CN106684222B - 一种发光二极管外延片的制造方法 - Google Patents

一种发光二极管外延片的制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106684222B
CN106684222B CN201610981919.2A CN201610981919A CN106684222B CN 106684222 B CN106684222 B CN 106684222B CN 201610981919 A CN201610981919 A CN 201610981919A CN 106684222 B CN106684222 B CN 106684222B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
temperature
gan layer
manufacturing
gan
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.)
Active
Application number
CN201610981919.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106684222A (zh
Inventor
武艳萍
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HC Semitek Zhejiang Co Ltd
Original Assignee
HC Semitek Zhejiang Co Ltd
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HC Semitek Zhejiang Co Ltd filed Critical HC Semitek Zhejiang Co Ltd
Priority to CN201610981919.2A priority Critical patent/CN106684222B/zh
Publication of CN106684222A publication Critical patent/CN106684222A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106684222B publication Critical patent/CN106684222B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/26Materials of the light emitting region
    • H01L33/30Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table
    • H01L33/32Materials of the light emitting region containing only elements of Group III and Group V of the Periodic Table containing nitrogen
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/005Processes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00Semiconductor 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
    • H01L33/02Semiconductor 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
    • H01L33/04Semiconductor 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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06Semiconductor 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 quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier

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的制造方法,属于半导体技术领域。所述制造方法包括:在衬底上依次生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型GaN层;其中,应力释放层包括交替层叠的InGaN层和AlxGaN层,0≤x<0.3;在AlxGaN层的生长过程中,AlxGaN层的生长温度先从InGaN层的生长温度通过多个阶段的升温达到最高温度,再从最高温度通过多个阶段的降温达到InGaN层的生长温度,同一个阶段的温度恒定,相邻两个阶段的温度不同。本发明通过温度的缓慢变化使氮化镓层中的应力充分释放,减小极化效应,减少外延层中的V型位错和线性位错,提高晶体质量。

