CN105023979B - 一种GaN基LED外延片及其制备方法 - Google Patents
一种GaN基LED外延片及其制备方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN105023979B CN105023979B CN201510300089.8A CN201510300089A CN105023979B CN 105023979 B CN105023979 B CN 105023979B CN 201510300089 A CN201510300089 A CN 201510300089A CN 105023979 B CN105023979 B CN 105023979B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- layer
- sublayers
- epitaxial wafer
- thickness
- aln
- 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
Links
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims abstract description 42
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 claims abstract description 11
- 230000012010 growth Effects 0.000 claims description 42
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 13
- 229910052594 sapphire Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 239000010980 sapphire Substances 0.000 claims description 12
- 235000012431 wafers Nutrition 0.000 claims 7
- 230000006835 compression Effects 0.000 abstract description 11
- 238000007906 compression Methods 0.000 abstract description 11
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 abstract description 8
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 abstract description 3
- QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N Ammonia Chemical compound N QGZKDVFQNNGYKY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 24
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 17
- 229910021529 ammonia Inorganic materials 0.000 description 12
- BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N Silane Chemical compound [SiH4] BLRPTPMANUNPDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 229910000077 silane Inorganic materials 0.000 description 8
- JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N trimethylaluminium Chemical compound C[Al](C)C JLTRXTDYQLMHGR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N trimethylgallium Chemical compound C[Ga](C)C XCZXGTMEAKBVPV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- UNCRKDFOOFDWDK-UHFFFAOYSA-N CCCCC[Mg]CCCCC Chemical compound CCCCC[Mg]CCCCC UNCRKDFOOFDWDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 238000000151 deposition Methods 0.000 description 4
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 4
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 3
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 3
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 3
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000407 epitaxy Methods 0.000 description 2
- 229910002704 AlGaN Inorganic materials 0.000 description 1
- GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N Gallium Chemical compound [Ga] GYHNNYVSQQEPJS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 208000012868 Overgrowth Diseases 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000005229 chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000005286 illumination Methods 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 238000002488 metal-organic chemical vapour deposition Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 230000034655 secondary growth Effects 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
- H01L33/02—Semiconductor 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
- H01L33/12—Semiconductor 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 stress relaxation structure, e.g. buffer layer
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02367—Substrates
- H01L21/0237—Materials
- H01L21/0242—Crystalline insulating materials
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02439—Materials
- H01L21/02455—Group 13/15 materials
- H01L21/02458—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02436—Intermediate layers between substrates and deposited layers
- H01L21/02494—Structure
- H01L21/02496—Layer structure
- H01L21/02505—Layer structure consisting of more than two layers
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02518—Deposited layers
- H01L21/02521—Materials
- H01L21/02538—Group 13/15 materials
- H01L21/0254—Nitrides
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
- H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
- H01L21/02104—Forming layers
- H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
- H01L21/02612—Formation types
- H01L21/02617—Deposition types
- H01L21/0262—Reduction or decomposition of gaseous compounds, e.g. CVD
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
- H01L33/005—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
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L33/00—Semiconductor 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
- H01L33/005—Processes
- H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
- H01L33/0075—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds comprising nitride compounds
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Led Devices (AREA)
Abstract
本发明公开了一种GaN基LED外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述外延片包括：衬底、和依次层叠在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层，缓冲层包括：依次生长的SiN子层、AlN子层、以及YxGa1‑xN子层，0＜X＜0.5，Y为Al、Si、以及Mg中一个或者多个。本发明制备的缓冲层中，AlN子层能缓解制备出的GaN基外延片中心下凹的翘曲程度，YxGa1‑xN子层可以在一定范围内调节AlN子层产生压应力，使得制备出的GaN基外延片翘曲在一定范围内可控，进而提高GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基LED外延片及其制备方法。
背景技术
