CN111029447A - 用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于Micro‑Led的蓝宝石平面外延片将其生长方，其中，蓝宝石平面外延片从下到上依次包括：蓝宝石平面衬底、AlN膜层、uGaN层、nGaN层、InGaN应力调制层、MQW层、电子阻挡层、pGaN层及欧姆接触层，其中，所述AlN膜层的厚度范围为7‑25nm。其有效改善了制作Micro‑Led剥离工艺的稳定性，提高良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片及其生长方法。
背景技术
Micro-Led将LED结构薄膜化、微小化及阵列化，其尺寸缩小到1-10微米左右，通过批量转移到基板上再利用物理沉积的方式完成保护层和电极的制备，最后进行封装。Micro-Led比OLED亮度更高、发光效率更高、功耗更小，可实现更加细腻的显示效果。但Micro-Led尺寸小，芯片制程过程中转移的晶粒数量可达万级甚至几十万级，要实现巨量转移要求Micro-Led的厚度尽量薄，且需要更加精细化的操作才能完成。激光剥离技术利用激光能量分解GaN层与蓝宝石衬底间接口处的GaN缓冲层，实现LED外延片与蓝宝石衬底的分离。
目前，一般通过在蓝宝石图形化衬底上外延生长的方式得到LED外延片，图形化衬底中自带图形，表面不平整，虽然能缓解蓝宝石衬底与GaN层间的应力，但是后续的剥离效果及表面平整度均较差，对于小尺寸的Micro-Led来说这一缺陷表现的尤为明显。
发明内容
为了克服蓝宝石图形化衬底外延片的剥离问题，本发明提供了一种用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片及其生长方法，有效改善现有生长方法剥离稳定性较差和表面平整度差的技术问题，同时保证了外延片的晶体质量和翘曲控制。
本发明提供一种蓝宝石平面外延片用于Micro-Led的技术方案包括：
一种用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片，从下到上依次包括：蓝宝石平面衬底(FSS，Flat substrate of Sapphire)、AlN膜层、uGaN层、nGaN层、InGaN应力调制层、MQW层、电子阻挡层、pGaN层及欧姆接触层，其中，所述AlN膜层的厚度范围为7-25nm。
本发明还提供了一种用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片生长方法，包括：
将蓝宝石平面衬底置于PVD AlN溅射机台中，在所述蓝宝石平面衬底表面溅射一层预设厚度的AlN膜层；
将溅射有AlN膜的蓝宝石平面衬底置于MOCVD机台中，依次在所述AlN膜层表面生长uGaN层、nGaN层、InGaN应力调制层、MQW层、电子阻挡层、PGaN层及欧姆接触层，得到蓝宝石平面外延片。
本发明提供的用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片及其生长方法，在PVD AlN溅射机台中对蓝宝石平面衬底进行预处理操作，溅射得到AlN膜，再放入MOCVD机台中生长外延片，有效改善了MOCVD机台生长蓝宝石平面外延片的工艺稳定性，大幅改善双晶质量、波长分布同时减少外延时间。另外，通过在蓝宝石平面衬底表面溅射AlN膜的方式有效解决了相对于图形化衬底来说在蓝宝石平面衬底表面直接生长GaN层时易出现的晶体质量差、衬底翘曲大的技术问题。
附图说明
图1为本发明中用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片的结构示意图；
图2为现有技术中图形化蓝宝石衬底外延片的结构示意图；
图3为实施例2中有无镀AlN膜的蓝宝石平面外延片的GAN(102)XRD对比图；
图4为实施例2中蓝宝石平面外延片波长分布图。
附图标记说明：
1-蓝宝石平面衬底，2-AlN膜层，3-uGaN层，4-nGaN层，5-InGaN应力调制层，6-MQW层，7-电子阻挡层，8-pGaN层，9-欧姆接触层
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。
如图1所示为本发明提供的用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片的结构示意图，从图中可以看出，在该蓝宝石平面外延片中从下到上依次包括：蓝宝石平面衬底1、AlN膜层2、uGaN层3、nGaN层4、InGaN应力调制层5、MQW层6、电子阻挡层7、pGaN层8及欧姆接触层9，其中，所述AlN膜层的厚度范围为7-25nm。
