專利名稱：一種外延片退火方法
一種外延片退火方法技術領域
本發明屬于半導體領域，尤其涉及一種外延片退火方法。
背景技術：
優良的P型導電GaN的獲得到目前為止仍然是需要深入研究解決的難題，GaN 中的一些雜質和缺陷的行為都強烈影響其電學特性，空穴濃度是與Mg的被激活量成正比， 如何激活P層中Mg離子得到更多的空穴成為技術難點。由于在GaN的生長過程中Mg會與高溫生長氛圍下氨氣分解產生的氫結合形成Mg-H絡合物，使GaN呈現高阻性，因此需將直接生長完成后的GaN在高溫下進行退火處理而使Mg激活，從而獲得較高的P型電導。傳統的退火方法，通常采用在某一適當溫度下，通入N2，然后退火一段時間來激活Mg的方法。 這種退火工藝，假如溫度過高會破壞量子阱，溫度過低又沒辦法激活Mg，而且退火時間也難以把握好，即便是調到了適當的溫度和時間，激活效果也只是一般，因為不同的量子阱生長溫度也會需要不同的退火溫度，最終會導致整個外延片的電學特性不好而且亮度不高。發明內容
本發明的目的是提供一種外延片退火方法，實現了對P層激活程度的大幅提升， 使整個外延片的電學特性和亮度得到較大改善。
本發明的目的是通過以下技術方案實現的一種外延片退火方法，所述方法包括以下步驟51、提供一個外延片，在外延片的P型氮化物表面布置至少一個導電球，所述導電球與外延片的P型氮化物表面緊密接觸，然后將導電球與退火爐內的低壓交流電電極連接；52、在退火爐內通入N2和O2的混合氣體，將退火爐內的溫度升到800-1000°C的高溫狀態；53、打開退火爐傳送門，將放置有外延片的載物臺快速推進退火爐內并關閉，讓外延片在通有交流電的短時間高溫狀態下完成退火；54、將退火爐的溫度降到450-650°C的低溫狀態，提高O2在混合氣體中所占的比例；55、讓外延片在通有交流電的低溫狀態下完成退火，然后將退火爐傳送門打開，取出外延片。
本發明提供的外延片退火方法中，通過在外延片的表面布置至少一個導電球，使導電球與外延片的P型氮化物表面緊密 接觸，然后通過退火爐內的低壓交流電電極與導電球連接給外延片通入低壓交流電，以提供電子協助打破Mg-H絡合物的化學鍵，使電子在高溫狀態下與H+結合形成HO,然后在外延片表面與O2中的O原子結合跑掉，由于高溫時間較短，不會破壞量子阱結構，而且高溫有利于打斷Mg-H鍵；然后在低溫狀態下進行第二步退火，進一步激化Mg,加大氧氣流量讓更多的HO與O2中的O原子結合帶走HO。本發明提供的這種退火方法，不僅節約了退火的時間，還會使P層激活的程度大為提升，使外延片的亮度和電學特性都得到很好的改善。


圖1是本發明提供的外延片退火方法的流程示意圖。
圖2是本發明提供的外延片退火方法中導電球的一種布置結構示意圖。
圖3是圖2中導電球布置的剖視結構示意圖。
圖4是本發明提供的外延片退火方法中導電球的另一種布置結構示意圖。
具體實施方式
為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。
請參考圖1所示，一種外延片退火方法，所述方法包括以下步驟51、提供一個外延片，在外延片的P型氮化物表面布置至少一個導電球，所述導電球與外延片的P型氮化物表面緊密接觸，然后將導電球與退火爐內的低壓交流電電極連接；52、在退火爐內通入N2和O2的混合氣體，將退火爐內的溫度升到800-1000°C的高溫狀態；53、打開退火爐傳送門，將放置有外延片的載物臺快速推進退火爐內并關閉，讓外延片在通有交流電的短時間 高溫狀態下完成退火；54、將退火爐的溫度降到450-650°C的低溫狀態，提高O2在混合氣體中所占的比例；55、讓外延片在通有交流電的低溫狀態下完成退火，然后將退火爐傳送門打開，取出外延片。
本發明提供的外延片退火方法中，通過在外延片的表面布置至少一個導電球，使導電球與外延片的P型氮化物表面緊密接觸，然后通過退火爐內的低壓交流電電極與導電球連接給外延片通入低壓交流電，以提供電子協助打破Mg-H絡合物的化學鍵，使電子在高溫狀態下與H+結合形成HO,然后在外延片表面與02中的O原子結合跑掉，由于高溫時間較短，不會破壞量子阱結構，而且高溫有利于打斷Mg-H鍵；然后在低溫狀態下進行第二步退火，進一步激活Mg，加大氧氣流量讓更多的HO與02中的O原子結合帶走HO。本發明提供的這種退火方法，不僅節約了退火的時間，還會使P層激活的程度大為提升，使外延片的亮度和電學特性都得到很好的改善。
