一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。所述外延片包括蓝宝石衬底、缓冲层、未掺杂的GaN层、应力释放层、N型层、多量子阱层、P型层，应力释放层包括交替层叠的未掺杂的Al

Epitaxial slice of GaN based LED and method for growing the same

The invention discloses an epitaxial wafer of a GaN based LED and a growth method thereof, belonging to the field of semiconductor technology. The epitaxial wafer comprises a sapphire substrate, a buffer layer, an undoped GaN layer, a stress release layer, a N type layer, a multiple quantum well layer, and a P type layer, wherein the stress release layer comprises an alternating stacked undoped Al

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiodes，简称：LED)具有体积小、颜色丰富多彩、使用寿命长等优点，是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。GaN是制作LED的理想材料，以GaN为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体，具有导热率高、发光效率高、物理化学性质稳定、能实现P型或N型掺杂的优点，GaN的多元合金InGaN和GaN构成的量子阱结构，不但发光波长可覆盖整个可见光区域，而且具有较高的内量子效率。现有的GaN基LED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、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层。其中，多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：随着近年来经济的不断发展和人力成本的不断提高，LED芯片厂商已经逐步朝大尺寸外延工艺(大于2英寸的外延片)发展，以提高生产效率和LED芯片产能(如6英寸外延片的芯片产能是4英寸外延片的2倍、3英寸外延片的3～4倍、2英寸外延片的8～9倍)，降低生产成本。GaN和蓝宝石之间存在晶格失配，造成LED外延片高密度缺陷、热膨胀系数大，产生的应力无法充分释放，外延片表面不平整，而大尺寸外延片相比传统的2英寸外延片，具有更高的翘曲度，破片率较高，严重制约大尺寸外延技术的发展。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述外延片还包括层叠在所述未掺杂的GaN层和所述N型层之间的应力释放层，所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层，0≤x＜1，所述未掺杂的AlxGa1-xN层中Al组分含量按照如下任一种方式变化：保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。可选地，所述SiN层的厚度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度相同或者不同。可选地，所述SiN层中Si组分含量保持不变或者沿所述外延片的层叠方向变化。可选地，所述P型层包括依次层叠在所述多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。另一方面，本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法，所述生长方法包括：提供一蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、未掺杂的GaN层、应力释放层、N型层、多量子阱层、P型层；其中，所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层，0≤x＜1，所述未掺杂的AlxGa1-xN层中Al组分含量按照如下任一种方式变化：保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。可选地，所述SiN层的生长温度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的生长温度相同或者不同。可选地，所述SiN层的生长压力与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的生长压力相同或者不同。可选地，所述SiN层的厚度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度相同或者不同。可选地，所述SiN层中Si组分含量保持不变或者沿所述外延片的层叠方向变化。可选地，所述P型层包括依次层叠在所述多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在未掺杂的GaN层和N型层之间设置应力释放层，应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层，Al原子的半径较大，Si原子的半径较小，线性缺陷通过Al原子的伸展方向和通过Si原子的伸展方向完全不同，交替设置AlxGa1-xN层和SiN层可以不断改变GaN和蓝宝石之间晶格失配产生的线性缺陷的转向，破坏线性缺陷延伸到多量子阱层，而且AlxGa1-xN层和SiN层交替层叠形成超晶格结构，有利于应力的释放，改善外延片的翘曲，减小外延片的中心和边缘之间的温差，改善外延片的均匀性，尤其是大尺寸外延片的均匀性，推动大尺寸外延技术的发展。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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是本专利技术实施例一提供的一种GaN基发光二极管的外延片的结构示意图；图2a-图2g是本专利技术实施例一提供的未掺杂的AlxGa1-xN层中Al组分含量的变化示意图；图3是本专利技术实施例二提供的一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法的流程示意图；图4是本专利技术实施例三提供的一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片，参见图1，该外延片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的缓冲层2、未掺杂的GaN层3、应力释放层4、N型层5、多量子阱层6、P型层7。在本实施例中，应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层，0≤x＜1。未掺杂的AlxGa1-xN层中Al组分含量按照如下任一种方式变化：保持不变(如图2a所示)、沿外延片的层叠方向线性增大(如图2b所示)、沿外延片的层叠方向线性减小(如图2c所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向逐层增大(如图2d所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向逐层减小(如图2e所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小(如图2f所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大(如图2g所示)。可选地，SiN层的厚度与未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度可以相同，也可以不同。可选地，SiN层中Si组分含量可以保持不变，也可以沿外延片的层叠方向变化。可选地，P型层可以包括依次层叠在多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。具体地，缓冲层可以为AlN层或者GaN层，N型层可以为掺杂Si的GaN层，多量子阱层可以包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，P型电子阻挡层可以为掺杂Mg的AlGaN层，P型空穴提供层可以为掺杂Mg的GaN层，P型接触层可以为掺杂Mg的GaN层。本专利技术实施例通过在未掺杂的GaN层和N型层之间设置应力释放层，应力释放层本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，其特征在于，所述外延片还包括层叠在所述未掺杂的GaN层和所述N型层之间的应力释放层，所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的Al

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，其特征在于，所述外延片还包括层叠在所述未掺杂的GaN层和所述N型层之间的应力释放层，所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层，0≤x＜1，所述未掺杂的AlxGa1-xN层中Al组分含量按照如下任一种方式变化：保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述SiN层的厚度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度相同或者不同。3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述SiN层中Si组分含量保持不变或者沿所述外延片的层叠方向变化。4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述P型层包括依次层叠在所述多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。5.一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：提供一蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上依...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兰，万林，胡加辉，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33