Description

一种发光二极管外延片的制造方法
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的制造方法。
背景技术
氮化镓基发光二极管(英文:Lighting Emitting Diode,简称LED)具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低的特点,被广泛应用在户外全色显示、交通信号灯、背光源等领域,被认为是未来最有可能取代白炽灯、荧光灯的选择之一。
LED外延片通常包括衬底、以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层。其中,多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层,量子阱层为InGaN层,量子垒层为GaN或者AlGaN。
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:
InGaN、GaN、AlGaN之间由于存在晶格失配而产生应力,应力作用使得多量子阱层的极化效应加强,能带弯曲大,对载流子的束缚作用小,影响LED的内量子效率和抗静电性能。
发明内容
为了解决现有技术的问题,本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法。所述技术方案如下:
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法,所述制造方法包括:
在衬底上依次生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型GaN层;
其中,所述应力释放层包括交替层叠的InGaN层和AlxGaN层,0≤x<0.3;在所述AlxGaN层的生长过程中,所述AlxGaN层的生长温度先从所述InGaN层的生长温度通过多个阶段的升温达到最高温度,再从最高温度通过多个阶段的降温达到所述InGaN层的生长温度,同一个阶段的温度恒定,相邻两个阶段的温度不同。
可选地,最靠近所述N型GaN层的多层所述AlxGaN层的最高温度的最大值,低于最靠近所述多量子阱层的多层所述AlxGaN层的最高温度的最小值。
可选地,相邻两个阶段的温度的变化速率全部相同、部分相同或者各不相同。
可选地,相邻两个阶段的温度的变化速率不大于2.0℃/s。
可选地,各层所述AlxGaN层中Al组分的含量保持不变、逐层增加或者先逐层增加再逐层减少。
可选地,所述AlxGaN层的厚度为3~10nm。
可选地,各层所述AlxGaN层的厚度部分不同或者各不相同。
优选地,最靠近所述N型GaN层的多层所述AlxGaN层的厚度的最小值,大于最靠近所述多量子阱层的多层所述AlxGaN层的最大值。
可选地,所述AlxGaN层的层数与所述InGaN层的层数相同,所述InGaN层的层数为5~10层。
可选地,所述应力释放层的生长温度为700~900℃。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
通过在AlxGaN层的生长过程中,将AlxGaN层的生长温度先从InGaN层的生长温度通过多个阶段的升温达到最高温度,再从最高温度通过多个阶段的降温达到InGaN层的生长温度,同一个阶段的温度恒定,相邻两个阶段的温度不同,利用温度的缓慢变化使氮化镓层中的应力充分释放,减小极化效应,减少外延层中的V型位错和线性位错,提高晶体质量。
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发光二极管外延片的制造方法的流程图;
图2是本发明实施例提供的AlxGaN层的生长温度的变化示意图;
图3是本发明实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图。
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
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法,以高纯氢(H2)或氮气(N2)作为载气,以三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为Ga、Al、In和N源,用硅烷(SiH4)、二茂镁(Cp2Mg)分别作为N、P型掺杂剂。参见图1,该制造方法包括:
步骤200:将衬底在1200℃的H2气氛下进行热处理10分钟。
在本实施例中,衬底可以采用蓝宝石、Si或者SiC。
需要说明的是,热处理可以清洁衬底表面。
步骤201:控制生长温度为500~650℃,生长压力为400~600Torr,V/III比为500~3000,在衬底上生长厚度为15~35nm的低温缓冲层,并控制生长温度为1000~1200℃进行退火处理5~10min。
其中,V/III比为Ⅴ价原子与Ⅲ价原子的摩尔比。
步骤202:控制生长温度为1000~1200℃,生长压力为100~750Torr,V/III比为300~3000,在缓冲层上生长厚度为1~5μm的未掺杂GaN层和N型GaN层。
步骤203:控制生长温度为700~900℃,生长压力为100~500Torr,V/III比为300~3000,在N型GaN层上生长厚度为150~300nm的应力释放层。
在本实施例中,应力释放层包括交替层叠的InGaN层和AlxGaN层,0≤x<0.3;在AlxGaN层的生长过程中,AlxGaN层的生长温度先从InGaN层的生长温度通过多个阶段的升温达到最高温度,再从最高温度通过多个阶段的降温达到InGaN层的生长温度,同一个阶段的温度恒定,相邻两个阶段的温度不同。
例如,参见图2,AlxGaN层的生长温度,先保持InGaN层的生长温度20~60s,再以1℃/s的变化速率提升至T1,然后保持T1的温度20~60s,再以1℃/s的变化速率提升至T2,然后保持T2的温度20~60s,再以1℃/s的变化速率提升至T,然后保持T的温度20~60s,再以1℃/s的变化速率降低至T2,然后保持T2的温度20~60s,再以1℃/s的变化速率降低至T1,然后保持T1的温度20~60s,再以1℃/s的变化速率降低至InGaN层的生长温度,然后保持InGaN层的生长温度的温度20~60s。
