一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述制備方法包括：在藍(lán)寶石襯底上依次層疊緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、應(yīng)力釋放層、多量子阱層和P型層；應(yīng)力釋放層包括多個(gè)應(yīng)力釋放子層，應(yīng)力釋放子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，第一子層為AlGaN層，第三子層為InGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度高于第三子層的生長(zhǎng)溫度。本發(fā)明通過應(yīng)力釋放層為周期性結(jié)構(gòu)且InGaN層采用較低的生長(zhǎng)溫度，有利于晶格的良好生長(zhǎng)，釋放藍(lán)寶石襯底與GaN之間晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，提高多量子阱層的生長(zhǎng)質(zhì)量，提高LED的光電性能。
【專利說明】
一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，寬帶隙(Eg>2.3eV)半導(dǎo)體材料GaN發(fā)展迅速，被廣泛應(yīng)用于照明、顯示屏、信號(hào)燈、背光源等領(lǐng)域。如何提高GaN基LED的光電性能一直是LED行業(yè)的研究熱點(diǎn)。
[0003]現(xiàn)有的LED外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在襯底上的緩沖層、非摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層和P型GaN層。其中，多量子阱層包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子皇層。N型層的電子和P型層的空穴在多量子阱層復(fù)合發(fā)光。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]藍(lán)寶石襯底與GaN之間存在晶格失配，在外延生長(zhǎng)過程中會(huì)引入大量的晶格缺陷，降低多量子阱層的生長(zhǎng)質(zhì)量，影響LED的光電性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)影響LED的光電性能的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法，所述制備方法包括:
[0008]在藍(lán)寶石襯底上依次層疊緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、應(yīng)力釋放層、多量子阱層和P型層；
[0009]其中，所述應(yīng)力釋放層包括多個(gè)應(yīng)力釋放子層，所述應(yīng)力釋放子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，所述第一子層為AlGaN層，所述第三子層為InGaN層，所述第二子層和所述第四子層均為GaN層，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度高于所述第三子層的生長(zhǎng)溫度。
[0010]可選地，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度> 所述第二子層的生長(zhǎng)溫度 >所述第三子層的生長(zhǎng)溫度，所述第三子層的生長(zhǎng)溫度<所述第四子層的生長(zhǎng)溫度<所述第一子層的生長(zhǎng)溫度。
[0011]優(yōu)選地，所述應(yīng)力釋放子層的四個(gè)子層的生長(zhǎng)溫度各不相同。
[0012]可選地，所述應(yīng)力釋放子層的層數(shù)為2?20層。
[0013]可選地，所述應(yīng)力釋放子層的四個(gè)子層的厚度相同或不同。
[0014]可選地，所述弟一■子層為未慘雜的GaN層或者N型慘雜的GaN層，所述N型慘雜的GaN層的摻雜濃度低于所述N型層的摻雜濃度。
[0015]可選地，所述第四子層為未摻雜的GaN層或者N型摻雜的GaN層，所述N型摻雜的GaN層的摻雜濃度低于所述N型層的摻雜濃度。
[0016]優(yōu)選地，所述N型摻雜的GaN層采用硅摻雜或者鍺摻雜。
[0017]優(yōu)選地，所述N型摻雜的GaN層的摻雜濃度為117?1019cm—3。
[0018]可選地，所述應(yīng)力釋放層與所述多量子阱層相互貼合。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0020]通過應(yīng)力釋放層包括多層由第一子層、第二子層、第三子層、第四子層依次層疊形成的應(yīng)力釋放子層，第一子層為AlGaN層，第三子層為InGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度高于第三子層的生長(zhǎng)溫度，應(yīng)力釋放層為周期性結(jié)構(gòu)且InGaN層采用較低的生長(zhǎng)溫度，有利于晶格的良好生長(zhǎng)，釋放藍(lán)寶石襯底與GaN之間晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，提尚多量子講層的生長(zhǎng)質(zhì)量，提尚LED的光電性能。
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0025]實(shí)施例
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法，參見圖1，該制備方法包括:
[0027]步驟100:清潔藍(lán)寶石襯底的表面。
[0028]具體地，該步驟100可以包括:
