CN104465918A - 一种发光二极管外延片及其制备方法 - Google Patents
一种发光二极管外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104465918A CN104465918A CN201410604442.7A CN201410604442A CN104465918A CN 104465918 A CN104465918 A CN 104465918A CN 201410604442 A CN201410604442 A CN 201410604442A CN 104465918 A CN104465918 A CN 104465918A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- sublayer
- buffering
- layer
- growth rate
- growth
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims abstract description 18
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000003139 buffering effect Effects 0.000 claims description 188
- 230000005484 gravity Effects 0.000 claims description 29
- 230000006911 nucleation Effects 0.000 claims description 29
- 238000010899 nucleation Methods 0.000 claims description 29
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims description 15
- 230000026267 regulation of growth Effects 0.000 claims description 10
- 239000013078 crystal Substances 0.000 abstract description 64
- 230000007547 defect Effects 0.000 abstract description 34
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- 238000001953 recrystallisation Methods 0.000 abstract 2
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 12
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 10
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 7
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 6
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 4
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 description 2
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 2
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 2
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 description 2
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 239000002800 charge carrier Substances 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 150000004767 nitrides Chemical class 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012299 nitrogen atmosphere Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000001259 photo etching Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 238000012546 transfer Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
- H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
- H01L33/005—Processes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体光电技术领域。所述方法包括：在衬底上依次生长低温缓冲层、三维重结晶成核层、缓冲恢复层、N型层、多量子阱层、P型层，生长所述缓冲恢复层包括：在三维重结晶成核层上，依次以第一生长速率0.2～1.0nm/sec生长第一缓冲恢复子层，以第二生长速率0.50～2.0nm/sec生长第二缓冲恢复子层，以第三生长速率0.2～1.0nm/sec生长第三缓冲恢复子层，且第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。本发明通过分三层生长缓冲恢复层，且三层生长的生长速率合理搭配，能减少引入多量子阱层的晶体缺陷，进而提高制备出来的外延片的质量。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diodes，简称“LED”)因具有节能环保、可靠性高、使用寿命长等优点而受到广泛的关注和应用。
