一种GaN基发光二极管外延片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，属于半导体技术领域。包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；先依次进行多个阶段的降温，再生长应力释放层；所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层；各个所述阶段的温度保持不变，多个所述阶段的温度依次降低，相邻两个所述阶段的温度的降低速率不超过设定值；在所述应力释放层上生长多量子阱层；在所述多量子阱层上生长P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。本发明专利技术可以改善外延片的翘曲度，降低外延片的晶格缺陷。

Method for preparing GaN based LED epitaxial slice

The invention discloses a method for preparing an GaN based LED epitaxial wafer, belonging to the field of semiconductor technology. Including: the growth of buffer layer on a substrate; growth of undoped GaN layer on the buffer layer; growth of N type GaN layer on the undoped GaN layer; the first turn down multiple stages of growth, then the stress relief layer; the stress relief layer includes the first barrier of GaN growth layer, composed of alternately laminated InGaN layer and GaN layer superlattice well layer, second GaN barrier layer; each of the stages of temperature remains unchanged, the plurality of stages of temperature decreasing two adjacent the stage temperature decreasing rate does not exceed the set value; the stress release put a layer grown on a multi quantum well layer; growth in the multi quantum well layer P electron blocking layer; in the P type electron blocking layer on the growth of P type GaN layer. The invention can improve the warpage of epitaxial wafers and reduce the lattice defects of epitaxial wafers.

