CN110459656B - 紫外led外延片及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种紫外LED外延片及其制备方法，其中，紫外LED外延片中包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。可有效减小紫外LED外延结构中n型AlGaN电流扩展层受到的张应力，避免外延层中的裂纹；及降低n型AlGaN电流扩展层中的晶体缺陷密度，提高紫外LED光效和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及LED技术领域，尤其是一种紫外LED外延片及其制备方法。
背景技术
在波长短于385nm的(Al)GaN基紫外LED结构中，通常会使用n型AlGaN层替代n型GaN作为n型电流扩展层，以减少对有源区发射紫外光子的吸收。但是，由于Al原子的表面迁移率很低，在衬底上直接生长n型AlGaN比较困难，会导致高密度的晶体缺陷，制约紫外LED的发光效率和可靠性。
为了减少紫外LED中n型AlGaN层的晶体缺陷，一般会在衬底上先生长一层低缺陷密度的GaN，之后再生长n型AlGaN电流扩展层。但由于晶格常数差异，AlGaN在GaN上会受到较大的张应力，很容易产生高密度的破坏性裂纹。另外，在波长短于385nm的(Al)GaN基紫外LED芯片的制程中，需要完全去掉n型AlGaN电流扩展层之前的GaN外延层以消除GaN对紫外光的强烈吸收。由于外延片内和外延片间的厚度并不均匀，设定刻蚀深度的传统方法并不能保证GaN外延层被刻蚀完全。
发明内容
为了克服以上不足，本发明提供了一种紫外LED外延片及其制备方法，有效缓解现有紫外LED外延片中出现的压应力较大等技术问题。
本发明提供的技术方案为：
一种紫外LED外延片，包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，所述低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于所述生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。
本发明还提供了一种紫外LED外延片制备方法，包括：
S1在MOCVD系统中，在生长衬底表面生长低缺陷密度GaN层；
S2将生长有低缺陷密度GaN层的生长衬底从MOCVD系统中降温取出，采用光刻工艺在所述低缺陷密度GaN层上制备图形中间层；所述图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间；
S3将表面制备有低缺陷密度GaN层和图形中间层的生长衬底放入MOCVD系统中，在高温、低压、高V/III比的外延横向生长条件下生长n型电流扩展层，同时保持图形中间层的条形柱子之间的中空结构，而后在n型AlGaN电流扩展层上依次生长有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外LED外延片的制备。
在本发明提供的紫外LED外延片中，在生长衬底上生长一层低缺陷密度GaN层后在该GaN层上制作微米尺寸的图形中间层；之后，利用外延横向生长技术在GaN条状图形(图形中间层)上生长平整的n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层。可有效减小紫外LED外延结构中n型AlGaN电流扩展层受到的张应力，避免外延层中的裂纹；及降低n型AlGaN电流扩展层中的晶体缺陷密度，提高紫外LED光效和可靠性。再有，在后续的芯片制程粗化工艺中，相比于没有图形中间层的结构，腐蚀液对图形中间层沟槽的横向钻蚀可以更加精准的完全去除GaN层，并同时在芯片表面产生粗化形貌。
附图说明
图1为本发明中紫外LED外延片结构示意图；
图2～4为本发明中紫外LED外延片制备流程图。
附图标记：
1-生长衬底，2-低缺陷密度GaN层，3-图形中间层，4-n型AlGaN电流扩展层，5-有源区发光层，6-p型电流扩展层。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本发明的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。
如图1所示为本发明提供的紫外LED外延片结构示意图，包括：生长衬底1、低缺陷密度GaN层2、图形中间层3、n型AlGaN电流扩展层4、有源区发光层5(InGaN/AlGaN多量子阱结构)及p型电流扩展层6(AlGaN层)，低缺陷密度GaN层2、图形中间层3、n型AlGaN电流扩展层4、有源区发光层5及p型电流扩展层6依次生长于生长衬底表面，其中，图形中间层3由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。