常规的LED外延片制备方法中，会通过金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称“MOCVD”)的方法，在衬底材料(例如：蓝宝石、硅、碳化硅等)上生长外延层。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
由于衬底与外延层之间存在晶格失配，会使得外延层中晶体生长时，晶体中的原子的规律排列被打破，进而在外延层的生长过程中产生晶体缺陷(位错)，该晶体缺陷会随着外延层的生长而向上衍生，并被引入到外延层的多量子阱层中，降低多量子阱层中载流子的复合效率，进而会降低在衬底材料上生长出来的外延片的质量。
发明内容
为了解决常规LED外延片制备方法中，由衬底材料与外延层之间存在的晶格失配产生的晶体缺陷被引入到多量子阱层中，降低了在衬底材料上生长出来的外延片的质量的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种发光二极管外延片制备方法，所述方法包括：在衬底上依次生长低温缓冲层、三维重结晶成核层、缓冲恢复层、N型层、多量子阱层以及P型层，生长所述缓冲恢复层包括：
在所述三维重结晶成核层上，以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；
在所述第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；
在所述第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层；
所述第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，所述第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，所述第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，且所述第二生长速率大于所述第一生长速率和所述第三生长速率。
具体地，当所述发光二极管外延片为绿光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.45-0.5nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.5-0.55nm/sec；
当所述发光二极管外延片为蓝光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.4-0.45nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.45-0.5nm/sec。
具体地，所述第二缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为1.3～4，所述第三缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为0.3～3。
进一步地，所述第一缓冲恢复子层的厚度为50～150nm，所述第二缓冲恢复子层的厚度为200～800nm，所述第三缓冲恢复子层的厚度为50～150nm。
进一步地，所述第一缓冲恢复子层、所述第二缓冲恢复子层以及所述第三缓冲恢复子层的生长温度均为950℃～1100℃，所述第一缓冲恢复子层、所述第二缓冲恢复子层以及所述第三缓冲恢复子层的生长压力均为100～500Torr。
另一方面，提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：衬底和依次覆盖在所述衬底上的低温缓冲层、三维重结晶成核层、缓冲恢复层、不掺杂层、N型层、多量子阱层、低温P型层、电子阻挡层、高温P型层以及P型欧姆接触层，其特征在于，所述缓冲恢复层包括：以第一生长速率生长的第一缓冲恢复子层、以第二生长速率生长的第二缓冲恢复子层以及以第三生长速率生长的第三缓冲恢复子层，
所述第一缓冲恢复子层覆盖在所述三维重结晶成核层上，所述第二缓冲恢复子层覆盖在所述第一缓冲恢复子层上，所述第三缓冲恢复子层覆盖在所述第二缓冲恢复子层上，
所述第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，所述第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，所述第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，且所述第二生长速率大于所述第一生长速率和所述第三生长速率。
具体地，当所述发光二极管外延片为绿光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.45-0.5nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.5-0.55nm/sec；
当所述发光二极管外延片为蓝光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.4-0.45nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.45-0.5nm/sec。
具体地，所述第二缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为1.3～4，所述第三缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为0.3～3。
进一步地，所述第一缓冲恢复子层的厚度为50～150nm，所述第二缓冲恢复子层的厚度为200～800nm，所述第三缓冲恢复子层的厚度为50～150nm。