发光二极管(Light Emitting Diodes，简称“LED”)是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件，因其具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，被广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
常规GaN基LED外延片主要采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemical Vapor Deposition，简称“MOCVD”)方法制备，LED外延片一般包括：衬底、以及依次生长在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层，低温应力释放层，多量子阱层，电子阻挡层，p型GaN层、以及欧姆接触层。
为了避免由于GaN与衬底(例如：蓝宝石)之间的晶格失配度较大、热膨胀系数差异较大，而产生的GaN基外延片翘曲度大的问题，常规采用两步生长法制备缓冲层。具体地，两步生长法为：第一步，在低温下生长非晶态GaN成核层；第二步，在高温下，配合适当的生长速度，即可形成较高质量的GaN层结构。
但是，在采用大尺寸衬底(例如：4寸、6寸、以及8寸)时，通过常规的两步生长法制备缓冲层无法控制制备出的GaN基外延片的翘曲度，制备出的GaN基外延片的翘曲度大，导致出现GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均匀性差的问题。
发明内容
为了解决现有的大尺寸GaN基外延片的电性及波长均匀性不理想的问题，本发明实施例提供了一种GaN基LED外延片及其制备方法。所述技术方案如下：
一方面，提供了一种GaN基LED外延片，所述外延片包括：衬底、和依次层叠在所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层，所述缓冲层包括：依次生长的SiN子层、AlN子层、以及YxGa1-xN子层，0＜X＜0.5，Y为Si、以及Mg中一个，所述衬底为蓝宝石衬底。
具体地，所述SiN子层的厚度为0.5nm～5nm。
具体地，所述AlN子层的厚度为5nm～25nm。
具体地，所述YxGa1-xN子层的厚度为5nm～25nm。
进一步地，所述缓冲层的厚度为15～40nm。
另一方面，提供了一种GaN基LED外延片的制备方法，所述方法包括：
在衬底上生长缓冲层；
在所述缓冲层上依次生长非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层，
所述在衬底上生长缓冲层，包括：
在所述衬底上生长一层SiN子层；
在所述SiN子层上生长一层AlN子层；
在所述AlN子层上生长一层YxGa1-xN子层，0＜X＜0.5，Y为Si、以及Mg中一个，所述衬底为蓝宝石衬底。
具体地，所述在所述衬底上生长一层SiN子层，包括：
在生长温度为500℃～1000℃、压强为100torr～600torr的条件下，在所述衬底上生长一层厚度为0.5nm～5nm的SiN子层。
具体地，所述在所述SiN子层上生长一层AlN子层，包括：
在生长温度为450℃～750℃、压强为50torr～500torr的条件下，在所述SiN子层上生长一层厚度为5nm～25nm的AlN子层。
具体地，所述在所述AlN子层上生长一层YxGa1-xN子层，包括：
在生长温度为450℃～700℃、压强为50torr～500torr的条件下，在所述AlN子层上生长一层厚度为5nm～25nm的YxGa1-xN子层。
进一步地，所述缓冲层的厚度为15～40nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过采用由SiN子层、AlN子层、以及YxGa1-xN子层(0＜X＜0.5，Y为Al、Si、以及Mg中一个或者多个)构成的缓冲层，其中，AlN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生压应力，进而能缓解制备出的GaN基外延片中心下凹的翘曲，YxGa1-xN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生张应力，可以在一定范围内调节AlN子层对后续生长的GaN基外延层产生压应力，使得制备出的GaN基外延片翘曲在一定范围内可控，进而提高制备出的GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均匀性，提高最终良品率。
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GaN基LED外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的一种缓冲层的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种GaN基LED外延片的制备方法流程图；
图4是本发明实施例二提供的一种缓冲层的制备方式流程图。
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GaN基LED外延片，参见图1，该外延片包括：衬底10、和依次层叠在衬底10上的缓冲层20、非掺杂GaN层30、n型GaN层40、低温应力释放层50、多量子阱层60、电子阻挡层70、p型GaN层80、以及p型欧姆接触层90。
参见图2，该缓冲层20包括：依次生长的SiN子层21、AlN子层22、以及YxGa1-xN子层23，0＜X＜0.5，Y为Al、Si、以及Mg中一个或者多个。
在本实施例中，衬底10可以为蓝宝石材料。
在本实施例中，SiN子层21生长在衬底上，为后续缓冲层20提供窗口，有利于侧向外延生长，能够更好的降低后续生长的GaN基外延层的位错密度，进而提高GaN基LED外延片的质量。
需要说明的是，常规制备LED外延片时，由于GaN与衬底(例如：蓝宝石)之间的晶格失配度、热膨胀系数差异较大，磊晶时外延层受到张应力的影响，进而造成常规GaN基外延片翘曲呈中心下凹。