作為具體的實施方式，在步驟SI中，先提供一個外延片，在外延片的P型氮化物表面布置至少一個導電球，所述導電球的布置需要與外延片的P型氮化物表面緊密接觸，然后將導電球與退火爐內的低壓交流電電極連接即可實現導電。其中，所述導電球只要能夠導電且容易與外延片緊密接觸即可，具體地，所述導電球為銦球、金球和銀球中的一種；優選地，所述導電球為銦球，具體可通過鑷子將銦球壓在P型氮化物表面，即可實現與外延片的良好接觸。進一步，可以選取通過EL (Electroluminescence,電致發光器件)測試的銦球，因為通過EL測試的銦球硬度低，導電性能較好。
請參考圖2所示，在步驟SI中，為了能夠足量且均勻的提供電子，作為一種具體的實施方式，所述外延片的P型氮化物表面布置有四個導電球11，該四個導電球Ii分布于外延片半徑的四個平分點上，由此在外延片上形成均勻分布的效果，其中，所述外延片包括襯底13和生長于襯底上的外延層14 ;所述四個導電球11分別通過與低壓交流電電極12的連接，給予電極交流電流，即可實現提供電子給整個外延片。其中，所述低壓交流電電極的電壓大小沒有特別的限制，只要能夠提供電子即可；作為一種具體的實施例，所述低壓交流電電極的電壓為5-15伏，如果大于15伏，則有可能會擊穿外延片；如果小于5伏，則可能無法提供足量的電子。
請參考圖3所示，在步驟SI中，進一步為了防止電子提供不夠或者不均勻，即更好地為了能夠足量且均勻的提供電子，作為另一種具體的實施方式，所述外延片的P型氮化物表面布置有八個導電球21,該八個導電球21分布于外延片半徑的八個平分點上，由此在外延片上形成更加均勻的分布效果；所述八個導電球21分別通過與低壓交流電電極22的連接，給予電極交流電流，即可實現提供電子給整個外延片。其中，所述低壓交流電電極的電壓大小與前述第一種實施方式類似。
作為具體的實施方式，在步驟S2中，在退火爐內通入隊和02的混合氣體，將退火爐內的溫度升到800-1000°C的高溫狀態；其中，所述O2在混合氣體中所占的體積比為 2-5%，由此可以更好地避免O2過多發生氧化反應。
作為具體的實施方式，在步驟S3中，打開退火爐傳送門，將放置有外延片的載物臺快速推進退火爐內并關閉，讓外延片在通有交流電的短時間高溫狀態下完成退火。其中， 所述高溫狀態下的退火時間較短，如果時間過長有可能會破壞處延片中的量子阱結構層； 作為另一種具體的實施方式，所述外延片在高溫狀態下退火的時間為30-60秒，由此可以更好地保護量子阱不被破壞，同時能很好地激活Mg+，時間過長會破壞量子阱，使里邊銦擴散，會改變量子阱的厚度和結構等，使外延片亮度變低和波長改變。
作為具體的實施方式，在步驟S4中，將退火爐的溫度降到450_650°C的低溫狀態， 提高O2在混合氣體中所占的比例，以進一步讓更多的HO與O2中的O原子結合而被帶走。 作為一種具體的實施方式，所述O2在混合氣體中所占的體積比為35-50%，由此可以更好地使H+脫離外延片與O2結合，避免H+在降溫的過程中重新與Mg+結合，重新生成Mg-H絡合物，如果O2過多也可能氧化表面。
作為具體的實施方式，在步驟S5中，讓外延片在通有交流電的低溫狀態下完成退火，然后將退火爐傳送門打開，取出外延片；其中，低溫狀態下的退火，是為了進一步激活 Mg，從而使P層的激活大為提升。作為一種具體的實施方式，所述外延片在低溫狀態下退火的時間為3-6分鐘，由此可以更好地使H+脫離外延片與O2結合，避免H+在降溫的過程中重新與Mg+結合，重新生成Mg-H絡合物。
本發明提供的外延片退火方法中，高溫狀態和低溫狀態下的兩次退火是分解Mg-H 絡合物從而激活Mg的過程，在第一步高溫退火時，Mg被有效激活，H+會和電子結合形成 HO，但并未離開外延片，冷卻后有可能會與Mg重新結合，故需要第二步退火帶走HO，退火溫度增加，時間增長，Mg獲得的能量隨之增大，被激活的數量逐漸增多，此后被激活的Mg原子替位取代Ga原子而成為受主中心MgGa。具體地，Ga為+3價，Mg為+2價，當Mg取代Ga 的位置后，還需要多一個電子和N形成共價鍵，所以晶體中存在由于失去一個電子而形成帶正電的空穴，由此形成大量空穴。Mg在這一被激活-替位成為受主的過程中的熱運動和熱擴散使P型GaN在二維水平面內產生張應變，由于GaN晶格比InGaN晶格小，GaN產生張應變后會使兩種晶體晶格失配減小，而退火前P型GaN在水平方向處于壓應變狀態，這主要是由藍寶石襯底與外延層GaN之間的晶格失配及熱失配引起的，因而一定程度上減小由于晶格失配引起的位錯和缺陷，會使量子阱和P-GaN的晶體質量變好，減少位錯和缺陷， 從而減少電子和空穴進入缺陷和位錯里邊進行發熱的復合，使更多的電子和空穴在InGaN/ GaN量子阱區進行發光的復合，所以會提升電子和空穴在量子阱里面復合的幾率，由此使得整個外延片的電學特性和亮度得到較大改善。