进一步地，所述多量子阱层为5～11个周期的InGaN/GaN量子阱，每个周期的所述InGaN/GaN量子阱包括InGaN阱层和GaN垒层，所述InGaN阱层的厚度为3～4nm，所述GaN垒层的厚度为9～20nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过分三层生长缓冲恢复层，即以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；在第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；在第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层；而第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。在本发明中，第一缓冲恢复子层采用相对较慢的第一生长速率生长，有利于第一缓冲恢复子层的结晶颗粒在三维重结晶成核层中的三维岛状晶粒的岛间沉积(即岛与岛之间沉积)，这样有利于填平三维岛状晶粒之间的间隙，阻隔一部分晶体缺陷继续向上衍生。第二缓冲恢复子层采用相对较快的第二生长速率生长，使得第二缓冲恢复子层能迅速铺平第一缓冲恢复子层表面的未铺平的粗糙结构，既能有效减少缓冲恢复层的工艺生长时间，又有利于后续其他外延层的生长。第三缓冲恢复子层采用较慢的第三生长速率生长，可以减小第三缓冲恢复子层不同位置生长速率的差异，使得第三缓冲恢复子层中的晶体生长更均匀，第三缓冲恢复子层的表面更平整，有利于在其上生长的外延层结构减少引入晶体缺陷，即进一步阻隔了晶体缺陷的向上衍生。通过上述分三层生长缓冲恢复层，能有效减少引入多量子阱层的晶体缺陷，从而提高制备出来的外延片的质量，同时也减少缓冲恢复层的生长时间，提高外延片的制备速度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，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。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图；
图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片制备方法流程图；
图3是本发明实施例二提供的一种采用发光二极管外延片制备的LED芯片的工作电压检测结果示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种采用发光二极管外延片制备的LED芯片的发光亮度检测结果示意图；
图5是本发明实施例二提供的一种采用发光二极管外延片制备的LED芯片的抗静电能力检测结果示意图；
图6是本发明实施例三提供的一种发光二极管外延片结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法，适用于制备蓝绿光外延片，参见图1，该方法包括：
步骤S11，在衬底上依次生长低温缓冲层和三维重结晶成核层。
在本实施例中，衬底材料可以为蓝宝石。
步骤S12，在三维重结晶成核层上生长缓冲恢复层。
具体地，步骤S12可以通过以下方式实现：
在三维重结晶成核层上，以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；
在第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；
在第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层。
其中，第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，且第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。
步骤S13，在缓冲恢复层上，依次生长N型层、多量子阱层以及P型层。
具体地，可以在缓冲恢复层上，依次生长不掺杂层、N型层、多量子阱层、低温P型层、电子阻挡层、高温P型层以及P型欧姆接触层。
常规LED外延层的制备，由于衬底材料与外延层之间存在晶格失配，在外延层的生长过程中会产生晶体缺陷，且这些晶体缺陷会随着外延层的生长界面的移动而移动，进而被引入多量子阱层，降低了制备出来的外延层的质量。
在本实施例中，低温缓冲层与衬底之间存在晶格失配，会在低温缓冲层的沉积时产生应力，进而产生晶体缺陷(位错)。在低温缓冲层上进行高温沉积三维重结晶成核层时，低温缓冲层会先形成结晶颗粒，三维重结晶成核层以低温缓冲层的结晶颗粒为晶核继续沉积并形成三维岛状晶粒，同时由于低温缓冲层中的位错影响，三维岛状晶粒的分布并非理想状态。如果无法将这些三维岛状晶粒之间的间隙填平，将会影响在该三维岛状晶粒上继续生长的其他层，即表现为低温缓冲层的晶体缺陷(位错)继续向上衍生。
所以在本实施例中，在三维重结晶成核层上采用相对较慢的第一生长速率生长第一缓冲恢复子层，使得第一缓冲恢复子层的结晶颗粒趋向于沉积在三维岛状晶粒的c面上，即在岛与岛之间沉积，这样有利于填平三维岛状晶粒之间的间隙，阻隔一部分晶体缺陷继续向上衍生。但由于第一缓冲恢复子层除了会在岛间沉积外，还会在三维岛状晶粒的岛上沉积，故第一缓冲恢复子层表面的会有未铺平的粗糙结构，在第一缓冲恢复子层上采用相对较快的第二生长速率生长第二缓冲恢复子层，能迅速铺平第一缓冲恢复子层表面的未铺平的粗糙结构，既能有效减少缓冲恢复层的工艺生长时间，又有利于后续二维结构的生长。然后在第二缓冲恢复子层上采用较慢的第三生长速率生长第三缓冲恢复子层，可以减小第三缓冲恢复子层不同位置生长速率的差异，使得第三缓冲恢复子层中的晶体生长更均匀，第三缓冲恢复子层的表面更平整，有利于在其上生长的外延层其他结构减少引入晶体缺陷，即进一步阻隔了晶体缺陷的向上衍生。通过上述分三层生长缓冲恢复层，能有效减少引入多量子阱层的晶体缺陷，从而提高制备出来的外延片的质量。
本发明实施例通过分三层生长缓冲恢复层，即以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；在第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；在第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层；而第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。在本实施例中，第一缓冲恢复子层采用相对较慢的第一生长速率生长，有利于第一缓冲恢复子层的结晶颗粒在三维重结晶成核层中的三维岛状晶粒的岛间沉积(即岛与岛之间沉积)，这样有利于填平三维岛状晶粒之间的间隙，阻隔一部分晶体缺陷继续向上衍生。第二缓冲恢复子层采用相对较快的第二生长速率生长，使得第二缓冲恢复子层能迅速铺平第一缓冲恢复子层表面的未铺平的粗糙结构，既能有效减少缓冲恢复层的工艺生长时间，又有利于后续其他外延层的生长。第三缓冲恢复子层采用较慢的第三生长速率生长，可以减小第三缓冲恢复子层不同位置生长速率的差异，使得第三缓冲恢复子层中的晶体生长更均匀，第三缓冲恢复子层的表面更平整，有利于在其上生长的外延层结构减少引入晶体缺陷，即进一步阻隔了晶体缺陷的向上衍生。通过上述分三层生长缓冲恢复层，能有效减少引入多量子阱层的晶体缺陷，从而提高制备出来的外延片的质量，同时也减少缓冲恢复层的生长时间，提高外延片的制备速度。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片制备方法，适用于制备蓝绿光外延片，参见图2，该方法包括：