在本实施例中，由于AlN比GaN的晶格常数小，AlN子层22会对后续生长的GaN基的外延层产生压应力，后续生长的GaN基外延片受压应力影响其翘曲呈中心上凸的趋势，能在一定程度上缓解常规GaN基外延片中心下凹的翘曲，进而提高生成的GaN基LED外延片中心与边缘的电性和波长均匀性。
在本实施例中，YxGa1-xN含有Ga，其整体晶格常数虽小于GaN但大于AlN，YxGa1-xN子层23会对后续生长的GaN基的外延层产生张应力，通过调节YxGa1-xN子层23的厚度、Y的材料的选择、以及YxGa1-xN子层中Y的比例，可以调节GaN基外延层生长中受到AlN子层22的压应力对翘曲的影响，使得备出的GaN基外延片的翘曲度在一定范围内可控，进而能提高GaN基外延片中心与边缘的电性和波长均匀性。具体地，YxGa1-xN子层23的厚度越大，YxGa1-xN子层23对GaN基的外延层产生张应力较大，在调节GaN基外延片的翘曲度时，可以根据AlN子层22的厚度来选择YxGa1-xN子层23的厚度，例如：当AlN子层22的厚度为20～25nm时，YxGa1-xN子层23的厚度可以选择为15～25nm。进一步地，在YxGa1-xN子层23的厚度不变的情况下，YxGa1-xN子层23中，Y的选择也会影响其对GaN基的外延层产生张应力的大小。当Y选择Si或者Mg时，YxGa1-xN子层23对GaN基的外延层产生张应力相对较大；当Y选择Al时，YxGa1-xN子层23对GaN基的外延层产生张应力相对较小。在实际应用中，在YxGa1-xN子层23的厚度不变的情况下，如果AlN子层22的厚度为5～15nm时，Y可以选择Al；如果AlN子层22的厚度为15～25nm时，Y可以选择Si或者Mg。此外，在YxGa1-xN子层23的厚度不变的情况下，YxGa1-xN子层23中，Y的比例的选择也会影响其对GaN基的外延层产生张应力的大小。当Y选择Si或者Mg时，YxGa1-xN子层23中Y的比例越大，YxGa1-xN子层23对GaN基的外延层产生张应力越大；当Y选择Al时，YxGa1-xN子层23中Y的比例越大，YxGa1-xN子层23对GaN基的外延层产生张应力越小。
具体地，SiN子层21的厚度可以为0.5nm～5nm。
具体地，AlN子层22的厚度可以为5nm～25nm。
具体地，YxGa1-xN子层23的厚度可以为5nm～25nm。
进一步地，缓冲层20的厚度可以为15～40nm。
在本实施例中，缓冲层20不宜生长过厚，缓冲层20的厚度可以为15～40nm。在生长AlN子层22和YxGa1-xN子层23时，可以考虑上述YxGa1-xN子层23的厚度、Y的材料的选择、以及YxGa1-xN子层中Y的比例，对后续生长的GaN基的外延层产生张应力的影响，来选择AlN子层22和YxGa1-xN子层23的厚度。例如：1，SiN子层21的厚度为3nm，AlN子层22的厚度为20nm，YxGa1-xN子层23为10nm厚的Si0.1Ga0.9N子层；2，SiN子层21的厚度为3nm，AlN子层22的厚度为20nm，YxGa1-xN子层23为10nm厚的Si0.1Mg0.1Ga0.8N子层；3，SiN子层21的厚度为3nm，AlN子层22的厚度为20nm，YxGa1-xN子层23为15nm厚的Al0.2Mg0.1Ga0。7N子层。
在本实施例中，非掺杂GaN层30的厚度可以为800～1200nm；n型GaN层40的厚度可以为1～3μm；低温应力释放层50的厚度可以为10nm～30nm(其中，低温应力释放层50的生长温度为800～900度)；多量子阱层60为周期性结构，每个周期的厚度可以为9～15nm；电子阻挡层70可以为p型AlGaN层，其厚度可以为20～100nm；p型GaN层80的厚度为50～200nm；p型欧姆接触层90的厚度为0.5～10nm。
需要说明的是，本实施例提供的GaN基LED外延片仅可以为常规尺寸，也可以为大尺寸(例如：4寸、6寸、以及8寸)。
本发明实施例通过采用由SiN子层、AlN子层、以及YxGa1-xN子层(0＜X＜0.5，Y为Al、Si、以及Mg中一个或者多个)构成的缓冲层，其中，AlN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生压应力，进而能缓解制备出的GaN基外延片中心下凹的翘曲，YxGa1-xN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生张应力，可以在一定范围内调节AlN子层对后续生长的GaN基外延层产生压应力，使得制备出的GaN基外延片翘曲在一定范围内可控，进而提高制备出的GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均匀性，提高最终良品率。
实施例二
本发明实施例提供了一种GaN基LED外延片的制备方法，参见图3，该方法包括：
步骤S21，在衬底上生长缓冲层。
在本实施例中，衬底材料可以为蓝宝石。
参见图4，上述步骤S21可以通过如下方式实现：
步骤S211，在衬底上生长一层SiN子层；
具体地，上述步骤S211可以通过如下方式实现：
在生长温度为500℃～1000℃、压强为100torr～600torr的条件下，在衬底上生长一层厚度为0.5nm～5nm的SiN子层。
在本实施例中，SiN子层生长在衬底上，为后续缓冲层提供窗口，有利于侧向外延生长，能够更好的降低后续生长的GaN基外延层的位错密度，进而提高GaN基LED外延片的质量。
步骤S212，在SiN子层上生长一层AlN子层；
具体地，上述步骤S212可以通过如下方式实现：
在生长温度为450℃～750℃、压强为50torr～500torr的条件下，在SiN子层上生长一层厚度为5nm～25nm的AlN子层。
需要说明的是，常规制备LED外延片时，由于GaN与衬底(例如：蓝宝石)之间的晶格失配度、热膨胀系数差异较大，磊晶时外延层受到张应力的影响，进而造成常规GaN基外延片翘曲呈中心下凹。
在本实施例中，由于AlN比GaN的晶格常数小，AlN子层会对后续生长的GaN基的外延层产生压应力，后续生长的GaN基外延片受压应力影响其翘曲呈中心上凸的趋势，能在一定程度上缓解常规GaN基外延片中心下凹的翘曲，进而提高生成的GaN基LED外延片中心与边缘的电性和波长均匀性。
步骤S213，在AlN子层上生长一层YxGa1-xN子层，0＜X＜0.5，Y为Al、Si、以及Mg中一个或者多个。
