CN106229388A - 一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，属于光电子制造技术领域。该方法包括在衬底上生长缓冲层、三维成长层、u‑GaN层、n型层、应力释放层、有源层和p型层，n型层包括第一n‑GaN高温层、第二GaN低温层和第三n‑GaN高温层，第二GaN低温层的生长温度低于第一n‑GaN高温层的生长温度且低于第三n‑GaN高温层的生长温度，通过第二GaN低温层的生长温度低于n‑GaN高温层和第三n‑GaN高温层的生长温度，第二GaN低温层可以阻断晶体的生长缺陷继续延伸，提高外延片抗静电能力。
Description
技术领域
本发明涉及光电子制造技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法。
背景技术
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。
现有的LED主要包括衬底、缓冲层、三维成长层、u-GaN层、n型层、应力释放层、有源层和p型层。
在传统的外延片生长方法中，通常按生长的先后顺序控制生长温度逐层升高，这样的生长方式会使得外延片中应力较大，仅通过应力释放层释放应力效果有限，晶体缺陷较多，导致外延片的抗静电能力较差。
发明内容
为了提高外延片的外延片的抗静电能力，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次外延生长缓冲层、三维成长层、u-GaN层、n型层、应力释放层、有源层和p型层，所述n型层包括依次生长的第一n-GaN高温层、第二GaN低温层和第三n-GaN高温层，所述第二GaN低温层的生长温度低于所述第一n-GaN高温层的生长温度，且所述第二GaN低温层的生长温度低于所述第三n-GaN高温层的生长温度。
优选地，所述第二GaN低温层的生长温度保持不变，或者所述第二GaN低温层包括多层第二GaN低温子层，相邻两层所述第二GaN低温子层的生长温度不同。
进一步地，各层所述第二GaN低温子层的生长温度沿所述外延片的生长方向逐层升高。
可选地，各层所述第二GaN低温子层的生长温度沿所述外延片的生长方向先升高再降低。
可选地，所述第二GaN低温子层为u-GaN层。
可选地，所述第二GaN低温子层为n-GaN层。
可选地，所述第二GaN低温子层包括u-GaN层和n-GaN层。
可选地，所述n-GaN层的掺杂浓度不超过所述第一n-GaN高温层的掺杂浓度，所述n-GaN层的掺杂浓度不超过所述第三n-GaN高温层的掺杂浓度。
优选地，所述第一n-GaN高温层的生长温度为1200～1350℃，所述第二GaN低温层的生长温度为1100～1200℃，所述第三n-GaN高温层的生长温度为1200～1350℃。
进一步地，所述第一n-GaN高温层的生长温度为1250℃，所述第二GaN低温层的生长温度为1180℃，所述第三n-GaN高温层的生长温度为1260℃。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过依次层叠生长第一n-GaN高温层、第二GaN低温层和第三n-GaN高温层，形成n型层，第二GaN低温层的生长温度低于n-GaN高温层的生长温度和第三n-GaN高温层的生长温度，低温生长的第二GaN低温层成为缺陷隔离层，可以阻断晶体的生长缺陷继续延伸，改善后续生长的晶体质量，提高外延片的抗静电能力。
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是本发明实施例提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的一种外延片生长温度示意图；
图3是本发明实施例提供的另一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程图；
图4是本发明实施例提供的一种第二GaN低温层的生长温度示意图；
图5是本发明实施例提供的另一种第二GaN低温层的生长温度示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种第二GaN低温层的生长温度示意图。
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。
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，图1是本发明实施例提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
S11：提供一衬底。
在本实施例中，采用蓝宝石衬底。
S12：在衬底上依次外延生长缓冲层、三维成长层、u-GaN层、n型层、应力释放层、有源层和p型层。
具体地，n型层包括依次生长的第一n-GaN高温层、第二GaN低温层和第三n-GaN高温层，第二GaN低温层的生长温度低于第一n-GaN高温层的生长温度，且第二GaN低温层的生长温度低于第三n-GaN高温层的生长温度。
本发明实施例通过依次层叠生长第一n-GaN高温层、第二GaN低温层和第三n-GaN高温层，形成n型层，第二GaN低温层的生长温度低于n-GaN高温层的生长温度和第三n-GaN高温层的生长温度，低温生长的第二GaN低温层成为缺陷隔离层，可以阻断晶体的生长缺陷继续延伸，改善后续生长的晶体质量，提高外延片的抗静电能力。
优选地，第一n-GaN高温层的生长温度为1200～1350℃，第二GaN低温层的生长温度为1100～1200℃，第三n-GaN高温层的生长温度为1200～1350℃，n型层在1100℃生长的晶体质量较好，有利于降低晶格失配度，而生长温度过高则有可能会使已有缺陷向后续生长的层中继续延伸，从而降低晶体质量。
图2是本发明实施例提供的一种外延片生长温度示意图，具体地，如图2所示，第一n-GaN高温层的生长温度可以为1250℃，第二GaN低温层的生长温度可以为1180℃，第三n-GaN高温层的生长温度可以为1260℃。
图3是本发明实施例提供的另一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
S21：提供一衬底。
在本实施例中，采用蓝宝石衬底。
具体地，可以将蓝宝石衬底在MOCVD(Meta1Organic Chemical VaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)反应腔中加热至1060℃，在氢气气氛里对蓝宝石衬底进行退火处理以及氮化处理10分钟，以对衬底表面进行清理。
需要说明的是，在其他实施例中还可以采用其他衬底，例如碳化硅衬底，本发明并不以此为限。
S22：在衬底上外延生长缓冲层。
S23：在缓冲层上外延生长三维成长层。
S24：在三维成长层上外延生长u-GaN层。