步骤S21，将衬底在氢气氛围里进行预处理。
具体地，将衬底在氢气气氛中退火1～10分钟，以清洁衬底表面，然后在温度为1000℃～1200℃条件下进行氮化处理。
步骤S22，在衬底上依次生长低温缓冲层和三维重结晶成核层。
具体地，步骤S22可以通过以下方式实现：
温度下降至400℃～600℃，在压力为100～400Torr的条件下，生长15～35nm厚的低温氮化镓缓冲层(即低温缓冲层)；
低温缓冲层生长结束之后，将温度升至1000℃～1100℃，在生长压力为100～500Torr的条件下，生长100-600nm厚的三维重结晶成核层。
步骤S23，在三维重结晶成核层上，生长缓冲恢复层。
具体地，步骤S23可以通过以下方式实现：
在三维重结晶成核层上，以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；
在第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；
在第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层。
其中，第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率，第二缓冲恢复子层与第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为1.3～4，第三缓冲恢复子层与第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为0.3～3。
进一步地，步骤S23可以通过以下方式实现：
在三维重结晶成核生长结束之后，将温度调整至950℃～1100℃，压力调节至100～500Torr，以0.2～1.0nm/sec的生长速率生长50～150nm厚的第一缓冲恢复子层。优选地，当制备的发光二极管外延片为绿光外延片时，第一生长速率优选为0.45～0.5nm/sec；制备的发光二极管外延片为蓝光外延片时，第一生长速率优选为0.4～0.45nm/sec。
第一缓冲恢复子层生长结束之后，在温度为950℃～1100℃，压力为100～500Torr的条件下，以0.50～2.0nm/sec的生长速率生长200～800nm厚的第二缓冲恢复子层。优选地，当制备的发光二极管外延片为绿光外延片时，第二生长速率优选为0.55～0.6nm/sec；当制备的发光二极管外延片为蓝光外延片时，第二生长速率优选为0.55～0.6nm/sec。
第二缓冲子层生长结束之后，在温度为950℃～1100℃，压力为100～500Torr的条件下，以0.2～1.0nm/sec的生长速率生长50～150nm厚的第三缓冲子层。优选地，当制备的发光二极管外延片为绿光外延片时，第三生长速率优选为0.5～0.55nm/sec；当制备的发光二极管外延片为蓝光外延片时，第三生长速率优选为0.45～0.5nm/sec。
步骤S24，在缓冲恢复层上，依次生长不掺杂层、N型层、多量子阱层、低温P型层、电子阻挡层、高温P型层以及P型欧姆接触层。
具体地，步骤S24可以通过如下方式实现：
将温度调节至950℃～1200℃，在压力为100～500Torr的条件下，生长800～1200nm厚的不掺杂层；
不掺杂层生长结束后，在温度为950℃～1200℃，压力为100～500Torr的条件下，生长1～3μm的N型层，其中，该N型层的Si掺杂浓度为1018cm3～3×1019cm3；
N型层生长结束后，在温度为650℃～800℃。压力为100～500Torr的条件下，生长具有5～11个周期的InGaN/GaN量子阱的多量子阱层，其中，InGaN/GaN量子阱的InGaN阱层生长3～4nm厚；InGaN/GaN量子阱的GaN垒层生长9～20nm厚；
多量子阱层生长结束后，在温度为600℃～800℃，压力为200～600Torr的条件下，生长10～100nm厚的低温P型层，其中，该低温P型层的Mg掺杂浓度为1018cm3～1020cm3；
低温P型层生长结束后，在温度为850℃～1080℃、压力为100～500torr的条件下，生长50～150nm厚的电子阻挡层；
电子阻挡层生长结束后，在温度为850℃～1080℃、压力为100～300torr的条件下，生长100～800nm厚的高温P型层；
高温P型层生长结束后，在温度为850℃～1050℃、压力为100～300torr的条件下，生长10～100nm厚的P型欧姆接触层。
在实际应用中，在P型欧姆接触层生长结束后，将温度降低，在氮气气氛中退火处理，退火温度区间为650℃～850℃，退火处理5～15分钟，退火处理完后将温度降至室温，外延层生长结束。
在本实施例中，经过上述方法制备的外延层形成的外延片，经过清洗、沉积、光刻以及刻蚀等半导体工艺，制作成单颗尺寸大小为9*7mil或者7*7mil的LED芯片，然后通过对制成的LED芯片的工作电压、亮度以及抗静电能力的检测。
参见图3、图4以及图5，上述附图中的横坐标是炉次号，而纵坐标是对应的测量结果。
图3显示的是采用本实施例方法生产的外延层制作的LED与采用常规方法制作的LED的工作电压vf的对比情况，其中，炉次号为163左边的数据为采用常规方法制作的LED的工作电压vf数据，而其右边的数据为采用本实施例方法生产的外延层制作的LED的工作电压vf的数据。从图3中可知，采用本实施例方法生产的外延层制作的LED的工作电压vf略微降低。
图4显示是采用本实施例方法生产的外延层制作的LED与采用常规方法制作的LED的发光亮度的对比情况，其中，炉次号为165左边的数据为采用常规方法制作的LED的发光亮度的数据，而其右边的数据为采用本实施例方法生产的外延层制作的LED的发光亮度的数据。从图4中可知，采用本实施例方法生产的外延层制作的LED的发光亮度提升5.5％左右。