在生长过程中，首先，在MOCVD系统中，在生长衬底表面生长厚度在1000～1500nm之间的低缺陷密度GaN层，如图2所示；之后，将外延片从MOCVD系统中降温取出，采用光刻工艺在低缺陷密度GaN层上制备图形中间层(蚀刻低缺陷密度GaN层得到)，其中，图形中间层厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间，如图3所示；接着，将制有图形中间层的外延片放入MOCVD系统中，在图形中间层表面继续生长n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外LED外延片的制备，如图4所示。
以下通过一实例对紫外LED外延片的制备过程进行进一步说明：
首先，将蓝宝石衬底放置到MOCVD反应室中，将反应室温度设定在800～1200℃，往反应室中通入三甲基镓(TMGa)、氨气(NH3)，在H2作为载气的条件下生长厚度为1200nm的低缺陷密度GaN层。
接着，将MOCVD设备降温后取出外延片，并用BOE清洗液对外延片表面进行清洗；之后，使用光刻胶在外延片表面制备高度为2μm、宽度为10μm的条状图形，且条状图形之间的间隔为10μm。接着，对低缺陷密度GaN层进行ICP刻蚀，得到高度为1.5μm、宽度为10μm、间隔为10μm的GAN条状图形，完成图形中间层的制备。
接着，将光刻后的外延片放回MOCVD设备，将反应时温度设定在1100℃左右，气压设定在70torr，往反应室中通入三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)及氨气(NH3)，以硅烷(SiH4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×1018cm-3，生长n型电流扩展层，生长出来的n型电流扩展层为Al组分7％的n型Al0.07Ga0.93N层，厚度3000nm。
之后，以氮气(N2)作为载气，在800℃下生长In0.02Ga0.98N量子阱层，升温到950℃，生长Al0.15Ga0.85N势垒层，重复生长7对制备得到有源发光层。具体，有源发光层为7对In0.02Ga0.98N/Al0.15Ga0.85N(3nm/15nm)多量子阱结构，发光波长约为365nm，属于近紫外波段。Al0.15Ga0.85N势垒层中硅掺杂浓度为2×1018cm-3，In0.02Ga0.98N量子阱层为非故意掺杂。
最后，以H2或者N2作为载气，通入TMAl、TMGa及NH3，且以二茂镁(Cp2Mg)作为掺杂剂在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层5，厚度为80nm。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (2)
1.一种紫外LED外延片，其特征在于，包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，所述低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于所述生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000~1500nm之间，宽度在1~10μm，相邻条状图形之间的间隔在1~10μm之间；n型AlGaN电流扩展层横向生长在图形中间层上，图形中间层保持GaN条状图形之间的中空结构；
所述低缺陷密度GaN层的厚度在1000~1500nm之间。
2.一种紫外LED外延片制备方法，其特征在于，包括：
S1 在MOCVD系统中，在生长衬底表面生长低缺陷密度GaN层；
S2 将生长有低缺陷密度GaN层的生长衬底从MOCVD系统中降温取出，采用光刻工艺在所述低缺陷密度GaN层上制备图形中间层；所述图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000~1500nm之间，宽度在1~10μm，相邻条状图形之间的间隔在1~10μm之间；
S3 将表面制备有低缺陷密度GaN层和图形中间层的生长衬底放入MOCVD系统中，在所述图形中间层表面依次生长n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外LED外延片的制备；n型AlGaN电流扩展层横向生长在图形中间层上，图形中间层保持GaN条状图形之间的中空结构；
在步骤S1中，所述低缺陷密度GaN层的厚度在1000~1500nm之间。
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| JP2006128527A (ja) * | 2004-11-01 | 2006-05-18 | Osaka Gas Co Ltd | ＧａＮ系化合物半導体の製造方法 |
| CN104505444A (zh) * | 2014-12-09 | 2015-04-08 | 西安神光安瑞光电科技有限公司 | 一种减少外延层缺陷密度的外延生长方法 |
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