S25：在u-GaN层上生长n型层。
具体地，S25可以包括：
S251：在u-GaN层上生长第一n-GaN高温层。
具体地，控制第一n-GaN高温层的生长温度为1250℃。
S252：在第一n-GaN高温层上生长第二GaN低温层。
可选地，控制生长温度为1100～1200℃，以使得第二GaN低温层的生长温度低于第一n-GaN高温层的生长温度。
在本实施例中，第二GaN低温层包括多层第二GaN低温子层，相邻两层所述第二GaN低温子层的生长温度不同。
具体地，各层第二GaN低温子层的生长温度沿外延片的生长方向逐层升高。图4是本发明实施例提供的一种第二GaN低温层的生长温度示意图，该第二GaN低温层包括两层第二GaN低温子层，如图4所示，其中，先生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1130℃，后生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1160℃。
图5是本发明实施例提供的另一种第二GaN低温层的生长温度示意图，如图5所示，该第二GaN低温层包括三层第二GaN低温子层，且在这三层第二GaN低温子层中，最先生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1130℃，较后生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1160℃，最后生长的第二GaN低温子层的生长温度可以是1190℃。
可以想到的是，在其他实施例中，第二GaN低温层还可以包括更多的第二GaN低温子层，且第二GaN低温子层的生长温度也可以为其他数值，本发明并不以此为限。
在本发明的另一种实施例中，各层第二GaN低温子层的生长温度沿外延片的生长方向先升高再降低。
具体地，图6是本发明实施例提供的另一种第二GaN低温层的生长温度示意图，如图6所示，最先生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1160℃，较后生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1200℃，最后生长的一层第二GaN低温子层的生长温度可以为1160℃。
可以想到的是，在其他实施例中，第二GaN低温层还可以包括更多的第二GaN低温子层，且第二GaN低温子层的生长温度可以为其他数值，本发明并不以此为限。
S253：在第二GaN低温层上生长第三n-GaN高温层。
具体地，第三n-GaN高温层的生长温度可以为1200～1350℃。
S26：在第三n-GaN高温层上外延生长应力释放层。
S27：在应力释放层上外延生长有源层。
S28：在有源层上外延生长p型层。
此外，在p型层生长完成后，可以先将反应腔的温度降低至650～850℃，在纯氮气氛围中退火处理5～15min，再将反应腔的温度降至室温，结束外延片的生长，此后即可对外延片进行清洗、沉积、光刻和刻蚀等其他半导体加工工艺。
可选地，在本实施例中，镓源可以为三甲基镓或三乙基镓，氮源可以为高纯度的NH3，铟源可以为三甲基铟，铝源可以为三甲基铝，N型掺杂可以选用硅烷，p型掺杂可以选用二茂镁。
可选地，第二GaN低温子层可以为u-GaN层。
在本发明的另一种实现方式中，第二GaN低温子层为n-GaN层。
在本发明的另一种实现方式中，第二GaN低温子层包括u-GaN层和n-GaN层。
进一步地，第二GaN低温层的掺杂浓度不超过第一n-GaN高温层的掺杂浓度，第二GaN低温层的掺杂浓度不超过第三n-GaN高温层的掺杂浓度。
具体地，第一n-GaN高温层的掺杂浓度为C1，第二GaN低温层的掺杂浓度为C2，第三n-GaN高温层的掺杂浓度为C3，其中，C2≤C1，且C2≤C3。
通过改变n型层中Si的掺杂方式，从而改变n型层的电阻，可以提升电流的扩展效果，减少漏电途径，以进一步提升外延片抗静电的能力。
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)
1.一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次外延生长缓冲层、三维成长层、u-GaN层、n型层、应力释放层、有源层和p型层，所述n型层包括依次生长的第一n-GaN高温层、第二GaN低温层和第三n-GaN高温层，所述第二GaN低温层的生长温度低于所述第一n-GaN高温层的生长温度，且所述第二GaN低温层的生长温度低于所述第三n-GaN高温层的生长温度。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述第二GaN低温层的生长温度保持不变，或者所述第二GaN低温层包括多层第二GaN低温子层，相邻两层所述第二GaN低温子层的生长温度不同。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，各层所述第二GaN低温子层的生长温度沿所述外延片的生长方向逐层升高。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，各层所述第二GaN低温子层的生长温度沿所述外延片的生长方向先升高再降低。
5.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二GaN低温子层为u-GaN层。
6.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二GaN低温子层为n-GaN层。
7.根据权利要求2～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二GaN低温子层包括u-GaN层和n-GaN层。
8.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第二GaN低温层的掺杂浓度不超过所述第一n-GaN高温层的掺杂浓度，所述第二GaN低温层的掺杂浓度不超过所述第三n-GaN高温层的掺杂浓度。
9.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述第一n-GaN高温层的生长温度为1200～1350℃，所述第二GaN低温层的生长温度为1100～1200℃，所述第三n-GaN高温层的生长温度为1200～1350℃。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述第一n-GaN高温层的生长温度为1250℃，所述第二GaN低温层的生长温度为1180℃，所述第三n-GaN高温层的生长温度为1260℃。
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