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基发光二极管外延片的制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片的制备方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)具有成本低、节能环保、使用寿命长等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源等领域，作为信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品，仍然引领着前沿和热点技术。GaN基LED外延片通常生长在蓝宝石衬底上，蓝宝石和GaN之间存在晶格失配，在底层生长过程中就已经出现各种缺陷，而且外延片中有源层内的InGaN量子阱和GaN量子垒之间也存在晶格失配，使得晶体质量较差，容易形成漏电通道。目前常用的方法是在有源层生长之前，先在低温环境下生长InGaN浅量子阱，利用InGaN浅量子阱减小有源层的晶格失配，但是效果有限，外延片内的应力并不能得到有效的释放。
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基发光二极管外延片的生长方法。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；先依次进行多个阶段的降温，再生长应力释放层；所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层；各个所述阶段的温度保持不变，多个所述阶段的温度依次降低，相邻两个所述阶段的温度的降低速率不超过设定值；在所述应力释放层上生长多量子阱层；在所述多量子阱层上生长P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。可选地，多个所述阶段的数量为3～5个。可选地，各个所述阶段的持续时间为30～60s。可选地，相邻两个所述阶段的温度之差相同。可选地，所述第一GaN垒层的生长压力高于所述第二GaN垒层的生长压力。优选地，所述第二GaN垒层的生长压力为50～250MPa。优选地，所述第一GaN垒层的生长压力为300MPa。可选地，所述第一GaN垒层、所述超晶格阱层、所述第二GaN垒层中均掺有Si。优选地，所述第二GaN垒层中Si的掺杂浓度沿生长方向先逐渐减少再逐渐增多。可选地，所述制备方法还包括：在所述N型GaN层上生长N型电流扩展层，所述N型电流扩展层为N型掺杂的AlGaN层。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在生长应力释放层之前先进行多个阶段的降温，各个阶段的温度保持不变，多个阶段的温度依次降低，并且相邻两个阶段的温度的降低速率不超过设定值，可以较好地减小从生长缓冲层开始累积起来的应力，有效改善外延片的翘曲度，降低外延片的晶格缺陷，特别适用于在超过2英寸的衬底上外延生长形成外延片。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提供的一种GaN基发光二极管外延片的制备方法的流程示意图；图2是本专利技术实施例提供的多个阶段的降温过程的示意图；图3是本专利技术实施例提供的外延片波长均匀性对比的示意图；图4是本专利技术实施例提供的应力释放层生长压力变化方式的示意图；图5是本专利技术实施例提供的第二GaN垒层掺杂方式的示意图。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。实施例本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，在本实施例中，采用金属有机化合物化学气相沉淀(英文：MetalorganicChemicalVaporDeposition，简称：MOCVD)技术生长外延片，采用三甲基镓或者三乙基镓作为镓源，高纯氨气(NH3)作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，采用硅烷作为N型掺杂剂，采用二茂镁作为P型掺杂剂。参见图1，该制备方法包括：步骤101：在衬底上外延生长缓冲层。在本实施例中，衬底可以为蓝宝石衬底。可选地，衬底可以为尺寸大于2英寸的大尺寸衬底，如4英寸衬底。具体地，缓冲层可以为GaN层，也可以由交替层叠的GaN层和AlGaN层组成。步骤102：在缓冲层上外延生长未掺杂GaN层。具体地，未掺杂GaN层可以为单层没有掺杂的GaN层，也可以为多层没有掺杂的GaN层，各层GaN层的生长温度不同。步骤103：在未掺杂GaN层上外延生长N型GaN层。具体地，N型GaN层可以为单层掺杂Si的GaN层，也可以为多层掺杂Si的GaN层，各层GaN层中Si的掺杂浓度不同。步骤104：在N型GaN层上外延生长N型电流扩展层。该步骤104为可选步骤。在本实施例中，N型电流扩展层为N型掺杂的AlGaN层，有利于电流扩展，改善应力释放层降低光效的影响。步骤105：先依次进行多个阶段的降温，再外延生长应力释放层。在本实施例中，应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层。各个阶段的温度保持不变，多个阶段的温度依次降低，相邻两个阶段的温度的降低速率不超过设定值。可选地，多个阶段的数量可以为3～5个。可选地，各个阶段的持续时间可以为30～60s。可选地，相邻两个阶段的温度之差可以相同。例如，如图2所示，N型电流扩展层的生长温度为1280℃，先将温度以不超过设定值的速率降低至1180℃并保持30s不变，再将温度以不超过设定值的速率降低至1080℃并保持30s恒定，接着将温度以不超过设定值的速率降低至980℃并保持60s不变，以此类推进行3～5个阶段的降温，然后再生长应力释放层。需要说明的是，4英寸衬底在进行低层(多量子阱层之前生长的层)生长时，底层较高的生长温度会导致外延片在多量子阱层之前慢慢变凹，此时直接生长多量子阱层，会导致外延片变凸，应力得不到较好地释放，外延片的翘曲度较大，造成破片。将生长温度从N型GaN层或者N型电流扩展层的生长温度经过多个阶段降低至应力释放层的生长温度，就可以很好地减小从生长缓冲层开始累积起来的应力，有效改善外延片的翘曲度，降低外延片的晶格缺陷，生长出来的外延片波长均匀性较好。将本实施例的外延片与对比样品(生长温度直接从N型GaN层或者N型电流扩展层的生长温度降低至应力释放层的生长温度)进行光致发光(英文：photluminescence，简称PL)波长测试，如图3所示，本实施例的外延片的波长均匀性标准差(英文：StandardDeviation，简称std)明显小于对比样品，说明本实施例的外延片的翘曲度减小了。可选地，第一GaN垒层的生长压力可以高于第二GaN垒层的生长压力。优选地，第二GaN垒层的生长压力可以为50～250MPa。优选地，第一GaN垒层的生长压力可以为300MPa。例如，如图4所示，第一GaN垒层的生长压力为300MPa；超晶格阱层的生长压力初始为300MPa并保持不变，再逐渐降低至250MPa；第三GaN垒层的的生长压力从250MPa开始逐渐降低。第二GaN垒层相对采用低压生长的模式，生长速率较快，同样流量的情况下，第二GaN垒层的厚度比第一GaN垒层的厚度大，一方面可以更好地本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基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：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；先依次进行多个阶段的降温，再生长应力释放层；所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层；各个所述阶段的温度保持不变，多个所述阶段的温度依次降低，相邻两个所述阶段的温度的降低速率不超过设定值；在所述应力释放层上生长多量子阱层；在所述多量子阱层上生长P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基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：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；先依次进行多个阶段的降温，再生长应力释放层；所述应力释放层包括依次生长的第一GaN垒层、由交替层叠的InGaN层和GaN层组成的超晶格阱层、第二GaN垒层；各个所述阶段的温度保持不变，多个所述阶段的温度依次降低，相邻两个所述阶段的温度的降低速率不超过设定值；在所述应力释放层上生长多量子阱层；在所述多量子阱层上生长P型电子阻挡层；在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，多个所述阶段的数量为3～5个。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，各个所述阶段的持续时间为30～60s。4.根据权利要求1或2所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：李红丽，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