CN109390440A - 一种发光二极管的外延片及制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于半导体器件制备技术领域，一种发光二极管的外延片及制备方法，外延片从下到上依次为蓝宝石衬底、AlN缓冲层、3D GaN层、超晶格缺陷屏蔽层、2D GaN层、Si掺杂GaN层、应力释放层、发光层和Mg掺杂GaN层；超晶格缺陷屏蔽层是生长在3D GaN上的周期性重复的AlxGayN/GaN层，其厚度为50～250nm；通过在3D GaN层和2D GaN层之间插入一层超晶格缺陷屏蔽层，通过该层AlxGayN/GaN界面张应力的变化，使3D GaN层生长时产生的缺陷的延伸方向发生侧向偏转，从而部分减少了缺陷往后面各层的延伸，提高了整个外延层的晶体质量，从而提高了外延片的抗静电能力。

Description

一种发光二极管的外延片及制备方法
技术领域
本发明属于半导体器件制备技术领域，涉及一种发光二极管的外延片的制备方法，该外延片具有较高的抗静电能力。
背景技术
发光二极管(LED)，具有光电转换效率高、体积小、使用寿命长、绿色环保等突出优点，在户外亮化与室内照明领域有着广阔的应用前景。影响LED芯片参数的最关键因素是外延片，因此，提升外延片的质量便成了各LED厂商的研究重点。
外延片的结构包括蓝宝石衬底、缓冲层、3D GaN层、2D GaN层、Si掺杂GaN层、应力释放层、发光层、Mg掺杂GaN层，各层之间界面的晶体质量，各层生长过程中的缺陷与杂质，都会影响整个外延片的晶体质量，进而影响外延片的抗静电能力。为了提升外延片的抗静电能力，通常引入具有使缺陷方向发生转移的外延层，以此提高整个外延片的晶体质量，从而增强外延片的抗静电能力。
发明内容
为了提高外延片的晶体质量，从而提升外延片抗静电能力，本发明提供了一种新的可以部分屏蔽外延层晶体缺陷的外延片生长方法。
本发明的技术方案：
一种发光二极管的外延片，所述的外延片从下到上依次为蓝宝石衬底、AlN缓冲层、3D GaN层、超晶格缺陷屏蔽层、2D GaN层、Si掺杂GaN层、应力释放层、发光层和Mg掺杂GaN层；所述的超晶格缺陷屏蔽层是生长在3D GaN上的周期性重复的AlxGayN/GaN层，其厚度为50～250nm；AlxGayN/GaN层的周期重复数为5～20，AlxGayN/GaN层中的AlxGayN单层的厚度为2～5nm，AlxGayN/GaN层中的GaN单层的厚度为5～8nm；
所述的AlxGayN/GaN层的AlxGayN层的Al组分x的值为0.1或在0.05～0.2；GaN层的厚度固定的或沿着生长方向厚度逐渐变厚。
一种发光二极管的外延片的制备方法，步骤如下：
提供一种蓝宝石衬底；
在蓝宝石衬底上用物理气相沉积法长一层厚度为20nm的AlN缓冲层；
在所述缓冲层上生长3D GaN层；
在所述3D GaN层上生长超晶格缺陷屏蔽层；
在所述超晶格缺陷屏蔽层上生长2D GaN层；
在所述2D GaN层上生长Si掺杂GaN层；
在所述Si掺杂GaN层上生长应力释放层；
在所述应力释放层上生长发光层；
在发光层上生长Mg掺杂GaN层，
其中，所述超晶格缺陷屏蔽层包括周期性交替生长的AlxGayN层和GaN层；
进一步地，所述AlxGayN层的生长压力为100～350mbar，且所述AlxGayN层的层数为5～20。
优选地，所述GaN层和所述的AlxGayN层的层数相同，GaN层的生长压力为200～600mbar。
可选地，在所述3D GaN层上生长超晶格缺陷屏蔽层，包括：在process gap 11～12.5mm区间生长AlxGayN层，在process gap11～12mm区间生长GaN层。
本发明的有益效果：通过在3D GaN层和2D GaN层之间插入一层AlxGayN/GaN超晶格缺陷屏蔽层，通过该层AlxGayN/GaN界面张应力的变化，使3D GaN层生长时产生的缺陷的延伸方向发生侧向偏转，从而部分减少了缺陷往后面各层的延伸，提高了整个外延层的晶体质量，从而提高了外延片的抗静电能力。
具体实施方式
以下结合技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。
需要说明，本申请实施例采用本领域常用的薄膜沉积工艺来完成。该沉积工艺可以为PVD、MOCVD等。
本实施例提供了一种提升外延片抗静电能力的方法，包括以下工艺步骤：
步骤1：选择厚度为650μm的蓝宝石PSS衬底，采用物理气相沉积方法，在其表面沉积20nm左右厚度的AlN缓冲层。
步骤2：在温度为1050～1100℃条件下，在H2氛围下，在上述AlN缓冲层上，生长3DGaN层。
步骤3：在3D GaN上生长AlxGayN超晶格缺陷屏蔽层，该层的具体生长，可采取以下方式：
实施例一：
超晶格缺陷屏蔽层的生长温度为1050℃，生长压力为200mbar，process gap设定为11mm，在氢气环境下生长15个周期。首先生长厚度3nm的AlxGayN层，再生长厚度为5nm的GaN层，AlxGayN中Al组分x为0.1。
实施例二：
超晶格缺陷屏蔽层的生长温度为1050℃，生长压力为200mbar，process gap设定为11mm，在氢气环境下生长10个周期。首先生长厚度3nm的AlxGayN层，再生长厚度为7nm的GaN层，AlxGayN层中Al组分x从0.05逐渐递增到0.2。
实施例三：
超晶格缺陷屏蔽层的生长温度为1050℃，在氢气环境下生长10个周期。首先，在process gap为12.5mm，生长压力为150mbar的条件下生长AlxGayN层，厚度为4nm，AlxGayN中Al组分x为0.1；其次，在process gap为11.5mm，生长压力为400mbar的条件下生长GaN层，厚度为6nm。
步骤4：在温度为1050～1150℃条件下，在H2条件下，在超晶格缺陷屏蔽层上生长2D GaN层。
步骤5：在温度为1050～1100℃条件下，在H2条件下，在生长2D GaN层上生长Si掺杂GaN层。
步骤6：在温度为700～800℃条件下，在N2条件下，在n型GaN上生长应力释放层。
步骤7：在温度为700～800℃条件下，在N2条件或N2和H2混合条件下，在应力释放层上生长发光层。
步骤8：在温度为700～1050℃条件下，在H2条件或N2和H2混合条件下，在发光层上生长Mg掺杂GaN层。

