CN105390577B - 一种发光二极管外延片及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的AlN成核层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述AlN成核层为二维平面状，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述AlN成核层和所述未掺杂GaN层之间的GaN成核层，所述GaN成核层为三维岛状。本发明通过在AlN成核层和未掺杂GaN层之间层叠GaN成核层，GaN成核层在生长量子阱时可以避免外延片过度凸起，从而改善外延片波长的均匀性，提高外延片的良率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制作方法。
背景技术
随着技术的发展，成本的控制在商业化生产中显得尤为重要。发光二极管(LightEmitting Diode，简称LED)芯片成本随着LED外延片尺寸的增大而降低，所以在大尺寸衬底上外延是大势所趋，但是伴随着衬底尺寸的增大，衬底和外延层之间由于晶格失配和热失配引起的外延片翘曲度也随之增加。
大尺寸外延片通常包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的AlN成核层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。AlN成核层生长底层GaN时会使衬底变凹，并在生长多量子阱层时产生相反的应力使衬底逐渐变平，以降低外延片的翘曲度。
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：
AlN成核层在生长多量子阱层时产生的相反应力容易过大而造成衬底凸起，多量子阱层受热不均，产生的波长均匀性较差。
发明内容
为了解决现有技术产生的波长均匀性较差的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制作方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例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蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的AlN成核层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述AlN成核层为二维平面状，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述AlN成核层和所述未掺杂GaN层之间的GaN成核层，所述GaN成核层为三维岛状；所述AlN成核层的厚度为5-30nm，所述GaN成核层的厚度为5-30nm。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上形成AlN成核层，所述AlN成核层为二维平面状，所述AlN成核层的厚度为5-30nm；
在所述AlN成核层上形成GaN成核层，所述GaN成核层为三维岛状，所述GaN成核层的厚度为5-30nm；
在所述AlN成核层和所述GaN成核层上形成未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上形成N型层；
在所述N型层上形成多量子阱层；
在所述多量子阱层上形成P型层。
在本发明一种可能的实现方式中，所述在所述AlN成核层上形成GaN成核层，包括：
在所述AlN成核层上沉积一层GaN；
将温度升高，对沉积的所述GaN进行退火，使沉积的所述GaN重新结晶成为三维岛状，得到所述GaN成核层。
可选地，进行退火的温度为800-1100℃。
在本发明另一种可能的实现方式中，所述在蓝宝石衬底上形成AlN成核层，包括：
在所述蓝宝石衬底上沉积所述AlN成核层。
在本发明又一种可能的实现方式中，所述在蓝宝石衬底上形成AlN成核层，包括：
在所述蓝宝石衬底上形成一层Al膜；
利用NH3将所述Al膜氮化，形成所述AlN成核层。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在AlN成核层和未掺杂GaN层之间层叠GaN成核层，GaN成核层在生长量子阱时可以避免外延片过度凸起，从而改善外延片波长的均匀性，提高外延片的良率。
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的结构示意图；
图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制作方法的流程图。
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，参见图1，该发光二极管外延片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的AlN成核层2、GaN成核层3、未掺杂GaN层4、N型层5、多量子阱层6和P型层7。
在本实施例中，AlN成核层2为二维平面状，GaN成核层3为三维岛状。
可选地，AlN成核层2的厚度可以为5-30nm。当AlN成核层2的厚度小于5nm时，AlN成核层2不容易形成二维平面状，从三维岛状的GaN成核层3之间露出的AlN成核层2减少，无法利用AlN成核层2避免GaN成核层3在生长时会使衬底凹得太厉害而使外延片破裂；当AlN成核层2的厚度大于30nm时，会使生长的GaN质量太差。
优选地，AlN成核层2的厚度可以为15nm。