以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發 明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種外延片退火方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟51、提供一個外延片，在外延片的P型氮化物表面布置至少一個導電球，所述導電球與外延片的P型氮化物表面緊密接觸，然后將導電球與退火爐內的低壓交流電電極連接；52、在退火爐內通入N2和O2的混合氣體，將退火爐內的溫度升到800-1000°C的高溫狀態；53、打開退火爐傳送門，將放置有外延片的載物臺快速推進退火爐內并關閉，讓外延片在通有交流電的短時間高溫狀態下完成退火；54、將退火爐的溫度降到450-650°C的低溫狀態，提高O2在混合氣體中所占的比例；55、讓外延片在通有交流電的低溫狀態下完成退火，然后將退火爐傳送門打開，取出外延片。
2.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟SI中，所述導電球為銦球、金球和銀球中的一種。
3.根據權利要求2所述的外延片退火方法，其特征在于，所述導電球為銦球，通過按壓將銦球布置在外延片的P型氮化物表面。
4.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟SI中，所述外延片的P型氮化物表面布置有四個導電球，該四個導電球分布于外延片半徑的四個平分點上。
5.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟SI中，所述外延片的P型氮化物表面布置有八個導電球，該八個導電球分布于外延片半徑的八個平分點上。
6.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟SI中，所述低壓交流電電極的電壓為5-15伏。
7.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟S2中，所述O2在混合氣體中所占的體積比為2-5%。
8.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟S3中，所述外延片在高溫狀態下退火的時間為30-60秒。
9.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟S4中，所述O2在混合氣體中所占的體積比為35-50%。
10.根據權利要求1所述的外延片退火方法，其特征在于，在步驟S5中，所述外延片在低溫狀態下退火的時間為3-6分鐘。
全文摘要
本發明提供一種外延片退火方法，包括步驟S1、提供一個外延片，在外延片的p型氮化物表面布置至少一個導電球，所述導電球與外延片的p型氮化物表面緊密接觸，然后將導電球與退火爐內的低壓交流電電極連接；S2、在退火爐內通入N2和O2的混合氣體，將退火爐內的溫度升到800-1000℃的高溫狀態；S3、打開退火爐傳送門，將放置有外延片的載物臺快速推進退火爐內并關閉，讓外延片在通有交流電的短時間高溫狀態下完成退火；S4、將退火爐的溫度降到450-650℃的低溫狀態，提高O2在混合氣體中所占的比例；S5、讓外延片在通有交流電的低溫狀態下完成退火，然后將退火爐傳送門打開，取出外延片。本發明能夠使p層激活的程度大為提升，外延片的亮度和電學特性都得到改善。
文檔編號H01L21/324GK103021844SQ20111028804
公開日2013年4月3日 申請日期2011年9月26日 優先權日2011年9月26日
發明者柯創基, 張旺 申請人:比亞迪股份有限公司