Claims (3)

1.一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述的外延片从下到上依次为蓝宝石衬底、AlN缓冲层、3D GaN层、超晶格缺陷屏蔽层、2D GaN层、Si掺杂GaN层、应力释放层、发光层和Mg掺杂GaN层；所述的超晶格缺陷屏蔽层是生长在3D GaN上的周期性重复的AlxGayN/GaN层，其厚度为50～250nm；AlxGayN/GaN层的周期重复数为5～20，AlxGayN/GaN层中的AlxGayN单层的厚度为2～5nm，AlxGayN/GaN层中的GaN单层的厚度为5～8nm；
所述的AlxGayN/GaN层的AlxGayN层的Al组分x的值为0.1或在0.05～0.2；GaN层的厚度固定的或沿着生长方向厚度逐渐变厚。
2.一种发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，步骤如下：
提供一种蓝宝石衬底；
在蓝宝石衬底上用物理气相沉积法长一层厚度为20nm的AlN缓冲层；
在所述缓冲层上生长3D GaN层；
在所述3D GaN层上生长超晶格缺陷屏蔽层；
在所述超晶格缺陷屏蔽层上生长2D GaN层；
在所述2D GaN层上生长Si掺杂GaN层；
在所述Si掺杂GaN层上生长应力释放层；
在所述应力释放层上生长发光层；
在发光层上生长Mg掺杂GaN层，
其中，所述超晶格缺陷屏蔽层包括周期性交替生长的AlxGayN层和GaN层；
所述AlxGayN层的生长压力为100～350mbar，且所述AlxGayN层的层数为5～20；
所述GaN层和所述的AlxGayN层的层数相同，GaN层的生长压力为200～600mbar。
3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述3D GaN层上生长缺陷屏蔽层，包括：在process gap 11～12.5mm区间生长AlxGayN层和在process gap11～12mm区间生长GaN层。
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