图5显示的是采用本实施例方法生产的外延层制作的LED与采用常规方法制作的LED的抗静电能力的对比情况，其中，炉次号为182左边的数据为采用常规方法制作的LED的抗静电能力的数据，而其右边的数据为采用本实施例方法生产的外延层制作的LED的抗静电能力的数据。从图5中的静电释放(Electro-Static discharge，简称“ESD”)参数可知，用本实施例方法生产的外延层制作的LED的抗静电能力提升12％左右。
综上所述，采用本实施例的方法生产的外延片来制作的LED芯片，其工作电压适当降低了，发光效率(与发光亮度成正比)得到有效提高，同时其抗静电能力也得到有效提高。
在本实施例中，低温缓冲层与衬底之间存在晶格失配，会在低温缓冲层的沉积时产生应力，进而产生晶体缺陷(位错)。在低温缓冲层上进行高温沉积三维重结晶成核层时，低温缓冲层会先形成结晶颗粒，三维重结晶成核层以低温缓冲层的结晶颗粒为晶核继续沉积并形成三维岛状晶粒，同时由于低温缓冲层中的位错影响，三维岛状晶粒的分布并非理想状态。如果无法将这些三维岛状晶粒之间的间隙填平，将会影响在该三维岛状晶粒上继续生长的其他层，即表现为低温缓冲层的晶体缺陷(位错)继续向上衍生。
所以在本实施例中，在三维重结晶成核层上采用相对较慢的第一生长速率生长第一缓冲恢复子层，使得第一缓冲恢复子层的结晶颗粒趋向于沉积在三维岛状晶粒的c面上，即在岛与岛之间沉积，这样有利于填平三维岛状晶粒之间的间隙，阻隔一部分晶体缺陷继续向上衍生。但由于第一缓冲恢复子层除了会在岛间沉积外，还会在三维岛状晶粒的岛上沉积，故第一缓冲恢复子层表面的会有未铺平的粗糙结构，在第一缓冲恢复子层上采用相对较快的第二生长速率生长第二缓冲恢复子层，能迅速铺平第一缓冲恢复子层表面的未铺平的粗糙结构，既能有效减少缓冲恢复层的工艺生长时间，又有利于后续二维结构的生长。然后在第二缓冲恢复子层上采用较慢的第三生长速率生长第三缓冲恢复子层，可以减小第三缓冲恢复子层不同位置生长速率的差异，使得第三缓冲恢复子层中的晶体生长更均匀，第三缓冲恢复子层的表面更平整，有利于在其上生长的外延层其他结构减少引入晶体缺陷，即进一步阻隔了晶体缺陷的向上衍生。通过上述分三层生长缓冲恢复层，能有效减少引入多量子阱层的晶体缺陷，从而提高制备出来的外延片的质量。
本发明实施例通过分三层生长缓冲恢复层，即以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；在第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；在第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层；而第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。在本实施例中，第一缓冲恢复子层采用相对较慢的第一生长速率生长，有利于第一缓冲恢复子层的结晶颗粒在三维重结晶成核层中的三维岛状晶粒的岛间沉积(即岛与岛之间沉积)，这样有利于填平三维岛状晶粒之间的间隙，阻隔一部分晶体缺陷继续向上衍生。第二缓冲恢复子层采用相对较快的第二生长速率生长，使得第二缓冲恢复子层能迅速铺平第一缓冲恢复子层表面的未铺平的粗糙结构，既能有效减少缓冲恢复层的工艺生长时间，又有利于后续其他外延层的生长。第三缓冲恢复子层采用较慢的第三生长速率生长，可以减小第三缓冲恢复子层不同位置生长速率的差异，使得第三缓冲恢复子层中的晶体生长更均匀，第三缓冲恢复子层的表面更平整，有利于在其上生长的外延层结构减少引入晶体缺陷，即进一步阻隔了晶体缺陷的向上衍生。通过上述分三层生长缓冲恢复层，能有效减少引入多量子阱层的晶体缺陷，从而提高制备出来的外延片的质量，同时也减少缓冲恢复层的生长时间，提高外延片的制备速度。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，参见图6，该发光二极管外延片包括：衬底10和依次覆盖在衬底10上的低温缓冲层11、三维重结晶成核层12、缓冲恢复层13、不掺杂层14、N型层15、多量子阱层16、低温P型层17、电子阻挡层18、高温P型层19以及P型欧姆接触层20。
该缓冲恢复层13包括：以第一生长速率生长的第一缓冲恢复子层131、以第二生长速率生长的第二缓冲恢复子层132以及以第三生长速率生长的第三缓冲恢复子层133。
第一缓冲恢复子层131覆盖在三维重结晶成核层12上，第二缓冲恢复子层132覆盖在第一缓冲恢复子层131上，第三缓冲恢复子层133覆盖在第二缓冲恢复子层132上。
第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，且第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。
优选地，当发光二极管外延片为绿光二极管外延片时，第一生长速率、第二生长速率和第三生长速率分别为：0.45-0.5nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.5-0.55nm/sec；
当发光二极管外延片为蓝光二极管外延片时，第一生长速率、第二生长速率和第三生长速率分别为：0.4-0.45nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.45-0.5nm/sec。
具体地，第二缓冲恢复子层132与第一缓冲恢复子层131的厚度的比值范围为1.3～4，第三缓冲恢复子层133与第一缓冲恢复子层131的厚度的比值范围为0.3～3。
进一步地，第一缓冲恢复子层131的厚度为50～150nm，第二缓冲恢复子层132的厚度为200～800nm，第三缓冲恢复子层133的厚度为50～150nm。
进一步地，多量子阱层16为5～11个周期的InGaN/GaN量子阱，每个周期的InGaN/GaN量子阱包括InGaN阱层和GaN垒层，InGaN阱层的厚度为3～4nm，GaN垒层的厚度为9～20nm。
在本实施例中，低温缓冲层11的厚度为15～35nm；三维重结晶成核层12的厚度为100～600nm；不掺杂层14的厚度为800～1200nm；N型层15的厚度为1～3μm；低温P型层17的厚度为10～100nm；电子阻挡层18的厚度为50～150nm；高温P型层19的厚度为100～800nm；P型欧姆接触层20的厚度为10～100nm。
本实施例中的发光二极管外延片的制备方法前文已说明，这里不再赘述。