可选地,最靠近N型GaN层的多层AlxGaN层的最高温度的最大值,可以低于最靠近多量子阱层的多层AlxGaN层的最高温度的最小值。
可选地,相邻两个阶段的温度的变化速率可以全部相同、部分相同或者各不相同。
可选地,相邻两个阶段的温度的变化速率可以不大于2.0℃/s。
可选地,各层AlxGaN层中Al组分的含量可以保持不变、逐层增加或者先逐层增加再逐层减少。
可选地,AlxGaN层的厚度可以为3~10nm。
优选地,各层AlxGaN层的厚度可以部分不同或者各不相同。
更优选地,最靠近N型GaN层的多层AlxGaN层的厚度的最小值,可以大于最靠近多量子阱层的多层AlxGaN层的最大值。
可选地,InGaN层的厚度可以为0.5~3nm。
可选地,AlxGaN层的层数与InGaN层的层数相同,InGaN层的层数可以为5~10层。
步骤204:控制生长温度为700~850℃,生长压力为100~500Torr,V/III比为300~5000,在应力释放层上生长多量子阱层。
在本实施例中,多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层,GaN量子垒层的层数与InGaN量子阱层的层数相同,InGaN量子阱层的层数可以为12层,InGaN量子阱层的厚度可以为2~5nm,GaN量子垒层的厚度可以为10~20nm。
步骤205:控制生长温度为800~1080℃,生长压力为50~200Torr,V/III比为1000~20000,在多量子阱层上生长P型GaN层。
在本实施例中,在外延生长结束后,将反应腔的温度降至700℃至850℃之间,纯氮气氛围中退火处理5至15分钟,然后降至室温,结束外延生长;之后对生长的外延片进行清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制成单颗小尺寸芯片。
图3为本实施例制造的发光二极管外延片的结构示意图。其中,1为衬底,2为低温缓冲层,3为未掺杂GaN层、4为N型GaN层、5为应力释放层、6为多量子阱层、7为P型GaN层。
本发明实施例通过在AlxGaN层的生长过程中,将AlxGaN层的生长温度先从InGaN层的生长温度通过多个阶段的升温达到最高温度,再从最高温度通过多个阶段的降温达到InGaN层的生长温度,同一个阶段的温度恒定,相邻两个阶段的温度不同,利用温度的缓慢变化使氮化镓层中的应力充分释放,减小极化效应,减少外延层中的V型位错和线性位错,提高晶体质量。同时通过在应力释放层中掺Al,既可以有效的阻挡电子,减少漏电流,又可以抑制缺陷向上延伸,对应力释放和降低氮化镓外延层的位错密度有很大帮助,可以提高外延层的晶体质量。
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的制造方法,其特征在于,所述制造方法包括:
在衬底上依次生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型GaN层;
其中,所述应力释放层包括交替层叠的InGaN层和AlxGaN层,0≤x<0.3;在所述AlxGaN层的生长过程中,所述AlxGaN层的生长温度先从所述InGaN层的生长温度通过多个阶段的升温达到最高温度,再从最高温度通过多个阶段的降温达到所述InGaN层的生长温度,同一个阶段的温度恒定,相邻两个阶段的温度不同。
2.根据权利要求1所述的制造方法,其特征在于,最靠近所述N型GaN层的多层所述AlxGaN层的最高温度的最大值,低于最靠近所述多量子阱层的多层所述AlxGaN层的最高温度的最小值。
3.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,相邻两个阶段的温度的变化速率全部相同、部分相同或者各不相同。
4.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,相邻两个阶段的温度的变化速率不大于2.0℃/s。
5.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,各层所述AlxGaN层中Al组分的含量保持不变、逐层增加或者先逐层增加再逐层减少。
6.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,所述AlxGaN层的厚度为3~10nm。
7.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,各层所述AlxGaN层的厚度部分不同或者各不相同。
8.根据权利要求7所述的制造方法,其特征在于,最靠近所述N型GaN层的多层所述AlxGaN层的厚度的最小值,大于最靠近所述多量子阱层的多层所述AlxGaN层的最大值。
9.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,所述AlxGaN层的层数与所述InGaN层的层数相同,所述InGaN层的层数为5~10层。
10.根据权利要求1或2所述的制造方法,其特征在于,所述应力释放层的生长温度为700~900℃。
CN201610981919.2A 2016-11-08 2016-11-08 一种发光二极管外延片的制造方法 Active CN106684222B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610981919.2A CN106684222B (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种发光二极管外延片的制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610981919.2A CN106684222B (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种发光二极管外延片的制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106684222A CN106684222A (zh) 2017-05-17
CN106684222B true CN106684222B (zh) 2019-03-08

