CN108336193A - 一种发光二极管外延片的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片的制备方法，属于半导体技术领域。包括：提供一AlN蓝宝石衬底；在AlN蓝宝石衬底上生长未掺杂氮化镓层；在未掺杂氮化镓层上生长N型氮化镓层；在N型氮化镓层上生长多量子阱层；在多量子阱层上生长电子阻挡层；在电子阻挡层上生长P型氮化镓层；电子阻挡层为P型掺杂的铝镓氮层，电子阻挡层生长P型氮化镓层的表面为氮极性表面。本发明通过将电子阻挡层设置P型氮化镓层的表面设置为氮极性表面，由于氮极性表面比金属极性表面的形貌更为凹凸不平，因此电子阻挡层和P型氮化镓层之间的接触更为紧密，欧姆接触电阻低，短沟道效应弱，有利于空穴的注入，增加空穴和电子的复合效率，提升发光二极管的发光效率。
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的制备方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是利用半导体的PN结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。外延片是发光二极管制备过程中的初级成品。
现有的外延片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层。其中，多量子阱层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置，量子阱为铟镓氮层，量子垒为氮化镓层。当注入电流时，N型氮化镓层提供的电子和P型氮化镓层提供的空穴注入多量子阱层复合发光。
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：
P型氮化镓层是通过活化镁提供空穴，但镁的活化效率很低，因此P型氮化镓层提供的空穴数量会少于N型氮化镓层提供的电子数量。加上空穴的质量比电子大得多，迁移速度比电子慢，因此注入多量子阱层的空穴数量会明显少于电子，极大限制了多量子阱层的复合发光，导致发光二极管的发光效率较低。
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备方法。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备方法，所述制备方法包括：
提供一AlN蓝宝石衬底；
在所述AlN蓝宝石衬底上生长未掺杂氮化镓层；
在所述未掺杂氮化镓层上生长N型氮化镓层；
在所述N型氮化镓层上生长多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上生长P型氮化镓层；
其中，所述电子阻挡层为铝镓氮层，所述电子阻挡层生长所述P型氮化镓层的表面为氮极性表面。
可选地，所述在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，包括：
采用氨气对所述多量子阱层的表面进行处理；
控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
优选地，所述控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层，包括：
控制生长温度为900℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
优选地，所述控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层，包括：
控制生长温度为400℃～800℃，Ⅴ/Ⅲ比为300～900，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
可选地，所述电子阻挡层的生长压力为200torr～500torr。
可选地，所述电子阻挡层的厚度为50nm～150nm。
可选地，所述电子阻挡层中铝组分的摩尔含量保持不变。
可选地，所述电子阻挡层的铝组分的摩尔含量沿所述发光二极管外延片的生长方向逐渐降低。
可选地，所述电子阻挡层为AlyGa1-yN层，0.1＜y＜0.5。
可选地，所述提供一AlN蓝宝石衬底，包括：
采用物理气相沉积技术在蓝宝石衬底上形成氮化铝薄膜。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将电子阻挡层设置P型氮化镓层的表面设置为氮极性表面，由于氮极性表面比金属极性表面的形貌更为凹凸不平，因此电子阻挡层和P型氮化镓层之间的接触更为紧密，欧姆接触电阻低，短沟道效应弱，有利于空穴的注入，增加空穴和电子的复合效率，提升发光二极管的发光效率。
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制备方法的流程图。
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的制备方法，图1为本发明实施例提供的制备方法的流程图，参见图1，该制备方法包括：
步骤101：提供一AlN蓝宝石衬底。
具体地，该步骤101可以包括：
采用物理气相沉积(英文：Physical Vapor Deposition，简称：PVD)技术在蓝宝石衬底上形成氮化铝薄膜。
利用PVD技术预先在蓝宝石衬底上形成氮化铝薄膜，后续原子极化调整层生长在氮化铝薄膜上，有利于原子极化调整层的生长，提高外延片的生长质量。
具体地，氮化铝薄膜的厚度可以为10nm～30nm。
步骤102：在AlN蓝宝石衬底上生长未掺杂氮化镓层。
具体地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为1μm～5μm。未掺杂氮化镓层的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为100torr～500torr。
步骤103：在未掺杂氮化镓层上生长N型氮化镓层。
具体地，N型氮化镓层的厚度可以为1μm～5μm，N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018cm-3～1019cm-3。N型氮化镓层的生长温度可以为1000℃～1200℃，生长压力可以为100torr～500torr。
步骤104：在N型氮化镓层上生长多量子阱层。
具体地，多量子阱层可以包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠，量子阱可以为铟镓氮层，量子垒可以为氮化镓层或者铝镓氮层。
更具体地，量子阱的厚度可以为2.5nm～3.5nm，量子垒的厚度可以为9nm～20nm；量子垒的数量与量子阱的数量相同，量子阱的数量可以为5个～15个。量子阱的生长温度可以为720℃～829℃，生长压力可以为100torr～500torr；量子垒的生长温度可以为850℃～959℃，生长压力可以为100torr～500torr。
步骤105：在多量子阱层上生长电子阻挡层。
在本实施例中，电子阻挡层为铝镓氮层，电子阻挡层生长P型氮化镓层的表面为氮极性表面。
具体地，该步骤105可以包括：
采用氨气对多量子阱层的表面进行处理；
控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
通过采用氨气的预处理、以及对生长温度和Ⅴ/Ⅲ比的控制，实现氮极性表面。其中，Ⅴ/Ⅲ比为原子极化调整层中Ⅴ族元素和Ⅲ族元素的摩尔比，具体为提供原子极化调整层中Ⅴ族元素的气体(即氨气)和提供原子极化调整层中Ⅲ族元素的气体(三甲基镓和三甲基铝中的至少一个)的摩尔比。
在本实施例的一种实现方式中，控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层，可以包括：
控制生长温度为900℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
通过生长温度和Ⅴ/Ⅲ比的配合，实现较好的氮极性表面。
在本实施例的另一种实现方式中，控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层，可以包括：
控制生长温度为400℃～800℃，Ⅴ/Ⅲ比为300～900，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
通过生长温度和Ⅴ/Ⅲ比的配合，实现较好的氮极性表面。
可选地，电子阻挡层的生长压力可以为200torr～500torr，以利于电子阻挡层的生长。
可选地，电子阻挡层的厚度可以为50nm～150nm。如果电子阻挡层的厚度小于50nm，则可能影响电子的阻挡效果；如果电子阻挡层的厚度大于150nm，则可能影响空穴的注入。
在本实施例的一种实现方式中，电子阻挡层中铝组分的摩尔含量可以保持不变，实现简单方便。
在本实施例的另一种实现方式中，电子阻挡层的铝组分的摩尔含量可以沿该发光二极管外延片的生长方向逐渐降低，以尽可能阻挡电子，注入空穴。
可选地，电子阻挡层可以为AlyGa1-yN层，0.1＜y＜0.5，以尽可能阻挡电子，注入空穴。
步骤106：在电子阻挡层上生长P型氮化镓层。
具体地，P型氮化镓层的厚度可以为100nm～800nm。P型氮化镓层的生长温度可以为750℃～1080℃，生长压力可以为200torr～500torr。
本发明实施例通过将电子阻挡层设置P型氮化镓层的表面设置为氮极性表面，由于氮极性表面比金属极性表面的形貌更为凹凸不平，因此电子阻挡层和P型氮化镓层之间的接触更为紧密，欧姆接触电阻低，短沟道效应弱，有利于空穴的注入，增加空穴和电子的复合效率，提升发光二极管的发光效率。
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备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的一种具体实现。具体地，该制备方法包括：
步骤201：控制温度为1050℃，压力为300Torr，在AlN蓝宝石衬底上生长厚度为3μm的未掺杂氮化镓层。
步骤202：控制温度为1100℃，压力为300Torr，在未掺杂氮化镓层上生长厚度为3μm、掺杂浓度为5*1018cm-3的N型氮化镓层。
步骤203：控制压力为300Torr，在N型氮化镓层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括10个量子阱和10个量子垒，10个量子阱和10个量子垒交替层叠设置；量子阱为铟镓氮层，厚度为3nm，生长温度为775℃；量子垒层为氮化镓层，厚度为15nm，生长温度为905℃。
步骤204：采用氨气对多量子阱层的表面进行处理。
步骤205：控制温度为400℃，压力为350Torr，Ⅴ/Ⅲ比为1200，在多量子阱层上生长厚度为100nm的P型铝镓氮层，形成电子阻挡层。
步骤206：控制温度为965℃，压力为350Torr，在电子阻挡层上生长厚度为350nm的P型氮化镓层。
步骤207：控制温度为950℃，压力为200Torr，继续生长厚度为150nm的P型接触层。
步骤208：控制温度为750℃，持续时间为7.5分钟，在氮气气氛中进行退火处理。
实验发现，在60毫安/300mil2下，电压降低0.02V～0.05V，能效提高0.5％～1％。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果明显减弱。
实施例四
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为400℃，Ⅴ/Ⅲ比为40。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果基本相同，但生长温度较低，导致电子阻挡层质量偏差，良率降低明显。
实施例五
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为1200。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果提升10％～20％。