[0029]將藍(lán)寶石襯底在金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(Metal-organic Chemical VaporDeposit1n，簡(jiǎn)稱M0CVD)反應(yīng)腔中加熱至1110°C，在氫氣(H2)氣氛里對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行退火處理8?1分鐘。
[0030]在實(shí)際應(yīng)用中，也可以采用Si襯底或者SiC襯底替換藍(lán)寶石襯底。
[0031]步驟101:在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)緩沖層。
[0032]具體地，該步驟101可以包括:
[0033]控制生長(zhǎng)溫度為540°C，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)一層厚度為30nm的GaN緩沖層。
[0034]步驟102:在緩沖層上生長(zhǎng)非摻雜GaN層。
[0035]具體地，該步驟102可以包括:
[0036]控制生長(zhǎng)溫度為1100°C，在緩沖層上生長(zhǎng)一層厚度為0.5μπι的非摻雜GaN層。
[0037]步驟103:在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)N型層。
[0038]具體地，N型層可以為GaN層。
[0039]具體地，該步驟103可以包括:
[0040]控制生長(zhǎng)溫度為1050?1100 °C，在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)一層厚度為Ιμπι的Si摻雜的
GaNMo
[0041]在本實(shí)施例中，N型層的摻雜濃度大于1019cm—3，且小于或等于9X1019cm—3。
[0042]在實(shí)際應(yīng)用中，N型層還可以采用其它摻雜，如Ge。
[0043]步驟104:在N型層上生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層。
[0044]在本實(shí)施例中，應(yīng)力釋放層包括多個(gè)應(yīng)力釋放子層，應(yīng)力釋放子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，第一子層為AlGaN層，第三子層為InGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度高于第三子層的生長(zhǎng)溫度。
[0045]在具體實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)力釋放層直接生長(zhǎng)在N型層上。
[0046]可選地，第一子層的生長(zhǎng)溫度>第二子層的生長(zhǎng)溫度 > 第三子層的生長(zhǎng)溫度，第三子層的生長(zhǎng)溫度<第四子層的生長(zhǎng)溫度<第一子層的生長(zhǎng)溫度。
[0047]優(yōu)選地，應(yīng)力釋放子層的四個(gè)子層的生長(zhǎng)溫度可以各不相同。
[0048]可選地，應(yīng)力釋放子層的層數(shù)可以為2?20層。
[0049]可選地，應(yīng)力釋放子層的四個(gè)子層的厚度可以相同或不同。
[0050]可選地，第二子層可以為未摻雜的GaN層或者N型摻雜的GaN層，N型摻雜的GaN層的摻雜濃度低于N型層的摻雜濃度。
[0051 ] 可選地，弟四子層可以為未慘雜的GaN層或者N型慘雜的GaN層，?^型慘雜的GaN層的摻雜濃度低于N型層的摻雜濃度。
[0052 ] 優(yōu)選地，N型摻雜的GaN層可以采用硅(S i)摻雜或者鍺(Ge)摻雜。
[0053]在實(shí)際應(yīng)用中，GaN層若摻雜雜質(zhì)元素，則可以提高抗靜電能力，同時(shí)也會(huì)對(duì)反向工作電壓，并且GaN層的摻雜濃度過高時(shí)，抗靜電能力反而會(huì)降低，同時(shí)反向工作電壓會(huì)進(jìn)一步降低，所以可以結(jié)合具體的生長(zhǎng)條件確定GaN層是否摻雜、以及摻雜濃度。
[0054]優(yōu)選地，N型摻雜的GaN層的摻雜濃度可以為117?1019cnf3。
[0055]例如，應(yīng)力釋放層包括6個(gè)應(yīng)力釋放子層，第一子層的生長(zhǎng)溫度為1000°C，第二子層的生長(zhǎng)溫度為900°C，第三子層的生長(zhǎng)溫度為800°C，第四子層的生長(zhǎng)溫度為900°C。第一子層中Al的摩爾含量為0.15，第三子層中In的摩爾含量為0.1，第一子層、第二子層、第三子層、第四子層的厚度均為10nm，且第一子層、第二子層、第三子層、第四子層均無摻雜。
[0056]又如，應(yīng)力釋放層包括4個(gè)應(yīng)力釋放子層，第一子層的生長(zhǎng)溫度為100tC，第二子層的生長(zhǎng)溫度為900°C，第三子層的生長(zhǎng)溫度為800°C，第四子層的生長(zhǎng)溫度為900°C。第一子層中Al的摩爾含量為0.15，第三子層中In的摩爾含量為0.15，第一子層、第二子層、第三子層、第四子層的厚度均為10nm，且第一子層和第三子層均為N型摻雜的GaN層，N型摻雜的GaN層的摻雜濃度為1.8*1018cm—3。
[0057]步驟105:在應(yīng)力釋放層上生長(zhǎng)多量子阱層。
[0058]在本實(shí)施例中，多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層。量子阱層為InxGa1-xNjl，O <x< I，量子皇層為GaN層。
[0059]例如，多量子阱層包括交替層疊的12個(gè)量子阱層和12個(gè)量子皇層。量子阱層的厚度為3nm，采用InGaN作為生長(zhǎng)材料，生長(zhǎng)溫度為800 °C;量子皇層的厚度為Ilnm，采用GaN作為生長(zhǎng)材料，生長(zhǎng)溫度為930 0C。