具体地，上述步骤S213可以通过如下方式实现：
在生长温度为450℃～700℃、压强为50torr～500torr的条件下，在AlN子层上生长一层厚度为5nm～25nm的YxGa1-xN子层。
在本实施例中，YxGa1-xN含有Ga，其整体晶格常数虽小于GaN但大于AlN，YxGa1-xN子层会对后续生长的GaN基的外延层产生张应力，通过调节YxGa1-xN子层的厚度、Y的材料的选择、以及YxGa1-xN子层中Y的比例，可以调节GaN基外延层生长中受到AlN子层的压应力对翘曲的影响，使得备出的GaN基外延片的翘曲度在一定范围内可控，进而能提高GaN基外延片中心与边缘的电性和波长均匀性。具体地，YxGa1-xN子层的厚度越大，YxGa1-xN子层对GaN基的外延层产生张应力较大，在调节GaN基外延片的翘曲度时，可以根据AlN子层的厚度来选择YxGa1-xN子层的厚度，例如：当AlN子层的厚度为20～25nm时，YxGa1-xN子层的厚度可以选择为15～25nm。进一步地，在YxGa1-xN子层的厚度不变的情况下，YxGa1-xN子层中，Y的选择也会影响其对GaN基的外延层产生张应力的大小。当Y选择Si或者Mg时，YxGa1-xN子层对GaN基的外延层产生张应力相对较大；当Y选择Al时，YxGa1-xN子层对GaN基的外延层产生张应力相对较小。在实际应用中，在YxGa1-xN子层的厚度不变的情况下，如果AlN子层的厚度为5～15nm时，Y可以选择Al；如果AlN子层的厚度为15～25nm时，Y可以选择Si或者Mg。此外，在YxGa1-xN子层的厚度不变的情况下，YxGa1-xN子层中，Y的比例的选择也会影响其对GaN基的外延层产生张应力的大小。当Y选择Si或者Mg时，YxGa1-xN子层中Y的比例越大，YxGa1-xN子层对GaN基的外延层产生张应力越大；当Y选择Al时，YxGa1-xN子层中Y的比例越大，YxGa1-xN子层对GaN基的外延层产生张应力越小。
步骤S22，在缓冲层上依次生长非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层。
具体地，缓冲层的厚度可以为15～40nm。
需要说明的是，本实施例提供的一种GaN基LED外延片的制备方法不仅可以适用于制备常规尺寸LED，也可以适用于制备大尺寸(例如：4寸、6寸、以及8寸)LED。
下面简要举例说明一下在实际应用中GaN基LED外延片的制备过程：
1，采用MOCVD法，调节反应腔的温度至800℃，通入硅烷和氨气，在蓝宝石衬底上沉积一层厚度为3nm的SiN子层；降低反应腔的温度至650℃，通入三甲基铝和氨气，在SiN子层上沉积一层厚度为20nm的AlN子层；降低反应腔的温度至550℃，通入硅烷、氨气以及三甲基镓，在AlN子层上沉积一层厚度为10nm的Si0.1Ga0.9N子层。随后，依次在Si0.1Ga0.9N子层上沉积非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层。其中，硅烷为Si源、氨气为N源、三甲基铝为Al源、三甲基镓为Ga源，另外，可以选择氮气和氢气为载气。
2，采用MOCVD法，调节反应腔的温度至800℃，通入硅烷和氨气，在蓝宝石衬底上沉积一层厚度为3nm的SiN子层；降低反应腔的温度至650℃，通入三甲基铝和氨气，在SiN子层上沉积一层厚度为20nm的AlN子层；降低反应腔的温度至550℃，通入硅烷、三甲基镓、氨气以及二戊镁，在AlN子层上沉积一层厚度为10nm的Si0.1Mg0.1Ga0.8N子层。随后，依次在Si0.1Mg0.1Ga0.8N子层上沉积非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层。其中，硅烷为Si源、氨气为N源、三甲基铝为Al源、三甲基镓为Ga源、二戊镁为Mg源，另外可以选择氮气和氢气为载气。
3，采用MOCVD法，调节反应腔的温度至800℃，通入硅烷和氨气，在蓝宝石衬底上沉积一层厚度为3nm的SiN子层；降低反应腔的温度至650℃，通入三甲基铝和氨气，在SiN子层上沉积一层厚度为20nm的AlN子层；降低反应腔的温度至550℃，通入三甲基铝、三甲基镓、氨气以及二戊镁，在AlN子层上沉积一层厚度为15nm的Al0.2Mg0.1Ga0。7N子层。随后，依次在Al0.2Mg0.1Ga07N子层上沉积非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层。其中，硅烷为Si源、氨气为N源、三甲基铝为Al源、三甲基镓为Ga源、二戊镁为Mg源，另外可以选择氮气和氢气为载气。
本发明实施例通过采用由SiN子层、AlN子层、以及YxGa1-xN子层(0＜X＜0.5，Y为Al、Si、以及Mg中一个或者多个)构成的缓冲层，其中，AlN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生压应力，进而能缓解制备出的GaN基外延片中心下凹的翘曲，YxGa1-xN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生张应力，可以在一定范围内调节AlN子层对后续生长的GaN基外延层产生压应力，使得制备出的GaN基外延片翘曲在一定范围内可控，进而提高制备出的GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均匀性，提高最终良品率。
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GaN基LED外延片，所述外延片包括：衬底、和依次层叠在所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层，其特征在于，所述缓冲层包括：依次生长的SiN子层、AlN子层、以及YxGa1-xN子层，0＜X＜0.5，Y为Si、以及Mg中一个，所述衬底为蓝宝石衬底。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述SiN子层的厚度为0.5nm～5nm。
3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述AlN子层的厚度为5nm～25nm。
4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述YxGa1-xN子层的厚度为5nm～25nm。
5.根据权利要求1-4任一项所述的外延片，其特征在于，所述缓冲层的厚度为15～40nm。
6.一种GaN基LED外延片的制备方法，所述方法包括：
在衬底上生长缓冲层；
在所述缓冲层上依次生长非掺杂GaN层、n型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层，
其特征在于，所述在衬底上生长缓冲层，包括：
在所述衬底上生长一层SiN子层；
在所述SiN子层上生长一层AlN子层；
在所述AlN子层上生长一层YxGa1-xN子层，0＜X＜0.5，Y为Si、以及Mg中一个，所述衬底为蓝宝石衬底。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述衬底上生长一层SiN子层，包括：
在生长温度为500℃～1000℃、压强为100torr～600torr的条件下，在所述衬底上生长一层厚度为0.5nm～5nm的SiN子层。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述SiN子层上生长一层AlN子层，包括：
在生长温度为450℃～750℃、压强为50torr～500torr的条件下，在所述SiN子层上生长一层厚度为5nm～25nm的AlN子层。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述在所述AlN子层上生长一层YxGa1-xN子层，包括：
在生长温度为450℃～700℃、压强为50torr～500torr的条件下，在所述AlN子层上生长一层厚度为5nm～25nm的YxGa1-xN子层。
10.根据权利要求6-9任一项所述的方法，其特征在于，所述缓冲层的厚度为15～40nm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510300089.8A CN105023979B (zh) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201510300089.8A CN105023979B (zh) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN105023979A CN105023979A (zh) | 2015-11-04 |
| CN105023979B true CN105023979B (zh) | 2018-08-21 |
Family
ID=54413802
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201510300089.8A Active CN105023979B (zh) | 2015-06-03 | 2015-06-03 | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN105023979B (zh) |
Families Citing this family (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN105977352B (zh) * | 2016-06-16 | 2018-03-20 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种具有生长过程可调节翘曲的发光二极管外延生长方法 |
| CN106653970B (zh) * | 2016-11-18 | 2019-08-23 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管的外延片及其生长方法 |
| CN106711297B (zh) * | 2016-12-21 | 2019-05-14 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片的生长方法 |
| CN109216510A (zh) * | 2017-06-29 | 2019-01-15 | 苏州新纳晶光电有限公司 | 一种延缓led应力的外延片生长方法 |
| CN107452845A (zh) * | 2017-08-11 | 2017-12-08 | 扬州中科半导体照明有限公司 | 一种大尺寸发光二极管外延片及其生长方法 |
| CN107895753B (zh) * | 2017-11-14 | 2019-03-12 | 厦门乾照光电股份有限公司 | 一种Si衬底发光二极管及制作方法 |
| CN109256443B (zh) * | 2018-09-03 | 2020-05-29 | 淮安澳洋顺昌光电技术有限公司 | 一种利用溅射GaN衬底的外延生长的半导体发光二极管及制备方法 |
| CN109346568B (zh) * | 2018-09-29 | 2020-03-27 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN109860356A (zh) * | 2018-11-19 | 2019-06-07 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法 |
| CN113764556A (zh) * | 2021-09-10 | 2021-12-07 | 圆融光电科技股份有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片的复合n型阻挡层、一种氮化镓基发光二极管外延片 |
| CN115295701B (zh) * | 2022-09-29 | 2022-12-30 | 江西兆驰半导体有限公司 | 硅基氮化镓铝外延片及其制备方法 |
| CN116581216B (zh) * | 2023-07-12 | 2023-09-15 | 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、发光二极管 |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102468388A (zh) * | 2010-11-12 | 2012-05-23 | 旭明光电股份有限公司 | 垂直发光二极管晶粒及其制造方法 |
| WO2013042504A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体層を成長させるためのバッファ層構造を有する基板 |
| CN103123948A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 低弯曲度硅基iii族氮化物外延片及生长方法 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100728132B1 (ko) * | 2005-12-30 | 2007-06-13 | 서울옵토디바이스주식회사 | 전류 확산층을 이용한 발광 다이오드 |
| CN103346226B (zh) * | 2013-07-02 | 2016-08-10 | 湘能华磊光电股份有限公司 | Led 外延结构及其生长方法 |
-
2015
- 2015-06-03 CN CN201510300089.8A patent/CN105023979B/zh active Active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102468388A (zh) * | 2010-11-12 | 2012-05-23 | 旭明光电股份有限公司 | 垂直发光二极管晶粒及其制造方法 |
| WO2013042504A1 (ja) * | 2011-09-22 | 2013-03-28 | シャープ株式会社 | 窒化物半導体層を成長させるためのバッファ層構造を有する基板 |
| CN103123948A (zh) * | 2013-01-15 | 2013-05-29 | 中国电子科技集团公司第五十五研究所 | 低弯曲度硅基iii族氮化物外延片及生长方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN105023979A (zh) | 2015-11-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN105023979B (zh) | 一种GaN基LED外延片及其制备方法 | |
| CN106057988B (zh) | 一种GaN基发光二极管的外延片的制备方法 | |
| US8486807B2 (en) | Realizing N-face III-nitride semiconductors by nitridation treatment | |
| CN110112273B (zh) | 一种深紫外led外延结构及其制备方法和深紫外led | |
| CN105428482B (zh) | 一种led外延结构及制作方法 | |
| CN106784216B (zh) | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 | |
| WO2010095550A1 (ja) | エピタキシャルウエハを形成する方法、及び半導体素子を作製する方法 | |
| JP4991828B2 (ja) | 窒化ガリウム系化合物半導体の作製方法 | |
| CN106098871B (zh) | 一种发光二极管外延片的制备方法 | |
| CN107452843B (zh) | 一种发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN114628555B (zh) | 发光二极管外延片及其制备方法 | |
| CN108336203A (zh) | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 | |
| GB2487531A (en) | Substrate system consisting of a metamorphic transition region comprising a laminate of AlxGa1-x N and the same material as the substrate. | |
| CN109378373B (zh) | 基于h-BN电子阻挡层的高效深紫外发光二极管及制备方法 | |
| CN115347096B (zh) | GaN基发光二极管外延片及其制备方法 | |
| 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 | |
| CN115458653A (zh) | 一种深紫外发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管 | |
| CN104051586A (zh) | 一种GaN基发光二极管外延结构及其制备方法 | |
| CN106848017B (zh) | 一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法 | |
| CN116190520A (zh) | 提高波长良率的led外延片及其制备方法、led芯片 | |
| CN114574959A (zh) | 一种氮化物外延层制备方法及其半导体外延片 | |
| WO2019149095A1 (zh) | 一种GaN基LED外延结构及其制备方法 | |
| CN109994580A (zh) | 发光二极管的外延片及其制作方法 | |
| CN101546798A (zh) | 半导体元件 | |
| CN106711296A (zh) | 一种绿光发光二极管的外延片及其生长方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |