[发明专利]一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管技术领域，尤其是指一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法。

背景技术

如图1所示，现有技术揭示的传统发光二极管外延结构，在衬底10上采用PVD蒸镀一层缓冲层20，缓冲层20为AlN缓冲层，或者为GaN缓冲层，或者为AlGaN缓冲层；在缓冲层20上生长非故意掺杂层（uGaN）30；在非故意掺杂层30上生长第一型导电层（nGaN）40；在第一型导电层（nGaN）40上生长有源层（MQW）50；在有源层（MQW）50上生长第二型导电层（pGaN）60；在第二型导电层（pGaN）60生长欧姆接触层（ITO）70。

如图2a所示，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时，如果翘曲太大，会导致生长有源层（MQW）时的衬底还处于凹曲状态；如图2b所示，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时，如果翘曲适中，生长有源层（MQW）时的衬底可以处于平整状态；如图2c所示，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时，如果翘曲偏小，会导致生长有源层（MQW）时的衬底还处于凸曲状态。

所述传统外延结构及生长工艺通过在非故意掺杂层（uGaN）或第一型导电层（nGaN）插入一层AlGaN来调节外延片的翘曲及起到过滤位错、电流阻挡的作用。但如果外延片生长非故意掺杂层uGaN过程凹得偏小，那么这层AlGaN会导致生长MQW时偏凸，引起整个外延片的MQW生长均匀性变差，晶体质量下降，从而引起波长的均匀性变差，发光效率下降。最终导致发光二极管的产品良率差。

由于缓冲层通常设置为一层，因此，在缓冲层上生长非故意掺杂层（uGaN）时难以翘曲适中，无法进行翘曲调整，进而使得外延生长过程中外延片的翘曲变化不稳定，导致的工艺窗口变窄；从而降低LED芯片亮度和增加制造成本。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，以解决衬底在外延生长过程由于生长不同功能的外延层时温度变化及内应力问题导致的外延片弯曲，以及由于外延片弯曲变大而引起的外延表面异常及电性能异常问题。

为达成上述目的，本发明的解决方案为：

一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法，包括以下步骤：

一，采用MOCVD在530-570℃，500-600托，生长速率低于2µm/h，转速低于500r/h的外延条件下在衬底上表面生长缓冲层；

二，外延生长温度至升高至1000℃以上，100-500托，生长速率高于3 µm/h，转速高于700r/h的条件在缓冲层上生长非故意掺杂层；

三，非故意掺杂层上生长复合调节层的各层结构，复合调节层为GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN中的一种，在外延片生长过程中，根据非故意掺杂层的翘曲值，调整GaInN层中In组分、厚度，以及调整AlGaN层中Al组分、厚度，使生长MQW时趋于平坦；

四，在复合调节层上生长第一型导电层；

五，外延生长温度降低至800℃以下，压强低于300托，转速高于800r/h的条件在第一型导电层上生长有源层；

六，外延生长温度升至高于900℃在有源层上依次生长电子阻挡层、第二型导电层和欧姆接触层。

进一步，步骤三中，在外延片生长过程中，一、非故意掺杂层（uGaN）的翘曲值高于-60µm为生长MQW时偏凸，通过GaInN层中In组分提高或者厚度增加，且降低AlGaN层的Al组分及其减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凹状翘曲，生长MQW时趋于平坦；二、非故意掺杂层（uGaN）的翘曲值低于-110µm为生长MQW时偏凹状，通过AlGaN层中Al组分提高或者厚度增加，且降低GaInN层中In组分提高及减薄厚度，外延片的应力会变为更倾向于凸状翘曲，生长MQW时趋于平坦；三、非故意掺杂层（uGaN）的翘曲值居于-110µm至-60µm时为生长MQW时趋于平坦，GaInN、AlGaN层中In、Al组分降低且减薄厚度。

进一步，复合调节层外延生长温度的变化趋势：生长AlGaN材料温度低于1000℃；生长GaN材料温度高于1000℃；生长GaInN材料温度低于1000℃。

进一步，复合调节层外延生长压强的变化趋势：生长AlGaN材料压强低于150托；生长GaN材料压强范围150-300托；生长GaInN材料压强低于150托。