一种发光元件的制备方法技术

本发明专利技术提出了一种发光元件的制备方法，生长氮化镓于已镀制AlN的平片或图形衬底上，再进行H2氛围退火处理或H2氛围与NH3氛围组合式热处理藉此改变及缓冲材料间应力的问题，进而改善此应力所造成的外延片翘曲，提高发光元件的外延质量，提升发光元件的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种发光元件的制备方法
本专利技术涉及发光二极管制备
，特别涉及一种发光元件的制备方法。
技术介绍
发光二极管具有节能、环保、寿命长等优点，已经广泛应用于LCD背光、户外显示、景观照明以及普通照明等领域。目前主要的蓝、绿光发光器件为氮化物半导体，其外延生长主要有同质外延生长和异质外延生长，同质外延生长采用与氮化物半导体晶格匹配的衬底进行生长，如GaN衬底，异质外延生长采用与氮化物半导体晶格失配的衬底进行生长，如蓝宝石衬底、硅衬底等。由于同质外延生长衬底一般成本较高，目前主要以异质外延生长衬底为主。由于异质衬底与氮化物半导体层彼此间的晶格应力相当大，目前工艺常在衬底上生长一氮化(铝)镓的低温非晶格层，随之再生长高质量氮化镓层藉此将应立即产生的缺陷逐步改善。但是采用该方法形成的外延结构的缺陷密度仍高达1×108～1×1010cm-2，且造成载流子泄漏和非辐射复合中心的增多，降低了器件的内量子效率。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术提出了一种发光元件的制备方法，生长氮化镓于已镀制AlN的平片或图形衬底上，再进行特殊的热处理藉此改善材料间应力的问题，进而改善此应力所造成的外延片翘曲，提高发光元件的外延质量，改善发光元件的发光效率。本专利技术解决上述问题的技术方案为：一种发光元件的制备方法，包括步骤：1）提供衬底；2）利用PVD法在所述衬底表面沉积AlN层；3）打开金属源和NH3，利用MOCVD法在所述AlN层表面沉积AlxGa1-xN（0≤x<1）；4）对AlxGa1-xN层进行退火处理，形成不规则状形貌AlxGa1-xN或岛状形貌AlxGa1-xN层，具体为：关闭金属源和NH3，保持H2持续通入，升高腔室温度，在H2氛围中对AlxGa1-xN层进行退火处理；接着持续升高温度并在H2通入的条件下再通入NH3，在NH3氛围中继续对AlxGa1-xN层进行退火处理；5）在所述退火后的AlxGa1-xN层表面沉积GaN层；6）在所述GaN层表面沉积n型层、发光层和P型层。优选地，所述H2氛围退火温度为400～1200℃，时间为100～600s。优选地，所述NH3/H2混合氛围退火温度为400～1200℃，时间为100～500s。优选地，所述H2氛围退火设定时间与NH3/H2混合氛围退火时间之和为200s～600s。优选地，所述AlxGa1-xN层生长温度为400～600℃。优选地，所述AlxGa1-xN层厚度为10～1000埃。优选地，所述AlN层厚度为10～350埃。优选地，所述退火处理结束后调节腔室温度为950～1150℃沉积GaN层。优选地，所述衬底为平片、凸状图形化衬底或凹状图形化衬底。本专利技术解决上述问题的另一技术方案为：一种发光元件的制备方法，包括步骤：1）提供衬底；2）利用PVD法在所述衬底表面沉积AlN层；3）打开金属源和NH3，利用MOCVD法在所述AlN层表面沉积AlxGa1-xN（0≤x<1）层；4）对所述AlxGa1-xN层进行退火处理，形成不规则状形貌AlxGa1-xN层或岛状形貌AlxGa1-xN层，具体为：关闭金属源和NH3，保持H2持续通入，升高腔室温度，在H2氛围中对所述AlxGa1-xN层进行退火处理；5）在所述退火后的AlxGa1-xN层表面沉积GaN层；6）在所述GaN层表面沉积n型层、发光层和P型层。优选地，所述H2氛围退火设定温度为400～1200℃，设定升温时间为100～500s。优选地，所述AlxGa1-xN层生长温度为400～600℃。优选地，所述AlxGa1-xN层厚度为10～1000埃。优选地，所述AlN层厚度为10～350埃。优选地，所述退火处理结束后调节腔室温度为950～1150℃沉积GaN层。优选地，所述衬底为平片、凸状图形化衬底或凹状图形化衬底。本专利技术至少具有以下有益效果：本专利技术方法中，通过对AlxGa1-xN（0≤x<1）层实行退火处理，使该层表面形成不规则状形貌或岛状形貌，同时根据实际需求灵活调节不同氛围的退火时间及温度，强化该层对应力的缓冲范围，有效地处理AlxGa1-xN（0≤x<1）层与AlN层接口问题，改善应力所造成的外延片翘曲，提升波长均匀性问题，尤其是对于大尺寸外延片，其提升效果更为明显；进而最终降低成本提高产品的有效输出。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本专利技术的实施例一起用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按比例绘制。图1为本专利技术之实施例一的生长AlxGa1-xN（0≤x<1）层后结构示意图。图2为本专利技术之实施例一中退火处理后AlxGa1-xN（0≤x<1）层表面形貌示意图。图3为本专利技术之实施例一发光二极管结构示意图。图4为本专利技术之实施例1和实施例3中随着时间的变化，NH3、金属源、H2阀件开（on）关（off）状态以及温度变化之间的关系示意图，横坐标表示时间，纵坐标上半轴表示温度数量，下半轴表示生长物质通入状况。