本发明实施例通过分三层生长缓冲恢复层，即以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；在第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；在第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层；而第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，第二生长速率大于第一生长速率和第三生长速率。在本实施例中，第一缓冲恢复子层采用相对较慢的第一生长速率生长，有利于第一缓冲恢复子层的结晶颗粒在三维重结晶成核层中的三维岛状晶粒的岛间沉积(即岛与岛之间沉积)，这样有利于填平三维岛状晶粒之间的间隙，阻隔一部分晶体缺陷继续向上衍生。第二缓冲恢复子层采用相对较快的第二生长速率生长，使得第二缓冲恢复子层能迅速铺平第一缓冲恢复子层表面的未铺平的粗糙结构，既能有效减少缓冲恢复层的工艺生长时间，又有利于后续其他外延层的生长。第三缓冲恢复子层采用较慢的第三生长速率生长，可以减小第三缓冲恢复子层不同位置生长速率的差异，使得第三缓冲恢复子层中的晶体生长更均匀，第三缓冲恢复子层的表面更平整，有利于在其上生长的外延层结构减少引入晶体缺陷，即进一步阻隔了晶体缺陷的向上衍生。通过上述分三层生长缓冲恢复层，能有效减少引入多量子阱层的晶体缺陷，从而提高制备出来的外延片的质量，同时也减少缓冲恢复层的生长时间，提高外延片的制备速度。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种发光二极管外延片制备方法，所述方法包括：在衬底上依次生长低温缓冲层、三维重结晶成核层、缓冲恢复层、N型层、多量子阱层以及P型层，其特征在于，生长所述缓冲恢复层包括：
在所述三维重结晶成核层上，以第一生长速率生长第一缓冲恢复子层；
在所述第一缓冲恢复子层上，以第二生长速率生长第二缓冲恢复子层；
在所述第二缓冲恢复子层上，以第三生长速率生长第三缓冲恢复子层；
所述第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，所述第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，所述第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，且所述第二生长速率大于所述第一生长速率和所述第三生长速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述发光二极管外延片为绿光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.45-0.5nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.5-0.55nm/sec；
当所述发光二极管外延片为蓝光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.4-0.45nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.45-0.5nm/sec。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第二缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为1.3～4，所述第三缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为0.3～3。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述第一缓冲恢复子层的厚度为50～150nm，所述第二缓冲恢复子层的厚度为200～800nm，所述第三缓冲恢复子层的厚度为50～150nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述第一缓冲恢复子层、所述第二缓冲恢复子层以及所述第三缓冲恢复子层的生长温度均为950℃～1100℃，所述第一缓冲恢复子层、所述第二缓冲恢复子层以及所述第三缓冲恢复子层的生长压力均为100～500Torr。
6.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：衬底和依次覆盖在所述衬底上的低温缓冲层、三维重结晶成核层、缓冲恢复层、不掺杂层、N型层、多量子阱层、低温P型层、电子阻挡层、高温P型层以及P型欧姆接触层，其特征在于，所述缓冲恢复层包括：以第一生长速率生长的第一缓冲恢复子层、以第二生长速率生长的第二缓冲恢复子层以及以第三生长速率生长的第三缓冲恢复子层，
所述第一缓冲恢复子层覆盖在所述三维重结晶成核层上，所述第二缓冲恢复子层覆盖在所述第一缓冲恢复子层上，所述第三缓冲恢复子层覆盖在所述第二缓冲恢复子层上，
所述第一生长速率为0.2～1.0nm/sec，所述第二生长速率为0.50～2.0nm/sec，所述第三生长速率为0.2～1.0nm/sec，且所述第二生长速率大于所述第一生长速率和所述第三生长速率。
7.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，当所述发光二极管外延片为绿光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.45-0.5nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.5-0.55nm/sec；
当所述发光二极管外延片为蓝光二极管外延片时，所述第一生长速率、所述第二生长速率和所述第三生长速率分别为：0.4-0.45nm/sec、0.55-0.6nm/sec和0.45-0.5nm/sec。
8.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为1.3～4，所述第三缓冲恢复子层与所述第一缓冲恢复子层的厚度的比值范围为0.3～3。
9.根据权利要求8所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一缓冲恢复子层的厚度为50～150nm，所述第二缓冲恢复子层的厚度为200～800nm，所述第三缓冲恢复子层的厚度为50～150nm。
