片发射波长的均匀性将直接提高芯片的波长良率，进而降低制造成本。特别地，当外延片尺寸扩大到4英寸、6英寸、8英寸，甚至更大尺寸时，波长分布集中度将会成为关键特性之一。

外延片弯曲度的影响因素主要有如下三个：⑴初始弯曲度。比如，在蓝宝衬底上生长非掺杂GaN层，那么生长开始前的蓝宝石衬底的弯曲度便是初始弯曲度。而当生长完上述非掺杂GaN层后再生长GaInN/GaN有源层时，由衬底和非掺杂层GaN共同决定的弯曲度便称为此种情况下的初始弯曲度。由于外延片往往是由若干膜层堆叠出来，所以初始弯曲度是一个相对概念。⑵由于加热引起的弯曲度。无论是单一材质的衬底，还是具有多层不同膜层结构的外延片，它们在托盘凹槽内加热都会呈现弯曲的状态。对于单一材质的衬底，弯曲是由于衬底的上、下表面温度有差异引起，同时与其厚度相关。而对于外延片，除了有以上因素外，不同材质膜层之间热传导性能的差别亦是原因。并且，此时膜层的厚度也会影响弯曲度。⑶由应力引起的弯曲度。该因素出现在外延片上，主要由不同膜层之间的晶格失配度、材料模量及膜层厚度共同决定。

常见的氮化物外延设备包括有机金属化学气相沉积MOCVD和分子束外延MBE，而前者是目前产业界广泛的设备或技术方法。外延片是晶元或Wafer级别的电子或光电子器件。以氮化物LED器件为例，根据选用衬底的不同，可分为同质外延（如GaN衬底）和异质外延（如蓝宝石、SiC或Si衬底等）。目前，氮化物LED行业主要选用蓝宝石衬底进行异质外延，其基本结构自下而上依次为：衬底，缓冲层，非掺杂层，N型掺杂层，有源区（多量子阱结构），电子阻挡层及P型掺杂层。其中，缓冲层是在低温下（500～800℃）制备的氮化物薄膜层，有源区是发光区域。发射波长的峰值位置与有源区的化学组分有对应关系，而化学组分主要决定于合成温度。

现有技术中，在MOCVD系统中进行的LED或LD外延片生长，外延片通常被安置在镀有SiC表层的石墨材质托盘上的凹槽中。因此，当外延片在进行有源区薄膜层生长时，凹槽表面的等温空间面分布与外延片的弯曲度将主要决定外延片的发射波长。通常情况下，理想凹槽的等温面分布应是球面形状，以此和外延片Wafer在理想条件下的弯曲保持一致。此外，凹槽表面某一特定位置处的等温面温度数值大小可以通过对托盘的整体加热温度来控制，如提高加热电源或射频的功率等方法。但现有技术中没有针对上述特点有效调整外延片弯曲程度的方法，使得外延片发射波长均匀性没有得到最大程度的提高。

发明内容

针对上述现有技术中的不足，本发明的目的是提供一种能提高氮化物LED外延片发射波长均匀性的生长方法。它通过控制外延片晶体生长时的弯曲度，有效提高氮化物LED或LD外延片发射波长均匀性。

为了达到上述发明目的，本发明的技术方案以如下方式实现：

一种提高氮化物LED外延片发射波长均匀性的生长方法，它包括镀有SiC表层的石墨材质托盘和置于托盘凹槽上的外延片。LED外延片自下而上依次包括衬底、缓冲层、非掺杂层、N型掺杂层、有源区、电子阻挡层和P型掺杂层。其方法步骤为：

对外延片进行有源区薄膜生长时，先确定凹槽表面的等温面空间分布及其弯曲度；