图5为本专利技术实施例二中退火处理后AlxGa1-xN（0≤x<1）层表面形貌示意图。图6为本专利技术之实施例2和实施例4中随着时间的变化，NH3、金属源、H2阀件开（on）关（off）状态以及温度变化之间的关系示意图，横坐标表示时间，纵坐标上半轴表示温度数量，下半轴表示生长物质通入状况。图7为本专利技术之实施例三的生长AlxGa1-xN（0≤x<1）层后结构示意图。图8为本专利技术之实施例三中退火处理后AlxGa1-xN（0≤x<1）层表面形貌示意图。图9为本专利技术之实施例三发光二极管结构示意图。图10为本专利技术实施例四中退火处理后AlxGa1-xN（0≤x<1）层表面形貌示意图。图中：1.衬底；11.衬底图形底部间隔面；12.衬底图形顶面；13.衬底图形侧壁；2.AlN膜层；3.AlxGa1-xN（0≤x<1）层；4.GaN层；5.n型GaN层；6.发光层；7.p型GaN层。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。实施例1附图1～4公开了本专利技术第一个较佳实施例,。一种发光元件的制备方法，首先提供衬底1，可为蓝宝石、硅、碳化硅等，此处优选蓝宝石平片衬底，将其置入PVD腔室，调节腔室温度为300～600℃，压力为2～10mtorr，利用PVD法沉积厚度为10～350nm的AlN膜层2，沉积结束后将镀有AlN膜层2的衬底转入CVD腔室，并调节腔室温度为400～600℃，通入金属源、NH3、H2外延生长AlxGa1-xN（0≤x<1）层3，该层厚度为10～1000埃，覆盖于衬底表面，图1显示了生长AlxGa1-xN（0≤x<1）层后结构示意图。在AlxGa1-xN（0≤x<1）层3沉积结束后，进行退火处理使AlxGa1-xN（0≤x<1）层3形成不规则状形貌或岛状形貌，其结构示意图如图2所示。图4为本实施之发光元件制备过程中随着时间的变化，NH3、金属源、H2阀件开（on）/关（off）状态以及温度变化之间的关系示意图，其显示了退火步骤中反应腔的通入源和温度变化。在本实施例中，采用H2氛围与NH3氛围组合式的退火处理方法，包括退火步骤，具体如下：首先在H2仍本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光元件的制备方法，包括，1）提供衬底；2）利用PVD法在所述衬底表面沉积AlN层；3）通入金属源和NH3，利用MOCVD法在所述AlN层表面沉积AlxGa1‑xN（0≤x<1）层；4）对所述AlxGa1‑xN层进行退火处理，形成不规则状形貌AlxGa1‑xN层或岛状形貌AlxGa1‑xN层，具体为：关闭金属源和NH3，保持H2持续通入，升高腔室温度，在H2氛围中对所述AlxGa1‑xN层进行退火处理；后持续升高温度并在H2通入的条件下再通入NH3，在NH3/H2混合氛围中继续对所述AlxGa1‑xN层进行退火处理；5）在所述退火后的AlxGa1‑xN层表面沉积GaN层；6）在所述GaN层表面沉积n型层、发光层和P型层。

【技术特征摘要】
1.一种发光元件的制备方法，包括，1）提供衬底；2）利用PVD法在所述衬底表面沉积AlN层；3）通入金属源和NH3，利用MOCVD法在所述AlN层表面沉积AlxGa1-xN（0≤x<1）层；4）对所述AlxGa1-xN层进行退火处理，形成不规则状形貌AlxGa1-xN层或岛状形貌AlxGa1-xN层，具体为：关闭金属源和NH3，保持H2持续通入，升高腔室温度，在H2氛围中对所述AlxGa1-xN层进行退火处理；后持续升高温度并在H2通入的条件下再通入NH3，在NH3/H2混合氛围中继续对所述AlxGa1-xN层进行退火处理；5）在所述退火后的AlxGa1-xN层表面沉积GaN层；6）在所述GaN层表面沉积n型层、发光层和P型层。2.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于：所述H2氛围退火温度为400～1200℃，时间为100～600s。3.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于：所述NH3/H2混合氛围退火温度为400～1200℃，时间为100～500s。4.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于：所述H2氛围退火设定时间与NH3/H2混合氛围退火时间之和为200s～600s。5.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于：所述AlxGa1-xN（0≤x<1）层生长温度为400～600℃。6.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于：所述AlxGa1-xN（0≤x<1）层厚度为10～1000埃。7.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于：所述AlN层厚度为10～350埃。8.根据权利要求1所述的一种发光元件的制备方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李政鸿，周圣伟，林继宏，林兓兓，张家宏，
申请(专利权)人：安徽三安光电有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34