[0060]可選地，多量子阱層可以與應(yīng)力釋放層相互貼合。具體地，多量子阱層與應(yīng)力釋放層中的GaN層相互貼合，即多量子阱層直接生長(zhǎng)在GaN層上。由于GaN層的組分比較單純，生長(zhǎng)質(zhì)量較高，因此以此為基礎(chǔ)生長(zhǎng)的多量子阱層會(huì)比在InGaN層上生長(zhǎng)的多量子阱層晶體質(zhì)量較好，多量子阱層的內(nèi)量子效率也較高。
[0061]步驟106:在多量子阱層上生長(zhǎng)P型層。
[0062]具體地，該步驟106可以包括:
[0063]在多量子阱層上生長(zhǎng)一層厚度為200nm的P型層、
[0064]可選地，P型層可以包括依次層疊的P型AlGaN電子阻擋層、P型GaN層、P型接觸層。
[0065]可選地，P型層可以采用Mg摻雜。
[0066]在具體實(shí)現(xiàn)中，可以采用高純H2或者N2作為載氣，采用TEGa或TMGa、TMAl、TMIn和NH3分別作為Ga源、Al源、In源和咐原，并可以采用SiH4和Cp2Mg分別作為N型和P型摻雜劑，還可以采用TeESi(四乙基硅)和Si2H6作為Si源，可以采用金屬有機(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備或者其他設(shè)備完成外延片的生長(zhǎng)。
[0067]圖2為本實(shí)施例制作的發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，10為藍(lán)寶石襯底，20為緩沖層，30為非摻雜GaN層，40為N型層，50為應(yīng)力釋放層，51為應(yīng)力釋放子層，51a為第一子層，51b為第二子層，51 c為第三子層，5 Id為第四子層，60為多量子講層，61為量子講層，62為量子皇層，70為P型層。
[0068]本發(fā)明實(shí)施例通過應(yīng)力釋放層包括多層由第一子層、第二子層、第三子層、第四子層依次層疊形成的應(yīng)力釋放子層，第一子層為AlGaN層，第三子層為InGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度高于第三子層的生長(zhǎng)溫度，應(yīng)力釋放層為周期性結(jié)構(gòu)且InGaN層采用較低的生長(zhǎng)溫度，有利于晶格的良好生長(zhǎng)，釋放藍(lán)寶石襯底與GaN之間晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力，提高多量子阱層的生長(zhǎng)質(zhì)量，提高LED的光電性能。同時(shí)AlGaN層采用較高的生長(zhǎng)溫度，有利于Al組分的并入，從而提高勢(shì)皇高度，有利于電流的橫向擴(kuò)展，降低LED的正向電壓，進(jìn)一步提高LED的光電性能、以及延長(zhǎng)LED的使用壽命。
[0069]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制備方法，其特征在于，所述制備方法包括: 在藍(lán)寶石襯底上依次層疊緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、應(yīng)力釋放層、多量子阱層和P型層； 其中，所述應(yīng)力釋放層包括多個(gè)應(yīng)力釋放子層，所述應(yīng)力釋放子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，所述第一子層為AlGaN層，所述第三子層為InGaN層，所述第二子層和所述第四子層均為GaN層，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度高于所述第三子層的生長(zhǎng)溫度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度>所述第二子層的生長(zhǎng)溫度> 所述第三子層的生長(zhǎng)溫度，所述第三子層的生長(zhǎng)溫度 < 所述第四子層的生長(zhǎng)溫度 < 所述第一子層的生長(zhǎng)溫度。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制備方法，其特征在于，所述應(yīng)力釋放子層的四個(gè)子層的生長(zhǎng)溫度各不相同。4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述應(yīng)力釋放子層的層數(shù)為2?20層。5.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述應(yīng)力釋放子層的四個(gè)子層的厚度相同或不同。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第二子層為未摻雜的GaN層或者N型摻雜的GaN層，所述N型摻雜的GaN層的摻雜濃度低于所述N型層的摻雜濃度。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制備方法，其特征在于，所述第四子層為未摻雜的GaN層或者N型摻雜的GaN層，所述N型摻雜的GaN層的摻雜濃度低于所述N型層的摻雜濃度。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述N型摻雜的GaN層采用硅摻雜或者鍺摻雜。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制備方法，其特征在于，所述N型摻雜的GaN層的摻雜濃度為 117 ?1019cm—3。10.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的制備方法，其特征在于，所述應(yīng)力釋放層與所述多量子阱層相互貼合。
【文檔編號(hào)】H01L33/06GK106057988SQ201610454898
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】李昱樺, 喬楠, 從穎, 胡加輝
【申請(qǐng)人】華燦光電(蘇州）有限公司