一种具有不同指示色的UVC外延片结构的制备方法与流程

本发明属于紫外led外延片制备，具体涉及一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法。

背景技术：

1、氮化铝模板是铝镓氮基深紫外led外延生长的基底材料，模板的结晶质量直接决定了上层铝镓氮的晶体质量，高质量的氮化铝模板可以有效降低铝镓氮的穿透位错密度(tdds)，提高以此材料为基础生长的led结构中电子和空穴的辐射复合效率，改善led的可靠性和寿命。

2、在氮化铝模板表面生长铝镓氮材料，氮化铝和铝镓氮存在一定的失配，失配由铝组分决定。无应力的氮化铝和氮化镓的晶格失配为2.43%，氮化铝与铝镓氮的晶格失配与铝组分线性相关，铝组分越低，铝镓氮和氮化铝的晶格失配越大，晶格失配增大导致铝镓氮的山丘形貌增多，晶体质量变差，且会有缺陷发光。

3、mocvd重复生长的uvc led外延片由于腔室环境的逐炉变化，会导致外延层底层生长条件的变化，进而影响成核层的密度、高度和al极性的占比，进而影响外延层的应力状态和表面形貌，这会使得不同炉次外延片的缺陷发光情况存在差异，导致不同的外延片甚至同一片外延片不同的区域表面发出的可见光颜色不同，进而导致制备的大批量芯片中存在色差现象。

4、由于uvc led芯片发出的可见光为缺陷发光，强度非常弱，不能通过使用芯片点测机台的测试进行分类筛选，这会导致出货的芯片中存在有不同发光颜色的芯片。

技术实现思路

1、针对上述出货的芯片中存在有不同发光颜色的芯片的技术问题，本发明提供了一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法。

2、为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

3、一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，包括下列步骤：

4、s1、使用mocvd设备在2寸蓝宝石平面衬底表面制备厚度为800nm~5000nm的aln，制备得到具有空气隙的氮化铝模板；

5、s1.1、生长10nm~20nm厚的氮化铝缓冲层；

6、s1.2、在氮化铝缓冲表面继续生长250nm~600nm 的3d层；

7、s1.3、在3d层表面继续生长厚度为540nm~4380nm的高温氮化铝层，制备出截面具有高度为300nm~650nm空气隙的氮化铝模板；

8、s2、将具有空气隙的氮化铝模板放入mocvd中生长结构层；

9、s2.1、在氮化铝模板表面生长1um~3.5um的电子供给层；

10、s2.2、在电子供给层表面生长多量子阱有源层；

11、s2.3、在多量子阱有源层表面生长空穴供给层。

12、所述空气隙的高度与uvc外延片的发光颜色存在对应关系；所述空气隙的高度为300nm~400nm，感官颜色为蓝色，表面为均匀的山丘形貌，无较大的六边形凸起；所述空气隙的高度为400nm-650nm，感官颜色为紫色，表面存在较多的六边形凸起，凸起的数量大于50个/每个。

13、所述uvc外延片具有三个发光峰且可以表现为不同指示色，发光峰分别是深紫外波段250nm~280nm，可见紫光波段400nm~420nm，黄光波段530nm-550nm。

14、所述s1.1中生长10nm~20nm厚的氮化铝缓冲层的生长工艺为：生长温度为700℃~1000℃，压力为30torr ~60torr，nh3流量为100 sccm ~2000sccm，氢气流量为10slm~30slm，tmal流量为100 umol/min ~200umol/min，生长时间为2 min~4min。

15、所述s1.2中在氮化铝缓冲表面继续生长250nm~600nm 的3d层的生长工艺为：生长温度为1000℃~1100℃，压力为30 torr ~60torr，nh3流量为2 slm ~10slm，氢气流量为10slm ~30slm，tmal流量为200 umol/min ~300umol/min，生长时间为10min~40min。

16、所述s1.3中在3d层表面继续生长厚度为540nm~4380nm的高温氮化铝层的生长工艺为：生长温度为1130℃~1300℃，压力为30 torr ~60torr，nh3流量为50 sccm ~1000sccm，氢气流量为10 slm ~30slm，tmal流量为100 umol/min ~300umol/min，生长时间为50 min ~240min。

17、所述s2.1中生长1um~3.5um的电子供给层的生长工艺为：生长温度为1020℃~1080℃，压力为80 torr ~100torr，tmal流量为280 umol/min ~320umol/min，tmga流量为172.3umol/min ~229umol/min，nh3流量为2000 sccm~4000sccm，sih4流量为2.8×10-8mol/min ~5.6×10-8mol/min，载气为纯h2气，h2气流量为30 l/min ~80l/min，厚度为1000 nm ~3500nm，生长时间为75min~263min。

18、所述电子供给层的algan的al组分为55%~65%，所述电子供给层的si掺杂浓度为1.3×1019cm-3~2.6×1019cm-3；所述空穴供给层的材料为algan，厚度为10~40nm，al组分由80%渐变为20%，mg的掺杂浓度由 5e18cm-3~ 8e18cm-3渐变为1e21cm-3~3e21cm-3；所述多量子阱有源层的周期数为1对~10对，所述多量子阱有源层的垒层al组分0.6~0.65，厚度为10 nm ~12nm，所述多量子阱有源层的阱层al组分0.49~0.54，厚度为1.7 nm ~3nm。

19、所述s2.3中空穴供给层的生长工艺为：生长温度为900℃~1000℃，压力为100torr ~250torr，tmal流量由210umol/min渐变为52.5umol/min，tmga流量由52.5umol/min渐变为210umol/min，nh3流量为4000 sccm ~6000sccm，cp2mg流量由100sccm渐变为900sccm，纯h2载气，h2流量为40 l/min ~60 l/min，厚度为8 nm ~15nm，生长时间为110s~440s。

