一种高质量氮化物外延片的制备方法
阅读：851发布：2024-02-23
专利汇可以提供一种高质量氮化物外延片的制备方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种高 质量 氮化物 外延 片的制备方法，涉及一种发光 二极管 外延片的生长技术领域。本 发明 在衬底上依次 外延生长 形成氮化物 缓冲层 和氮化物层，在外延生长氮化物缓冲层时，通入V族N源前驱物和III族金属有机化合物，所述V族N源前驱物为由低分解 温度 的有机氮源和NH3组成的混合物。本发明通过同时采用低分解温度的有机氮源与NH3为外延生长所需的N源，调配两者比例，在优化的V/III比条件下，改善氮化物缓冲层的生长，获得数量较少、晶粒较大的晶种，获得充足的活性N源，以改善氮化物外延片的质量。，下面是一种高质量氮化物外延片的制备方法专利的具体信息内容。
一种高质量氮化物外延片的制备方法
技术领域
背景技术
[0003] LED外延生长技术由于所用衬底与外延层间晶格常数及热膨胀系数的差异，导致材料生长中存在较多位错缺陷，影响器件性能，目前报告主要通过图形化衬底技术或衬底上生长AlN或GaN的氮化物缓冲层技术，在成核层获得数量较少、晶粒较大的氮化物晶种，改善GaN、AlGaN和InGaN外延氮化物层的晶体质量。如何进一步改善氮化物外延层晶体质量依旧是行业工作者研究重点。
发明内容
[0004] 本发明目的是提出一种高质量氮化物外延片的制备方法。
[0005] 本发明在衬底上依次外延生长形成氮化物缓冲层和氮化物层，在外延生长氮化物缓冲层时，通入V族N源前驱物和III族金属有机化合物；本发明的特点是：所述V族N源前驱物为由低分解温度的有机氮源和NH3组成的混合物。
[0006] 本发明通过同时采用低分解温度的有机氮源与NH3为外延生长所需的N源，调配两者比例，在优化的V/III比条件下，改善氮化物缓冲层的生长，获得数量较少、晶粒较大的晶种，获得充足的活性N源，以改善氮化物外延片的质量。
[0007] 另外，在外延生长所述氮化物缓冲层时，所述V族N源前驱物与III族金属有机化合物的混合体积比为50～200∶1，所述V族N源前驱物中低分解温度的有机氮源与NH3的混合体积比为0.01～1∶1。
[0008] 在V族N源前驱物与III族金属有机化合物的混合体积比为50～200∶1的范围内，比较容易调控生长时各族气源的分压，进而对生长环境实现调控，实现AlN氮化物缓冲层二维平面生长与三维结构生长的切换。
[0009] 而V族N源前驱物中低分解温度的有机氮源与NH3的混合体积比在0.01～1∶1的范围内时，低分解温度的有机氮源主要起到N源供应的调配作用，因其分解温度偏低，在温度为400～600℃的条件下即可达到50%以上的分解效率，故低温生长氮化物缓冲层时，调控低温有机氮源的供应比例，即可控制N的供应速率，而NH3要达到较高的分解效率，其分解温度需要在800℃以上，故低温氮化物缓冲层生长时NH3主要起到维持V族N源前驱物与III族金属有机化合物的流量比例的作用。
[0010] 优选的，本发明所述低分解温度的有机氮源为偏二甲肼或苯基联胺。
[0011] 采用低分解温度有机氮源偏二甲肼或苯基联胺与NH3混合作为N源前驱物，可根据生长形貌的需要调配有机氮源与NH3的比例，当需要平面生长时，通过加大低分解温度有机氮源的比例，在低生长温度下，促进更多N源前驱物分离，使N源更容易吸附在衬底上，在形成氮化物薄膜时，III族金属易于借助N原子的分布形成二维平面生长，加大氮化物薄膜的成核几率，进而获得更多平面延伸空间。当需要三维生长时，通过减少低分解温度有机氮源的比例，使N源处于供应不足的状态，在低生长温度下，结合III族金属原子自身迁移率偏低的特点，易发生团聚生长形成三维结构。氮化物缓冲层生长通过二维平面生长与三维结构生长的切换调控，促进后续氮化物生长时的应力释放。
[0012] 另外，所述氮化物缓冲层的外延生长温度为400～600℃，生长气氛为H2。
[0013] 氮化物缓冲层生长温度控制在400～600℃时，主要源于所述低温有机氮源在此分解温度下即可达到50%以上的分解效率。该分解效率有利提供充足的活性N，促进N在衬底的吸附，进而促进氮化物缓冲层的二维平面生长。另外因III族金属原子在低温下迁移率偏低，故氮化物缓冲层生长温度控制在400～600℃生长，有利借助该特点实现三维结构的生长，该生长温度结合以上两种N源前驱物比例的调配及V族N源前驱物与III族金属化合物的流量比例的调配，实现氮化物缓冲层二维平面生长与三维结构生长的切换调控。
[0014] 氮化物缓冲层的生长气氛为H2，利用H2具有较高的热传导性能，能较好的传递输入的热量，保持生长环境温度的均匀分布，进而促进材料生长的均一性。
具体实施方式
[0015] 实施例1：
[0016] 本发明提供一种GaN基外延生长方法，适用于制备高亮度GaN基LED外延片，该方法步骤如下：
[0017] 1、在蓝宝石衬底上生长一层氮化物缓冲层：生长温度400～600℃，压力为65000Pa，生长N源为偏二甲肼和NH3，偏二甲肼和NH3的混合体积比为0.01～1∶1，并通入III族金属有机化合物。
[0018] V族N源混合前驱物（即偏二甲肼与NH3）与III族金属有机化合物的混合体积比为50～200∶1。
[0019] 生长时气氛为H2，并采用以上混合比通入N源和III族金属源，形成氮化物缓冲层厚度为30nm。
[0020] 2、升高温度至1000～1250℃，在氮化物缓冲层上生长氮化物层：压力为40000Pa，生长N源为偏二甲肼和NH3混合体，偏二甲肼和NH3的混合体积比为0.01～1∶1，同时通入III族金属有机化合物。
[0021] V族N源混合前驱物（即偏二甲肼与NH3）与III族金属有机化合物的混合体积比为50～200∶1。
[0022] 生长时气氛为H2，并采用以上混合比通入N源和III族金属源，形成氮化物缓冲层厚度为3μm。
[0023] 实施例2：
[0024] 本实施例与实施例一的区别仅在于： 将偏二甲肼更换为苯基联胺。
[0025] 同样出能在蓝宝石衬底上依次外延形成氮化物缓冲层和氮化物层，产品性能相当与上例产品。
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