在生成过程中，首先，将蓝宝石平面衬底置于PVD AlN溅射机台中，在衬底表面溅射一层预设厚度的AlN膜；之后，将溅射有AlN膜的蓝宝石平面衬底置于MOCVD机台中，依次在AlN膜表面生长uGaN层、nGaN层、InGaN应力调制层、MQW层、电子阻挡层、PGaN层及欧姆接触层，得到蓝宝石平面外延片。
MOCVD机台中生长外延片过程中，采用高纯N2或高纯H2或高纯H2/高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，金属有机源三甲基镓(TMGa)、三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，n型掺杂剂为蓝宝石平面烷(SiH4)，p型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)。
应了解，相比于现有使用蓝宝石图形化衬底生长的外延片(如图2所示)来说，本发明中的外延片中除了使用的生成衬底不同，在蓝宝石平面衬底表面溅射AlN膜层之后直接从uGaN层生长，无buffer层(缓冲层)和三维粗化层。
实施例
1.将蓝宝石平面衬底放入PVD AlN溅射机台中，在600℃温度下溅射7-25nm厚的AlN膜层，可以通过不同的AlN膜厚调整波长的分布情况；
2.将溅射好AlN膜的蓝宝石平面衬底放入MOCVD机台的反应腔中，升温到1080-1090℃，压力控制在100-200Torr，生长厚度为0.7-1.3μm的uGaN层，TMGa流量为450-650ml/min，生长转速为1000-1200r/min。
3.温度升高至1080-1100℃，压力控制在100-200Torr，生长厚度为2.2-2.8μm的nGaN层，TMGa流量为500-650ml/min，SiH4流量为90-110ml/min，生长转速为1000-1200r/min。
4.温度降至800-900℃，压力控制在100-400Torr，生长InGaN应力调制层，其中包括5-20个周期InGaN/GaN过渡层和7-9个周期InGaN/GaN发光层，总厚度约0.25μm。TEGa流量为170-240ml/min，TMIn流量为900-980ml/min，生长转速为400-1000r/min。
5.温度降至800-820℃，压力控制在100-200Torr，生长20-60nm的电子阻挡层，TMGa流量为30-50ml/min，生长转速为1000-1200r/min。
6.温度升高至950-1000℃，压力控制在100-200Torr，生长70-110nm的P型GaN层，TMGa流量为20-40ml/min，生长转速为800-1000r/min。
7.温度升高至970-990℃，压力控制在100-200Torr，生长5-15nm的欧姆接触层，TMGa流量为20-50ml/min，生长转速为800-1000r/min。长完后将反应室的温度降至600-900℃，在氮气气氛进行退火处理4-10min，而后逐渐降至室温，结束外延生长。
经测得，衬底在MOCVD生长后，菜单时间比图形化衬底菜单节约10％。如图3所示为有无镀AlN膜的蓝宝石平面外延片的GAN(102)XRD对比图，其中，曲线a表示没有镀AlN膜的蓝宝石平面外延片的GAN(102)XRD图，曲线b表示本实例中镀有AlN膜的蓝宝石平面外延片的GAN(102)XRD图。从图中可以看出，镀有AlN膜外延片的GaN(102)XRD由550arcsec提高到250arcsec左右。图4所示为本实例中外延片波长分布图，从图中看出，该外延片PL参数波长STD在1.6，AFM在5μm*5μm中粗糙度为0.6nm。XRD和波长STD改善，达到生产要求。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片，其特征在于，从下到上依次包括：蓝宝石平面衬底、AlN膜层、uGaN层、nGaN层、InGaN应力调制层、MQW层、电子阻挡层、pGaN层及欧姆接触层，其中，所述AlN膜层的厚度范围为7-25nm。
2.一种用于Micro-Led的蓝宝石平面外延片生长方法，其特征在于，包括：
将蓝宝石平面衬底置于PVD AlN溅射机台中，在所述蓝宝石平面衬底表面溅射一层预设厚度的AlN膜层；
将溅射有AlN膜的蓝宝石平面衬底置于MOCVD机台中，依次在所述AlN膜层表面生长uGaN层、nGaN层、InGaN应力调制层、MQW层、电子阻挡层、PGaN层及欧姆接触层，得到蓝宝石平面外延片。
3.如权利要求2所述的蓝宝石平面外延片生长方法，其特征在于，在所述PVD AlN溅射机台中，溅射的AlN膜层的厚度范围为7-25nm。
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