[发明专利]一种降低LED外延翘曲应力的方法

说明书

技术领域

本发明涉及LED芯片制造领域，特别是涉及一种降低LED外延翘曲应力的方法。

背景技术

MOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition，金属有机物化学气相沉积)是在气相外延(Vapour Phase Epitaxy，VPE)生长的基础上发展起来的一种新型气相外延生长技术。MOCVD是以III族、II族元素的有机化合物和V、VI族元素的氢化物等作为晶体生长源材料，以热分解反应方式在衬底上进行气相外延，生长各种III-V族、II-VI族化合物半导体以及它们的多元固溶体的薄层单晶材料。通常MOCVD设备中的晶体生长都是在常压或低压(10-100Torr)下通H₂的冷壁石英(不锈钢)反应室中进行，衬底温度为500-1200℃，用灯丝加热石墨盘(衬底基片在石墨盘上方)，H₂通过温度可控的液体源鼓泡携带金属有机物到生长区。

利用MOCVD设备生长GaN外延层，一般需要将蓝宝石衬底置入MOCVD设备反应室进行反应。由于蓝宝石和GaN之间的晶格存在失配，在生长时会产生位错，影响结晶质量。为了尽量减小这些位错的影响，在生长高纯度GaN单晶作为后续所需发光层的基础层时，一般需要先在蓝宝石上生长一层GaN缓冲层，然后在高温高压的条件下进行GaN单晶三维生长(岛状生长，Volmer-Weber生长模式)，再改变至高温低压的生长条件，使GaN单晶从三维生长向二维生长(逐层生长，Frank-van der Merwe生长模式)转变，其中，三维生长向二维生长转变过程中的生长条件对GaN晶体内的应力分布有着重要的影响。

目前利用MOCVD设备生长GaN外延层，尤其是使用图形衬底(Patterned Sapphire Substrate，PSS)时，由于蓝宝石和GaN之间的晶格失配以及热形变差产生的应力会使外延片发生翘曲现象，翘曲使得在后续生长发光层时，外延片中心位置比边缘更靠近或紧挨石墨盘的表面，从而使中心部分温度高于边缘部分，最终导致生长发光层后的外延片中心部分的发光波长要比边缘部分短。当生长大尺寸外延片时，由于面积较大，将加剧外延片中心部分和边缘部分的波长差，使外延片的波长均匀性降低，这将对后续的芯片制成以及分选工作造成时间和成本的大幅增加，同时也将导致外延片的波长良品率大幅度下降。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种降低LED外延翘曲应力的方法，用于解决现有技术中蓝宝石衬底和GaN外延之间的晶格失配以及热形变差产生的应力使GaN外延片发生翘曲现象，而造成加剧外延片生长发光层时外延翘曲的程度，降低外延片的波长均匀性，导致外延片的波长良品率大幅度下降的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种降低LED外延翘曲应力的方法，该方法至少包括以下步骤：

1)提供一蓝宝石衬底，在所述蓝宝石衬底上外延一GaN缓冲层，而后在所述GaN缓冲层上再进行三维生长GaN层，形成具有岛状表面的GaN外延片；

2)在所述岛状表面的GaN外延片上外延双层薄膜，所述双层薄膜包括GaN层和Al_1-xGa_xN层，然后多次重复外延所述双层薄膜，以形成所述岛状表面GaN外延片上的超晶格；

3)在所述超晶格上进行二维生长GaN层，以完成在所述蓝宝石衬底上GaN基础层的制备。

可选地，所述步骤2)中双层薄膜为GaN/Al_1-xGa_xN双层薄膜，所述GaN/Al_1-xGa_xN双层薄膜为Al_1-xGa_xN层位于GaN层之上。

可选地，所述步骤2)中双层薄膜为Al_1-xGa_xN/GaN双层薄膜，所述Al_1-xGa_xN/GaN双层薄膜为GaN层位于Al_1-xGa_xN层之上。