一种LED外延片的制作方法

本实用新型涉及半导体制造技术领域，更具体地说，涉及一种led外延片。

背景技术：

led外延片是指在蓝宝石、硅等衬底基片上生长出的外延结构。led外延片处于led产业链中的上游环节，是半导体照明产业技术含量最高、对最终产品品质、成本控制影响最大的环节。近年来，下游应用市场的繁荣带动led产业迅猛发展，也给led外延片市场迎来发展良机。

为了节约生产成本，现有的led外延片的尺寸由2英寸扩大到4英寸，甚至6英寸、8英寸，但是，随着led外延片尺寸的增加，led外延片的生长也面临着很多困难，如由于晶格失配导致的led外延片翘曲过大等，严重影响着led外延片的性能。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型提供了一种led外延片，以解决led外延片面对的翘曲过大的问题。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种led外延片，包括衬底、位于所述衬底表面的翘曲控制层、依次位于所述翘曲控制层表面的n型半导体层、多量子阱层和p型半导体层。

可选地，所述衬底为pss镀aln衬底或蓝宝石衬底。

可选地，还包括位于所述翘曲控制层和所述n型半导体层之间的缓冲层；

或者，还包括依次位于所述翘曲控制层和所述n型半导体层之间的缓冲层和非掺杂半导体层。

与现有技术相比，本实用新型所提供的技术方案具有以下优点：

本实用新型所提供的led外延片，对衬底进行加热，并采用氮化气体对衬底进行氮化处理，使得氨气与衬底表面的一些化学键结合，形成晶格常数介于衬底和半导体层中间的物质即翘曲控制层，从而可以通过翘曲控制层减少衬底和半导体层之间因晶格失配产生的压应力或张应力，进而减小和改变led外延片的翘曲，提高led外延片的波长均匀性，提高led外延片的良率，节约后续形成的led芯片的分选成本。

并且，由于本实用新型只是在外延生长之前利用气氛对衬底表面进行氮化处理形成翘曲控制层，而不用额外通入镓源等生长增加外延层，即在不增加外延层厚度的前提下可有效调节最终外延片的翘曲程度，从而可以节约成本。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的一种led外延片的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的另一种led外延片的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种led外延片的结构示意图；

图4为现有技术中的led外延片的波长分布示意图；

图5为本申请一个实施方式提供的一种led外延片的波长分布示意图；

图6为本申请另一个实施方式提供的一种led外延片的波长分布示意图；

图7为本申请另一个实施方式提供的一种led外延片的波长分布示意图；

图8为本申请另一个实施方式提供的一种led外延片的波长分布示意图；

图9为本申请另一个实施方式提供的一种led外延片的波长分布示意图；

图10为本申请另一个实施方式提供的一种led外延片的波长分布示意图。

具体实施方式

以上是本实用新型的核心思想，为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型实施例还提供了一种led外延片，如图1所示，包括衬底10、位于所述衬底10表面的翘曲控制层11、依次位于所述翘曲控制层11表面的n型半导体层12、多量子阱层13和p型半导体层14。

其中，所述翘曲控制层11是通过对所述衬底10进行加热，并采用氮化气体对所述衬底10进行氮化处理形成的，所述氮化气体至少包括氨气。

可选地，所述衬底10为pss（patternedsapphiresubstrate，图形化蓝宝石）镀aln衬底，或者，该衬底10为蓝宝石衬底。翘曲控制层11为对衬底10进行氮化处理后，在衬底10表面形成的物质。

在本实用新型的一个实施例中，在所述翘曲控制层11表面依次形成n型半导体层12、多量子阱层13和p型半导体层14之前，如图2所示，还包括：

在所述翘曲控制层11表面形成缓冲层15。

在本实用新型的另一个实施例中，在所述翘曲控制层11表面依次形成n型半导体层12、多量子阱层13和p型半导体层14之前，如图3所示，还包括：

在所述翘曲控制层11表面依次形成缓冲层15和非掺杂半导体层16。

需要说明的是，本实用新型实施例中的半导体层都为氮化镓层，即n型半导体层12为n型氮化镓层，p型半导体层14为p型氮化镓层，非掺杂半导体层16为非掺杂氮化镓层，当然，本实用新型并不仅限于此，在其他实施例中，半导体层还可以为其他半导体材料层。

本实用新型实施例中，采用氮化气体对衬底10进行氮化处理后，由于氨气可以与衬底10表面的一些化学键结合，形成晶格常数介于衬底10和半导体层12中间的物质即翘曲控制层11。