20、一种具有不同指示色的uvc外延片结构，包括氮化铝模板、电子供给层、多量子阱有源层和空穴供给层，所述电子供给层设置在氮化铝模板上，所述多量子阱有源层设置在电子供给层上，所述空穴供给层设置在多量子阱有源层上，所述氮化铝模板内部设有空气隙。

21、本发明与现有技术相比，具有的有益效果是：

22、本发明通过控制氮化铝模板中空气隙的高度，进而控制模板的结晶质量，进而控制铝镓氮外延层的缺陷发光，使外延片呈现特定的发光颜色，同时保证不同炉次和同一片外延片的发光颜色一致。本发明通过截面空气隙的高度可以判断外延片的发光颜色，并对外延片根据发光颜色进行分类区分。

技术特征：

1.一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，包括下列步骤：

2.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于：所述空气隙的高度与uvc外延片的发光颜色存在对应关系；所述空气隙的高度为300nm~400nm，感官颜色为蓝色，表面为均匀的山丘形貌，无较大的六边形凸起；所述空气隙的高度为400nm-650nm，感官颜色为紫色，表面存在较多的六边形凸起，凸起的数量大于50个/每个。

3.根据权利要求2所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于：所述uvc外延片具有三个发光峰且可以表现为不同指示色，发光峰分别是深紫外波段250nm~280nm，可见紫光波段400nm~420nm，黄光波段530nm-550nm。

4.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s1.1中生长10nm~20nm厚的氮化铝缓冲层的生长工艺为：生长温度为700℃~1000℃，压力为30torr ~60torr，nh3流量为100 sccm ~2000sccm，氢气流量为10slm~30slm，tmal流量为100 umol/min ~200umol/min，生长时间为2 min~4min。

5.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s1.2中在氮化铝缓冲表面继续生长250nm~600nm 的3d层的生长工艺为：生长温度为1000℃~1100℃，压力为30 torr ~60torr，nh3流量为2 slm ~10slm，氢气流量为10 slm~30slm，tmal流量为200 umol/min ~300umol/min，生长时间为10min~40min。

6.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s1.3中在3d层表面继续生长厚度为540nm~4380nm的高温氮化铝层的生长工艺为：生长温度为1130℃~1300℃，压力为30 torr ~60torr，nh3流量为50 sccm ~1000sccm，氢气流量为10 slm ~30slm，tmal流量为100 umol/min ~300umol/min，生长时间为50 min ~240min。

7.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s2.1中生长1um~3.5um的电子供给层的生长工艺为：生长温度为1020℃~1080℃，压力为80 torr ~100torr，tmal流量为280 umol/min ~320umol/min，tmga流量为172.3umol/min ~229umol/min，nh3流量为2000 sccm~4000sccm，sih4流量为2.8×10-8 mol/min~5.6×10-8 mol/min，载气为纯h2气，h2气流量为30 l/min ~80l/min，厚度为1000 nm ~3500nm，生长时间为75min~263min。

8.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，所述电子供给层的algan的al组分为55%~65%，所述电子供给层的si掺杂浓度为1.3×1019 cm-3~2.6×1019cm-3；所述空穴供给层的材料为algan，厚度为10~40nm，al组分由80%渐变为20%，mg的掺杂浓度由 5e18cm-3~ 8e18cm-3渐变为1e21cm-3~3e21cm-3；所述多量子阱有源层的周期数为1对~10对，所述多量子阱有源层的垒层al组分0.6~0.65，厚度为10 nm ~12nm，所述多量子阱有源层的阱层al组分0.49~0.54，厚度为1.7 nm ~3nm。

9.根据权利要求1所述的一种具有不同指示色的uvc外延片结构的制备方法，其特征在于，所述s2.3中空穴供给层的生长工艺为：生长温度为900℃~1000℃，压力为100 torr ~250torr，tmal流量由210umol/min渐变为52.5umol/min，tmga流量由52.5umol/min渐变为210umol/min，nh3流量为4000 sccm ~6000sccm，cp2mg流量由100sccm渐变为900sccm，纯h2载气，h2流量为40 l/min ~60 l/min，厚度为8 nm ~15nm，生长时间为110s~440s。

10.一种具有不同指示色的uvc外延片结构，其特征在于：包括氮化铝模板（1）、电子供给层（2）、多量子阱有源层（3）和空穴供给层（4），所述电子供给层（2）设置在氮化铝模板（1）上，所述多量子阱有源层（3）设置在电子供给层（2）上，所述空穴供给层（4）设置在多量子阱有源层（3）上，所述氮化铝模板（1）内部设有空气隙。

技术总结
本发明属于紫外LED外延片制备技术领域，具体涉及一种具有不同指示色的UVC外延片结构的制备方法，制备方法包括下列步骤：使用MOCVD设备在2寸蓝宝石平面衬底表面制备厚度为800nm~5000nm的AlN，制备得到具有空气隙的氮化铝模板；将具有空气隙的氮化铝模板放入MOCVD中生长结构层。本发明通过控制氮化铝模板中空气隙的高度，进而控制模板的结晶质量，进而控制铝镓氮外延层的缺陷发光，使外延片呈现特定的发光颜色，同时保证不同炉次和同一片外延片的发光颜色一致。本发明通过截面空气隙的高度可以判断外延片的发光颜色，并对外延片根据发光颜色进行分类区分。

技术研发人员：徐广源,侯杰,张童,李晋闽
受保护的技术使用者：山西中科潞安紫外光电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23