实施例六
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为900℃，Ⅴ/Ⅲ比为40。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果减弱。
实施例七
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为200。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果提升5％～15％。
实施例八
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为1000℃，Ⅴ/Ⅲ比为100。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果提升5％～15％。
实施例九
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为400℃，Ⅴ/Ⅲ比为900。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果略有提升，但生长温度较低，导致良率降低明显。
实施例十
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，本实施例提供的制备方法是实施例一提供的制备方法的另一种具体实现。本实施例提供的制备方法与实施例二提供的制备方法基本相同，不同之处在于，在本实施例中，电子阻挡层的生长温度为800℃，Ⅴ/Ⅲ比为300。
实验发现，与实施例第二相比，有益效果提升5％左右。
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的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：
提供一AlN蓝宝石衬底；
在所述AlN蓝宝石衬底上生长未掺杂氮化镓层；
在所述未掺杂氮化镓层上生长N型氮化镓层；
在所述N型氮化镓层上生长多量子阱层；
在所述多量子阱层上生长电子阻挡层；
在所述电子阻挡层上生长P型氮化镓层；
其中，所述电子阻挡层为P型掺杂的铝镓氮层，所述电子阻挡层生长所述P型氮化镓层的表面为氮极性表面。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述在所述多量子阱层上生长电子阻挡层，包括：
采用氨气对所述多量子阱层的表面进行处理；
控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层，包括：
控制生长温度为900℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述控制生长温度为400℃～1200℃，Ⅴ/Ⅲ比为40～1200，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层，包括：
控制生长温度为400℃～800℃，Ⅴ/Ⅲ比为300～900，采用氨气和三甲基铝、三甲基镓生长电子阻挡层。
5.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层的生长压力为200torr～500torr。
6.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层的厚度为50nm～150nm。
7.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层中铝组分的摩尔含量保持不变。
8.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层的铝组分的摩尔含量沿所述发光二极管外延片的生长方向逐渐降低。
9.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电子阻挡层为AlyGa1-yN层，0.1＜y＜0.5。
10.根据权利要求1～4任一项所述的制备方法，其特征在于，所述提供一AlN蓝宝石衬底，包括：
采用物理气相沉积技术在蓝宝石衬底上形成氮化铝薄膜。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN109461802A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-03-12 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN111599903A (zh) * | 2020-06-23 | 2020-08-28 | 东南大学 | 一种具有极化掺杂复合极性面电子阻挡层的紫外led |
Citations (3)
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| KR20130092829A (ko) * | 2012-02-13 | 2013-08-21 | 삼성전자주식회사 | 질화물 반도체 발광소자의 제조방법 |
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| CN105826440A (zh) * | 2016-05-25 | 2016-08-03 | 天津三安光电有限公司 | 氮化镓基发光二极管及其制备方法 |
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2017
- 2017-12-29 CN CN201711479867.XA patent/CN108336193B/zh active Active
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