可选地，GaN成核层3的厚度可以为5-30nm。当GaN成核层3的厚度小于5nm时，形成GaN成核层3时容易将GaN完全分解，无法形成GaN成核层3；当GaN成核层3的厚度大于30nm时，不容易形成三维岛状的GaN。
优选地，GaN成核层3的厚度可以为8nm。
在具体实现中，N型层5可以为N型GaN层，多量子阱层6可以为交替形成的InGaN层和GaN层，P型层7可以为P型GaN层。
本发明实施例通过在AlN成核层和未掺杂GaN层之间层叠GaN成核层，GaN成核层在生长量子阱时可以避免外延片过度凸起，从而改善外延片波长的均匀性，提高外延片的良率。而且GaN成核层为三维岛状，一部分未掺杂GaN层直接层叠在AlN成核层，AlN成核层在生长底层GaN时可以避免GaN成核层造成衬底凹曲程度过大而破片，保证了外延片的完整性，保证了外延片的良率。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，参见图2，该制作方法包括：
步骤201：在蓝宝石衬底上形成AlN成核层。
在本实施例中，AlN成核层为二维平面状。
可选地，AlN成核层的厚度可以为5-30nm。当AlN成核层的厚度小于5nm时，AlN成核层不容易形成二维平面状，从三维岛状的GaN成核层之间露出的AlN成核层减少，无法利用AlN成核层避免GaN成核层在生长时会使衬底凹得太厉害而使外延片破裂；当AlN成核层的厚度大于30nm时，会使生长的GaN质量太差。
优选地，AlN成核层的厚度可以为15nm。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤201可以包括：
在蓝宝石衬底上沉积AlN成核层。
在本实施例的另一种实现方式中，该步骤201可以包括：
在蓝宝石衬底上形成一层Al膜；
利用NH3将Al膜氮化，形成AlN成核层。
步骤202：在AlN成核层上形成GaN成核层。
在本实施例中，GaN成核层为三维岛状。
可选地，GaN成核层的厚度可以为5-30nm。当GaN成核层的厚度小于5nm时，形成GaN成核层时容易将GaN完全溶解，无法形成GaN成核层；当GaN成核层的厚度大于30nm时，不容易形成三维岛状的GaN。
优选地，GaN成核层的厚度可以为8nm。
在本实施例的又一种实现方式中，该步骤202可以包括：
在AlN成核层上沉积一层GaN；
将温度升高，对沉积的GaN进行退火，使沉积的GaN重新结晶成为三维岛状，得到GaN成核层。
可选地，进行退火的温度可以为800-1100℃。当进行退火的温度低于800℃时，形成的GaN成核层质量较差；当进行退火的温度高于1100℃时，会将GaN全部溶解。
优选地，进行退火的温度可以为1000℃。
步骤203：在AlN成核层和GaN成核层上形成未掺杂GaN层。
步骤204：在未掺杂GaN层上形成N型层。
步骤205：在N型层上形成多量子阱层。
步骤206：在多量子阱层上形成P型层。
本发明实施例通过在AlN成核层和未掺杂GaN层之间层叠GaN成核层，GaN成核层在生长量子阱时可以避免外延片过度凸起，从而改善外延片波长的均匀性，提高外延片的良率。而且GaN成核层为三维岛状，一部分未掺杂GaN层直接层叠在AlN成核层，AlN成核层在生长底层GaN时可以避免GaN成核层造成衬底凹曲程度过大而破片，保证了外延片的完整性，保证了外延片的良率。
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 (6)
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的AlN成核层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述AlN成核层为二维平面状，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述AlN成核层和所述未掺杂GaN层之间的GaN成核层，所述GaN成核层为三维岛状；所述AlN成核层的厚度为5-30nm，所述GaN成核层的厚度为5-30nm。
2.一种发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在蓝宝石衬底上形成AlN成核层，所述AlN成核层为二维平面状，所述AlN成核层的厚度为5-30nm；
在所述AlN成核层上形成GaN成核层，所述GaN成核层为三维岛状，所述GaN成核层的厚度为5-30nm；
在所述AlN成核层和所述GaN成核层上形成未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上形成N型层；
在所述N型层上形成多量子阱层；
在所述多量子阱层上形成P型层。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述在所述AlN成核层上形成GaN成核层，包括：
在所述AlN成核层上沉积一层GaN；
将温度升高，对沉积的所述GaN进行退火，使沉积的所述GaN重新结晶成为三维岛状，得到所述GaN成核层。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，进行退火的温度为800-1100℃。
5.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述在蓝宝石衬底上形成AlN成核层，包括：
在所述蓝宝石衬底上沉积所述AlN成核层。
6.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述在蓝宝石衬底上形成AlN成核层，包括：
在所述蓝宝石衬底上形成一层Al膜；
利用NH3将所述Al膜氮化，形成所述AlN成核层。
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