Family

ID=58839437

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610981919.2A Active CN106684222B (zh) 2016-11-08 2016-11-08 一种发光二极管外延片的制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106684222B (zh)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108258090A (zh) * 2018-01-19 2018-07-06 映瑞光电科技(上海)有限公司 一种led外延结构及其制备方法
CN109192824B (zh) * 2018-09-03 2020-09-08 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 一种提升氮化镓基发光二极管亮度的外延片及生长方法
CN110265514B (zh) * 2019-04-28 2020-09-29 华灿光电(苏州)有限公司 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片
CN111180556B (zh) * 2019-12-23 2021-08-03 华灿光电(苏州)有限公司 发光二极管外延片的制备方法
CN111326633B (zh) * 2020-03-07 2023-04-18 龙口科达化工有限公司 杀菌消毒装置制备方法
CN112331750A (zh) * 2020-10-23 2021-02-05 华灿光电(苏州)有限公司 紫外发光二极管外延片及其制造方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103904171A (zh) * 2014-02-28 2014-07-02 华灿光电(苏州)有限公司 GaN基发光二极管的外延片的制备方法
CN104396031A (zh) * 2012-05-30 2015-03-04 欧司朗光电半导体有限公司 用于制造用于光电子半导体芯片的有源区的方法和光电子半导体芯片
CN105720154A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 广东量晶光电科技有限公司 一种led外延片及其制造方法
CN105957929A (zh) * 2016-06-01 2016-09-21 聚灿光电科技股份有限公司 宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4987994B2 (ja) * 2010-02-17 2012-08-01 株式会社東芝 窒化物半導体の結晶成長方法

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104396031A (zh) * 2012-05-30 2015-03-04 欧司朗光电半导体有限公司 用于制造用于光电子半导体芯片的有源区的方法和光电子半导体芯片
CN103904171A (zh) * 2014-02-28 2014-07-02 华灿光电(苏州)有限公司 GaN基发光二极管的外延片的制备方法
CN105720154A (zh) * 2014-12-05 2016-06-29 广东量晶光电科技有限公司 一种led外延片及其制造方法
CN105957929A (zh) * 2016-06-01 2016-09-21 聚灿光电科技股份有限公司 宽频谱GaN基LED外延结构及其制造方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106684222A (zh) 2017-05-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106684222B (zh) 一种发光二极管外延片的制造方法
CN103681985B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制作方法
CN106098871B (zh) 一种发光二极管外延片的制备方法
KR101636032B1 (ko) 고전위 밀도의 중간층을 갖는 발광 다이오드 및 그것을 제조하는 방법
CN106159052B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN106328771B (zh) 一种在金属氮化镓复合衬底上外延无裂纹高晶体质量led外延层的方法
CN114883462B (zh) 发光二极管外延片及其制备方法
CN105679899A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
JP2009260203A (ja) 窒化物半導体発光素子
KR20060076312A (ko) 질화물 반도체, 질화물 반도체를 이용한 발광 소자, 발광다이오드, 레이저 소자 및 램프, 및 그 제조 방법
JP6019541B2 (ja) 半導体発光素子
CN114361302B (zh) 一种发光二极管外延片、发光二极管缓冲层及其制备方法
CN106848017B (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法
CN106876531B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN106229397B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法
CN110246943B (zh) 基于石墨烯的led外延生长方法
KR20080088221A (ko) 초격자 구조의 웰층을 갖는 발광 다이오드
CN114373838B (zh) 带量子垒层硅掺杂结构的led外延片、生长方法及其制造方法
CN106887492B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法
CN106206869B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法
CN113571615B (zh) 改善欧姆接触的发光二极管外延片及其制造方法
CN111564538B (zh) 紫外发光二极管外延结构及其制备方法
CN114373840A (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法
KR100722818B1 (ko) 발광 다이오드의 제조 방법
KR100881053B1 (ko) 질화물계 발광소자

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant