CN106711297B - 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 - Google Patents

一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106711297B
CN106711297B CN201611190103.4A CN201611190103A CN106711297B CN 106711297 B CN106711297 B CN 106711297B CN 201611190103 A CN201611190103 A CN 201611190103A CN 106711297 B CN106711297 B CN 106711297B
Authority
CN
China
Prior art keywords
layer
gan
barrier layer
gan barrier
growing method
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
CN201611190103.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106711297A (zh
Inventor
李红丽
胡加辉
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 CN201611190103.4A priority Critical patent/CN106711297B/zh
Publication of CN106711297A publication Critical patent/CN106711297A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106711297B publication Critical patent/CN106711297B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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 with at least one potential-jump barrier or surface barrier 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

Abstract

本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，属于半导体技术领域。所述生长方法包括：在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层；其中，所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层，所述第一GaN垒层生长采用的载气为纯净的N2或者H2和N2的混合气体，所述超晶格阱层生长采用的载气为纯净的N2，所述第二GaN垒层生长采用的载气为H2和N2的混合气体。本发明制成的芯片在4000v测试条件下测得抗静电能力提升30％左右。

Description

一种GaN基发光二极管外延片的生长方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片的生长方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，具有体积小、颜色丰富多彩、能耗低、使用寿命长等优点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。其中，以GaN为代表的发光二极管，成本低，外延和芯片工艺相对成熟，仍然引领着前沿和热点技术。
GaN基LED外延片通常生长在蓝宝石衬底上，蓝宝石和GaN之间存在晶格失配，在底层生长过程中就已经出现各种缺陷。而且GaN基LED外延片中的InGaN量子阱和GaN量子垒之间也存在晶格失配，使得晶体质量较差，容易形成漏电通道。
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GaN基发光二极管外延片的生长方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：
在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层；
其中，所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层，所述第一GaN垒层生长采用的载气为纯净的N2或者H2和N2的混合气体，所述超晶格阱层生长采用的载气为纯净的N2，所述第二GaN垒层生长采用的载气为H2和N2的混合气体。
可选地，所述第一GaN垒层生长采用的H2和N2的混合气体中，H2和N2的流量比为1:4～1:10。
可选地，所述第二GaN垒层生长采用的H2和N2的混合气体中，H2和N2的流量比为1:4～1:7。
可选地，所述第二GaN垒层的厚度大于所述第一GaN垒层的厚度。
可选地，所述第二GaN垒层的厚度为800～1600nm。
可选地，所述第一GaN垒层、所述超晶格阱层、所述第二GaN垒层中均掺有Si。
优选地，所述超晶格阱层中Si的掺杂浓度为所述第一GaN垒层中Si的掺杂浓度的1/10。
优选地，所述第二GaN垒层中Si的掺杂浓度大于所述超晶格阱层中Si的掺杂浓度。
优选地，所述第二GaN垒层中Si的掺杂浓度与所述第一GaN垒层中Si的掺杂浓度不同。
可选地，所述应力释放层的生长温度为900～1050℃。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在纯净的N2气氛下生长应力释放层中的超晶格阱层，有利于阱中In更好地渗入，为后面的应力释放打好基础；同时在纯净的N2或者H2和N2的混合气体气氛下生长第一GaN垒层，在H2和N2的混合气体气氛下生长第二GaN垒层，一方面，适量引入的H2能与一些杂质元素反应并将其携带扩散出来，使得GaN垒层在生长的过程中可以适时地缓解应力；另一方面，H2会引起台阶效应，GaN在生长的过程中受到H2择优取向的影响，增加缺陷的填补效应，提高晶体质量，制成的芯片在4000v测试条件下测得抗静电能力提升30％左右。
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GaN基发光二极管外延片的生长方法的流程示意图；
图2是本发明实施例一提供的外延片的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的应力释放层的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的FWHM数值的对比示意图；
图5是本发明实施例三提供的FWHM数值的对比示意图；
图6是本发明实施例四提供的Si掺杂浓度的对比示意图。
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GaN基发光二极管外延片的生长方法，在实施例中，采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)技术生长外延片，采用三甲基镓或者三乙基镓作为镓源，高纯氨气(NH3)作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，采用硅烷作为N型掺杂剂，采用二茂镁作为P型掺杂剂。参见图1，该生长方法包括：
步骤101：在衬底上外延生长缓冲层。
在本实施例中，衬底可以为蓝宝石衬底。
可选地，衬底可以为尺寸大于2英寸的大尺寸衬底，如4英寸衬底。
具体地，缓冲层可以为GaN层，也可以由交替层叠的GaN层和AlGaN层组成。
步骤102：在缓冲层上外延生长未掺杂GaN层。
具体地，未掺杂GaN层可以为单层没有掺杂的GaN层，也可以为多层没有掺杂的GaN层，各层GaN层的生长温度不同。
步骤103：在未掺杂GaN层上外延生长N型GaN层。
具体地，N型GaN层可以为单层掺杂Si的GaN层，也可以为多层掺杂Si的GaN层，各层GaN层中Si的掺杂浓度不同。
步骤104：在N型GaN层上外延生长应力释放层。
在本实施例中，应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层，第一GaN垒层生长采用的载气为纯净的N2或者H2和N2的混合气体，超晶格阱层生长采用的载气为纯净的N2，第二GaN垒层生长采用的载气为H2和N2的混合气体。
需要说明的是，无论采用何种载气，载体的总体积是保持不变的。
可选地，第一GaN垒层生长采用的H2和N2的混合气体中，H2和N2的流量比可以为1:4～1:10。
可选地，第二GaN垒层生长采用的H2和N2的混合气体中，H2和N2的流量比可以为1:4～1:7。
可选地，第二GaN垒层的厚度可以大于第一GaN垒层的厚度。
可选地，第二GaN垒层的厚度可以为800～1600nm。
可选地，第一GaN垒层、超晶格阱层、第二GaN垒层中可以均掺有Si。
优选地，超晶格阱层中Si的掺杂浓度可以为第一GaN垒层中Si的掺杂浓度的1/10。
优选地，第二GaN垒层中Si的掺杂浓度可以大于超晶格阱层中Si的掺杂浓度。
优选地，第二GaN垒层中Si的掺杂浓度与第一GaN垒层中Si的掺杂浓度可以不同。
可选地，应力释放层的生长温度可以为900～1050℃。
步骤105：在应力释放层上外延生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层可以由InGaN量子阱层和GaN量子垒层组成。
步骤106：在多量子阱层上外延生长P型电子阻挡层。
具体地，P型电子阻挡层可以为P型掺杂的AlGaN层，也可以由P型掺杂的AlGaN层和P型掺杂的GaN层交替层叠而成。
步骤107：在P型电子阻挡层上生长P型GaN层。
具体地，P型GaN层可以为单层掺杂Mg的GaN层，也可以为多层掺杂Mg的GaN层，各层GaN层中Mg的掺杂浓度不同。
本实施例生长的外延片如图2所示，其中，1为衬底，2为缓冲层，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型电子阻挡层，8为P型GaN层。其中，应力释放层如图3所示，51为第一GaN垒层，52为超晶格阱层，53为第二GaN垒层。
本发明实施例通过在纯净的N2气氛下生长应力释放层中的超晶格阱层，有利于阱中In更好地渗入，为后面的应力释放打好基础；同时在纯净的N2或者H2和N2的混合气体气氛下生长第一GaN垒层，在H2和N2的混合气体气氛下生长第二GaN垒层，一方面，适量引入的H2能与一些杂质元素反应并将其携带扩散出来，使得GaN垒层在生长的过程中可以适时地缓解应力；另一方面，H2会引起台阶效应，GaN在生长的过程中受到H2择优取向的影响，增加缺陷的填补效应，提高晶体质量，制成的芯片在4000v测试条件下测得抗静电能力提升30％左右。
实施例二
本发明实施例提供了另一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，本实施例提供的生长方法是实施例一提供的生长方法的具体实现。在本实施例中，在N型GaN层生长完成之后，采用纯净的N2作为载气，控制生长温度为980℃，生长厚度为90nm的第一GaN垒层；第一GaN垒层生长完成后，保持载气不变，交替生长InGaN层和GaN层，形成超晶格阱层；超晶格阱层生长完成后，将载气改为H2和N2的混合气体且H2和N2的流量比为1:4～1:7，生长厚度为900nm的第二GaN垒层。
其中，纯净的N2气氛下生长的超晶格阱层有利于阱中In更好地掺入，第二GaN垒层在H2和N2的混合气体中生长，严格控制H2的比例，使H2和N2的流量比为1:4～1:7，避免过多的H2导致新的GaN螺型位错出现，使得应力释放不充分，同时这个范围内的H2既可以作为杂质元素的携带体，又可以形成H2择优取向的生长模式，使得应力得到大大释放，填补缺陷，提高外延片的晶体质量。
将该外延片与传统外延片(应力释放层采用纯净的N2作为载气)进行(002)的X射线衍射(英文：X-ray diffraction，简称：XRD)测试，得到的半最大值全波(英文：Full Waveat Half Maximum，简称：FWHM)数值如图4所示。从图中可以看出，本实施例外延片的FWHM明显比对比样品的FWHM小，说明了采用这种生长方式后，螺型穿透位错和混合型位错大大减少，外延片的晶体质量得到大幅度提高，最终提高抗静电能力。
实施例三
本发明实施例提供了又一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，本实施例提供的生长方法是实施例一提供的生长方法的具体实现。本实施例提供的生长方法与实施例一提供的生长方法的不同之处在于，第一GaN垒层生长采用的载气为H2和N2的混合气体且H2和N2的流量比为1:4～1:10。
纯净的N2气氛下生长的超晶格阱层有利于阱中In更好地掺入，两个垒层都在H2和N2的混合气体中生长，严格控制H2的比例，使H2和N2的流量比为1:4～1:10和1:4～1:7，避免过多的H2导致新的GaN螺型位错出现，使得应力释放不充分，同时这个范围内的H2既可以携带部分杂质元素出去，又可以形成H2择优取向的生长模式，较好地释放应力。生长第一GaN垒层的位错比生长第二GaN垒层时多，因此H2的量需要更少，否则很容易引入新的螺位错。
该外延片与实施例二的外延片进行(002)的XRD测试，得到的FWHM数值如图5所示。从图中可以看出，本实施例外延片的FWHM比实施例二外延片的FWHM小，说明了采用这种生长方式后，螺型穿透位错和混合型位错大大减少，外延片的晶体质量得到大幅度提高，最终提高抗静电能力。
实施例四
本发明实施例提供了又一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，本实施例提供的生长方法是实施例一提供的生长方法的具体实现。本实施例提供的生长方法与实施例二提供的生长方法的不同之处在于，如图6所示，第一GaN垒层、超晶格阱层、第二GaN垒层中均掺有Si，超晶格阱层中Si的掺杂浓度为第一GaN垒层中Si的掺杂浓度的1/10，第二GaN垒层中Si的掺杂浓度与第一GaN垒层中Si的掺杂浓度不同，并且第二GaN垒层中Si的掺杂浓度大于超晶格阱层中Si的掺杂浓度。
通过改变应力释放层中垒层和阱层里面Si的掺杂方式，改善了电流的扩展能力，增加电容效应，减少漏电途径，有利于晶体质量的提升。在最优的条件下，外延片制作成芯片后在4000v测试条件下抗静电能力提高了30％左右。
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 (8)

1.一种GaN基发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
在衬底上依次外延生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层；
其中，所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层，所述第一GaN垒层生长采用的载气为纯净的N2或者H2和N2的混合气体，所述超晶格阱层生长采用的载气为纯净的N2，所述第二GaN垒层生长采用的载气为H2和N2的混合气体；所述第一GaN垒层生长采用的H2和N2的混合气体中，H2和N2的流量比为1:4～1:10；所述第二GaN垒层生长采用的H2和N2的混合气体中，H2和N2的流量比为1:4～1:7。
2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述第二GaN垒层的厚度大于所述第一GaN垒层的厚度。
3.根据权利要求1或2所述的生长方法，其特征在于，所述第二GaN垒层的厚度为800～1600nm。
4.根据权利要求1或2所述的生长方法，其特征在于，所述第一GaN垒层、所述超晶格阱层、所述第二GaN垒层中均掺有Si。
5.根据权利要求4所述的生长方法，其特征在于，所述超晶格阱层中Si的掺杂浓度为所述第一GaN垒层中Si的掺杂浓度的1/10。
6.根据权利要求4所述的生长方法，其特征在于，所述第二GaN垒层中Si的掺杂浓度大于所述超晶格阱层中Si的掺杂浓度。
7.根据权利要求4所述的生长方法，其特征在于，所述第二GaN垒层中Si的掺杂浓度与所述第一GaN垒层中Si的掺杂浓度不同。
8.根据权利要求1或2所述的生长方法，其特征在于，所述应力释放层的生长温度为900～1050℃。
CN201611190103.4A 2016-12-21 2016-12-21 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 Active CN106711297B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611190103.4A CN106711297B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201611190103.4A CN106711297B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106711297A CN106711297A (zh) 2017-05-24
CN106711297B true CN106711297B (zh) 2019-05-14

Family

ID=58938544

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201611190103.4A Active CN106711297B (zh) 2016-12-21 2016-12-21 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106711297B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107833953A (zh) * 2017-09-12 2018-03-23 合肥惠科金扬科技有限公司 microLED多量子阱层生长方法
CN115188863B (zh) * 2022-09-09 2022-12-06 江西兆驰半导体有限公司 发光二极管外延片及其制备方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104051586A (zh) * 2013-03-11 2014-09-17 江门市奥伦德光电有限公司 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法
CN105023979A (zh) * 2015-06-03 2015-11-04 华灿光电(苏州）有限公司 一种GaN基LED外延片及其制备方法
CN105990479A (zh) * 2015-02-11 2016-10-05 晶能光电（常州）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延结构及其制备方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2767620A1 (en) * 2013-02-15 2014-08-20 Azzurro Semiconductors AG P-doping of group-III-nitride buffer layer structure on a heterosubstrate

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104051586A (zh) * 2013-03-11 2014-09-17 江门市奥伦德光电有限公司 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法
CN105990479A (zh) * 2015-02-11 2016-10-05 晶能光电（常州）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延结构及其制备方法
CN105023979A (zh) * 2015-06-03 2015-11-04 华灿光电(苏州）有限公司 一种GaN基LED外延片及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106711297A (zh) 2017-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104835887B (zh) 一种发光二极管外延片及该外延片的生长方法
CN106057988B (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片的制备方法
CN104810442B (zh) 一种发光二极管外延片及其生长方法
CN104810445B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN106229390B (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法
CN107452841B (zh) 基于石墨烯的led外延生长方法
CN103515495B (zh) 一种GaN基发光二极管芯片的生长方法
US11621371B2 (en) Epitaxial structure, preparation method thereof, and LED
CN109119515A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN108336198A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN103811601A (zh) 一种以蓝宝石衬底为基板的GaN基LED多阶缓冲层生长方法
CN108878609B (zh) Led的aln缓冲层及其外延生长方法
CN106328777A (zh) 一种发光二极管应力释放层的外延生长方法
CN107731974A (zh) 一种GaN基发光二极管外延片及其生长方法
CN106848017B (zh) 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法
CN106711297B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法
CN114927601A (zh) 一种发光二极管及其制备方法
CN107799631B (zh) 高亮度led制备工艺
CN106711296B (zh) 一种绿光发光二极管的外延片及其生长方法
CN117410402A (zh) 一种发光二极管外延片及其制备方法、Micro-LED芯片
CN104966767B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法
CN106887492B (zh) 一种GaN基发光二极管外延片的制备方法
CN106252480A (zh) 一种发光二极管外延片及其生长方法
CN109755362A (zh) 一种高发光效率的氮化物发光二极管
CN107799632A (zh) 一种提高led外延层结晶质量的方法

Legal Events

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