例如，温度升高至600℃之后，氨气与pss镀aln衬底表面的aln/al2o3混合物的薄膜开始反应形成翘曲控制层，温度达到1000℃~1200℃之后，关闭氮气和/或氨气进行氢化处理。其中，可以通过调节氨气的流量和/或时间控制翘曲，如增加氨气流量可以使led外延片变凸，减小氨气流量可以使led外延片变凹，增加氨气的通入时间可以使led外延片变凸，减小氨气的通入时间可以使led外延片变凹。

由于翘曲控制层11的晶格常数介于衬底10的晶格常数和后续待生长的半导体层12的晶格常数中间，因此，可以减少衬底10和半导体层12之间因晶格失配产生的压应力或张应力，进而减小和改变led外延片的翘曲，提高led外延片的波长均匀性，提高led外延片的良率，节约后续形成的led芯片的分选成本。

并且，由于本申请只是在外延生长之前利用气氛对衬底10表面进行氮化处理形成翘曲控制层11，而不用额外通入镓源等生长增加外延层，即在不增加外延层厚度的前提下可有效调节最终外延片的翘曲程度，从而可以节约成本。

此外，对衬底10进行氮化处理，可以使衬底10表面的低维氧化物分解形成氮化物，从而可以减少衬底10中的杂质浓度，提高后续形成的膜层的晶体质量，进而提高led外延结构的光电性能。

本实用新型实施例中，氮化气体可以为氨气与氢气的混合气体；或者，氮化气体为氨气与氮气的混合气体；或者，氮化气体为氨气、氢气和氮气的混合气体。

可选地，所述氮化气体的总流量为20slm~600slm。其中，氢气的流量0slm~300slm，包括端点值，氮气的流量7slm~600slm，包括端点值，氨气的流量是1slm~220slm，包括端点值，其中，当氢气的流量为0时，氮化气体为氨气和氮气的混合气体，当氢气的流量不为0时，氮化气体为氢气、氮气和氨气的混合气体。

或者，氢气的流量7slm~300slm，包括端点值，氮气的流量0slm~600slm，包括端点值，氨气的流量是1slm~220slm，包括端点值，其中，当氮气的流量为0时，氮化气体为氨气和氢气的混合气体，当氮气的流量不为0时，氮化气体为氢气、氮气和氨气的混合气体。

进一步可选地，氨气、氮气和氢气的比例可以为1:0:300~1:0.1:1，同样，当氮气的比例为0时，氮化气体为氨气和氢气的混合气体，当氮气的比例不为0时，氮化气体为氢气、氮气和氨气的混合气体。其中，混合气体中，氢气的体积大于氨气和氮气的体积。

或者，氨气、氮气和氢气的比例为1:600:0~1:0.1:1，同样，当氢气的比例为0时，氮化气体为氨气和氮气的混合气体，当氢气的比例不为0时，氮化气体为氢气、氮气和氨气的混合气体。其中，混合气体中，氮气的体积大于氨气和氢气的体积。需要说明的是，反应室中通入氨气、氮气和氢气次序不分先后。

可选地，本实用新型实施例中，氮化处理的时间为0.5min~20min；氮化处理的温度为600℃~1200℃。

进一步地，氮化处理的温度可以是按照固定升温速率渐变升温的，也可以是恒温不变的。当渐变升温时，温度可以是阶梯变化的，如包括多个氮化阶段，不用氮化阶段的温度不同，且温度依次升高。具体地，如先升温至600℃，再逐渐升温600℃~800℃进行氮化处理，稳定5s~10min；再逐渐升温至800℃~1000℃进行氮化处理，稳定5s~10min，再逐渐升温至1000℃~1200℃进行氮化处理，稳定5s~10min。当恒温不变时，直接升温至600℃~1000℃范围内某一温度，或者，升温至800℃~1000℃范围内某一温度，进行氮化处理0.5min~20min。

在本实用新型的一个实施方式中，led外延片的制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供pss镀aln衬底为衬底。

步骤2：将pss镀aln衬底放在石墨盘上，传入mocvd（metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀）反应室内，通入200~300sl的氢气，20~30slm的氮气，25~35slm的氨气，时间为5~8min，石墨盘温度采用匀速升温的方式，逐渐将温度升高至900~1100℃。

步骤3：升温至1100~1250℃后，进行0.5~2min氢化处理，去除表面杂质等。

步骤4：通入三甲基镓，生长缓冲层，厚度为15~25a，温度600~850℃。

步骤5：通入三甲基镓，生长非掺杂氮化镓层，厚度为2.0~3.0μm，温度为1100~1200℃。

步骤6：通入三甲基镓和硅烷，生长n型氮化镓层，厚度为1.5~2.5μm，温度为1050~1100℃，硅烷的浓度为7.5e18/cm³~8.5e18/cm³。

步骤7：通入三乙基镓和三甲基铟生长多量子阱层，总厚度为0.1~0.2μm，阱的温度为750~800℃，垒的温度为温度830~900℃。

步骤8：通入三乙基镓和二茂镁生长p型氮化镓层，厚度为0.3~0.6μm，温度900~1000℃，mg的浓度为1.5e19/cm³~2.5e21/cm³。

步骤9：进行降温退火处理，结束生长，对led外延片进行测试，用pl测试机测试波长，单片波长分布情况如图5所示，单片波长分布比较均匀，与图4所示现有技术相比，偏凹的情况明显改善。

在本实用新型的另一个实施方式中，led外延片的制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供pss镀aln衬底。

步骤2：将pss镀aln衬底放在石墨盘上，传入mocvd反应室内，通入200~300slm的氢气，20~30slm的氮气，50~70slm的氨气，时间为5~8min，石墨盘温度采用匀速升温的方式，逐渐升温至900~1100℃。

步骤3：升温至1050~1200℃后，进行0.5~2min氢化处理，去除表面杂质等。

步骤4：通入三甲基镓，生长缓冲层，厚度为15~25a，温度600~850℃。

步骤5：通入三甲基镓，生长非掺杂氮化镓层，厚度为2.0~3.0μm，温度为1100~1200℃。

步骤6：通入三甲基镓和硅烷，生长n型氮化镓层，厚度为1.5~2.5μm，温度为1050~1100℃，硅烷的浓度为7.5e18/cm³~8.5e18/cm³。

步骤7：通入三乙基镓和三甲基铟生长多量子阱层，总厚度为0.1~0.2μm，阱的温度为750~800℃，垒的温度为温度830~900℃。

步骤8：通入三乙基镓和二茂镁生长p型氮化镓层，厚度为0.3~0.6μm，温度900~1000℃，mg的浓度为1.5e19/cm³~2.5e21/cm³。

步骤9：进行降温退火处理，结束生长，对led外延片进行测试，用pl测试机测试波长，单片波长分布情况如图6所示，单片波长分布比较均匀，与图4所示现有技术相比，偏凹的情况明显改善。

在本实用新型的另一个实施方式中，led外延片的制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供pss镀aln衬底。

步骤2：将pss镀aln衬底放在石墨盘上，传入mocvd反应室内，通入200~300slm的氢气，20~30slm的氮气，95~110slm的氨气，时间为2~5min，温度为700~850℃，进行第一阶段的氮化处理，之后，再将温度逐渐升温至900~1050℃，气体组分不变，保持恒温时间2~5min，进行第二阶段氮化处理。

步骤3：升温至1050~1250℃后，进行0.5~2min氢化处理，去除表面杂质等。

步骤4：通入三甲基镓，生长缓冲层，厚度为15~25a，温度600~850℃。

步骤5：通入三甲基镓，生长非掺杂氮化镓层，厚度为2.0~3.0μm，温度为1100~1200℃。

步骤6：通入三甲基镓和硅烷，生长n型氮化镓层，厚度为1.5~2.5μm，温度为1050~1100℃，硅烷的浓度为7.5e18/cm³~8.5e18/cm³。

步骤7：通入三乙基镓和三甲基铟生长多量子阱层，总厚度为0.1~0.2μm，阱的温度为750~800℃，垒的温度为温度830~900℃。

步骤8：通入三乙基镓和二茂镁生长p型氮化镓层，厚度为0.3~0.6μm，温度900~1000℃，mg的浓度为1.5e19/cm³~2.5e21/cm³。

步骤9：进行降温退火处理，结束生长，对led外延片进行测试，用pl测试机测试波长，单片波长分布情况如图7所示，单片波长分布中心波长偏长，与图4所示现有技术相比，由偏凹的转为偏凸。

在本实用新型的另一个实施方式中，led外延片的制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供pss镀aln衬底。

步骤2：将pss镀aln衬底放在石墨盘上，传入mocvd反应室内，通入200~300slm的氢气，20~30slm的氮气，7~15slm的氨气，时间为1~3min，温度为700~850℃，进行第一阶段氮化处理，之后，再将温度逐渐升温至900~1050℃，气体组分不变，保持恒温时间1~3min，进行第二阶段氮化处理。

步骤3：升温至1050~1250℃后，进行0.5~2min氢化处理，去除表面杂质等。

步骤4：通入三甲基镓，生长缓冲层，厚度为15~25a，温度600~850℃。

步骤5：通入三甲基镓，生长非掺杂氮化镓层，厚度为2.0~3.0μm，温度为1100~1200℃。

步骤6：通入三甲基镓和硅烷，生长n型氮化镓层，厚度为1.5~2.5μm，温度为1050~1100℃，硅烷的浓度为7.5e18/cm³~8.5e18/cm³。

步骤7：通入三乙基镓和三甲基铟生长多量子阱层，总厚度为0.1~0.2μm，阱的温度为750~800℃，垒的温度为温度830~900℃。

步骤8：通入三乙基镓和二茂镁生长p型氮化镓层，厚度为0.3~0.6μm，温度900~1000℃，mg的浓度为1.5e19/cm³~2.5e21/cm³。

步骤9：进行降温退火处理，结束生长，对led外延片进行测试，用pl测试机测试波长，单片波长分布情况如图8所示，单片波长分布比较均匀，与图4所示现有技术相比，偏凹的情况明显改善。

在本实用新型的另一个实施方式中，led外延片的制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供pss镀aln衬底为衬底。

步骤2：将pss镀aln衬底放在石墨盘上，传入mocvd（metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀）反应室内，通入200~500slm的氮气，20~70slm的氨气，时间为3~10min，石墨盘温度采用匀速升温的方式，逐渐将温度升高至1050~1250℃。

步骤3：升温至1050~1250℃后，进行0.5~2min氢化处理，去除表面杂质等。

步骤4：通入三甲基镓，生长缓冲层，厚度为15~25a，温度600~850℃。

步骤5：通入三甲基镓，生长非掺杂氮化镓层，厚度为2.0~3.0μm，温度为1100~1200℃。

步骤6：通入三甲基镓和硅烷，生长n型氮化镓层，厚度为1.5~2.5μm，温度为1050~1100℃，硅烷的浓度为7.5e18/cm³~8.5e18/cm³。

步骤7：通入三乙基镓和三甲基铟生长多量子阱层，总厚度为0.1~0.2μm，阱的温度为750~800℃，垒的温度为830~900℃。

步骤8：通入三乙基镓和二茂镁生长p型氮化镓层，厚度为0.3~0.6μm，温度900~1000℃，mg的浓度为1.5e19/cm³~2.5e21/cm³。

步骤9：进行降温退火处理，结束生长，对led外延片进行测试，用pl测试机测试波长，单片波长分布情况如图9所示，单片波长分布比较均匀，与图4所示现有技术相比，偏凹的情况明显改善。

本实施例的一个变形实施例也可以为升温方式为渐变升温，具体为：时间为1~3min，温度为700~850℃，进行第一阶段氮化处理，之后，再将温度逐渐升温至900~1000℃，气体组分不变，保持恒温时间1~3min，进行第二阶段氮化处理。

在本实用新型的一个实施方式中，led外延片的制备方法包括如下步骤：

步骤1：提供pss镀aln衬底为衬底。

步骤2：将pss镀aln衬底放在石墨盘上，传入mocvd（metal-organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀）反应室内，通入200~500slm的氢气，20~70slm的氨气，时间为3~10min，进行氮化处理，石墨盘温度采用匀速升温的方式，逐渐将温度升高至1050~1250℃。

步骤3：升温至1050~1250℃后，进行0.5~2min氢化处理，去除表面杂质等。

步骤4：通入三甲基镓，生长缓冲层，厚度为15~25a，温度600~850℃。

步骤5：通入三甲基镓，生长非掺杂氮化镓层，厚度为2.0~3.0μm，温度为1100~1200℃。

步骤6：通入三甲基镓和硅烷，生长n型氮化镓层，厚度为1.5~2.5μm，温度为1050~1100℃，硅烷的浓度为7.5e18/cm³~8.5e18/cm³。

步骤7：通入三乙基镓和三甲基铟生长多量子阱层，总厚度为0.1~0.2μm，阱的温度为750~800℃，垒的温度为830~900℃。

步骤8：通入三乙基镓和二茂镁生长p型氮化镓层，厚度为0.3~0.6μm，温度900~1000℃，mg的浓度为1.5e19/cm³~2.5e21/cm³。

步骤9：进行降温退火处理，结束生长，对led外延片进行测试，用pl测试机测试波长，单片波长分布情况如图10所示，单片波长分布比较均匀，与图4所示现有技术相比，偏凹的情况明显改善。

本实施例的一个变形实施例也可以为升温方式为渐变升温，具体为：时间为1~3min，温度为700~850℃，进行第一阶段氮化处理，之后，再将温度逐渐升温至900~1000℃，气体组分不变，保持恒温时间1~3min，进行第二阶段氮化处理。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。