10.根据权利要求6-9任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述多量子阱层为5～11个周期的InGaN/GaN量子阱，每个周期的所述InGaN/GaN量子阱包括InGaN阱层和GaN垒层，所述InGaN阱层的厚度为3～4nm，所述GaN垒层的厚度为9～20nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410604442.7A CN104465918B (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201410604442.7A CN104465918B (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN104465918A true CN104465918A (zh) | 2015-03-25 |
| CN104465918B CN104465918B (zh) | 2017-06-27 |
Family
ID=52911646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201410604442.7A Active CN104465918B (zh) | 2014-10-31 | 2014-10-31 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN104465918B (zh) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106328777A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-01-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 |
| CN108336203A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-27 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN109545926A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-03-29 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN110556454A (zh) * | 2018-06-01 | 2019-12-10 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法 |
| CN114373840A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-04-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000022211A (ja) * | 1998-06-26 | 2000-01-21 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子基板 |
| US20030006430A1 (en) * | 2001-06-08 | 2003-01-09 | Naoki Shibata | Group III nitride compound semiconductor light-emitting element |
| JP2009239038A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
| CN102534768A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-04 | 中国科学院半导体研究所 | 制备硅基砷化镓材料的方法 |
| JP2013187428A (ja) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Toshiba Corp | 窒化物半導体層の製造方法 |
| CN103811601A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-21 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法 |
| CN104037287A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-09-10 | 广州市众拓光电科技有限公司 | 生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法 |
| CN104091868A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-10-08 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
-
2014
- 2014-10-31 CN CN201410604442.7A patent/CN104465918B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2000022211A (ja) * | 1998-06-26 | 2000-01-21 | Showa Denko Kk | Ｉｉｉ族窒化物半導体発光素子基板 |
| US20030006430A1 (en) * | 2001-06-08 | 2003-01-09 | Naoki Shibata | Group III nitride compound semiconductor light-emitting element |
| JP2009239038A (ja) * | 2008-03-27 | 2009-10-15 | Stanley Electric Co Ltd | 半導体素子およびその製造方法 |
| CN102534768A (zh) * | 2012-02-14 | 2012-07-04 | 中国科学院半导体研究所 | 制备硅基砷化镓材料的方法 |
| JP2013187428A (ja) * | 2012-03-08 | 2013-09-19 | Toshiba Corp | 窒化物半導体層の製造方法 |
| CN103811601A (zh) * | 2014-03-12 | 2014-05-21 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法 |
| CN104037287A (zh) * | 2014-06-10 | 2014-09-10 | 广州市众拓光电科技有限公司 | 生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法 |
| CN104091868A (zh) * | 2014-06-12 | 2014-10-08 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106328777A (zh) * | 2016-09-08 | 2017-01-11 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 |
| CN106328777B (zh) * | 2016-09-08 | 2018-08-10 | 湘能华磊光电股份有限公司 | 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法 |
| CN108336203A (zh) * | 2017-12-29 | 2018-07-27 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN108336203B (zh) * | 2017-12-29 | 2020-07-24 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN110556454A (zh) * | 2018-06-01 | 2019-12-10 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法 |
| CN110556454B (zh) * | 2018-06-01 | 2021-08-03 | 上海新微技术研发中心有限公司 | 在硅基衬底上生长的氮化物外延结构及其生长方法 |
| CN109545926A (zh) * | 2018-11-30 | 2019-03-29 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN114373840A (zh) * | 2022-03-22 | 2022-04-19 | 江西兆驰半导体有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN104465918B (zh) | 2017-06-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN104037287B (zh) | 生长在Si衬底上的LED外延片及其制备方法 | |
| CN100479206C (zh) | 氮化物半导体发光器件及其制备方法 | |
| CN102368519B (zh) | 一种提高半导体二极管多量子阱发光效率的方法 | |
| CN103337573B (zh) | 半导体发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| CN102306691B (zh) | 一种提高发光二极管发光效率的方法 | |
| CN106601882B (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| CN104465918A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN104952990A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制作方法 | |
| CN105296948A (zh) | 一种提高GaN基LED光电性能的外延生长方法 | |
| CN109346583B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN102738328B (zh) | 一种发光二极管的外延片及其制造方法 | |
| CN102709424A (zh) | 一种提高发光二极管发光效率的方法 | |
| US9252325B2 (en) | Method for producing group III nitride semiconductor light-emitting device | |
| WO2016165558A1 (zh) | 一种氮化物发光二极管结构及其制备方法 | |
| CN104091873A (zh) | 一种发光二极管外延片及其制作方法 | |
| JP4770580B2 (ja) | 窒化物半導体素子の製造方法 | |
| CN103824908A (zh) | 一种提高GaN基LED静电耐受能力的外延生长方法 | |
| CN103117346A (zh) | 一种发光二极管芯片及其制造方法 | |
| CN109994580A (zh) | 发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN113540296A (zh) | 适用于小间距显示屏的led外延片制作方法 | |
| CN105870278B (zh) | 一种氮化镓基发光二极管及其制备方法 | |
| US9601654B2 (en) | Method of producing group III nitride semiconductor light-emitting device | |
| CN109473521B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| WO2013066088A1 (ko) | 투명 박막, 이를 포함하는 발광 소자와 이들의 제조 방법 | |
| CN108365060B (zh) | GaN基LED的外延结构及其生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |