一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。氮化镓基发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠设置在蓝宝石衬底上的AlN缓冲层、3D成核层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和高温P型层，所述3D成核层包括第一子层和第二子层，第一子层为在800～1100℃下生长而成的GaN层，第二子层为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。第一子层的生长温度较低，所形成的晶粒越小且越密集。这些晶粒会拉伸形变使得间隙闭合，降低表面能。这样就会产生张应力，促使外延片向变凹的方向发展，从而改善翘曲，提高波长集中度，第二子层的温度较高，则晶粒的表面能降低，保证了外延片整体不会发生翘曲，从而提升LED芯片的光电性能。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法。
技术介绍
GaN(氮化镓)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等特性，被广泛应用于各种波段的发光二极管。GaN基发光二极管的核心组件是LED(LightEmittingDiode，发光二极管)芯片，LED芯片包括外延片和设于外延片上的电极。GaN基发光二极管外延片的主要结构包括：蓝宝石衬底、以及层叠设置在蓝宝石衬底上的AlN缓冲层、3D成核层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和高温P型层。为了提高发光二极管的产能和LED芯片的光电性能，上述GaN基发光二极管外延片在制作时，通常是先采用物理气象沉淀法在蓝宝石衬底上生长AlN缓冲层，然后将生长有所述AlN缓冲层的所述蓝宝石衬底放入MOCVD(Metal-organicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备中，采用金属有机化合物化学气相沉淀法继续生长外延片。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：在生长AlN缓冲层后，蓝宝石衬底在不同类型的MOCVD设备中的表现各不相同。例如在国产的MOCVD中生长GaN基发光二极管时，生长有AlN缓冲层的蓝宝石衬底的中心会向上凸起(凸起的方向与外延片的生长方向相同)，边缘会向下弯曲(弯曲的方向与外延片的生长方向相反)，使得制成的GaN基发光二极管的外延片整体具有一定的翘曲度。另外，由于设置在蓝宝石衬底下方的加热基座会向外延片上逐层传递热量，因此在生长多量子阱层时，由于蓝宝石衬底具有一定的翘曲度，将造成热量非均匀地传递到多量子阱层，极大影响了多量子阱层发光波长的均匀性。
技术实现思路
为了解决现有技术中在不同MOCVD设备中，外延片发生翘曲，影响多量子阱层发光波长的均匀性的问题，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠设置在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层、3D成核层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层，所述3D成核层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为在800～1100℃下生长而成的GaN层，所述第二子层为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。进一步地，所述3D成核层的厚度为2～30nm。进一步地，所述第一子层的厚度为1～10nm，所述第二子层的厚度为1～20nm。进一步地，所述第一子层为在1000℃下生长而成的GaN层，所述第二子层为在1100℃下生长而成的GaN层。另一方面，本专利技术提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：提供一蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上生长AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层上生长3D成核层，所述3D成核层包括第一子层和第二子层，所述第一子层和所述第二子层均为GaN层，所述第一子层的生长温度为800～1100℃，所述第二子层的生长温度为1000～1200℃；在所述3D成核层上依次生长未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层。进一步地，所述在所述蓝宝石衬底上生长AlN缓冲层，包括：将所述蓝宝石衬底放入PVD设备中，在所述蓝宝石衬底上溅射一层AlN，得到所述AlN缓冲层。进一步地，所述在所述AlN缓冲层上生长3D成核层，包括：将生长有所述AlN缓冲层的所述蓝宝石衬底放入MOCVD设备中，在氢气气氛中高温热处理所述蓝宝石衬底10～15分钟；在所述AlN缓冲层上生长所述3D成核层。进一步地，所述制造方法还包括：在所述P型接触层生长完成后，将所述MOCVD设备内温度降低至650～850℃，在氮气气氛下对所述氮化镓基发光二极管外延片进行退火处理5～15分钟。进一步地，所述第一子层和所述第二子层的生长压力均为200～400torr。进一步地，所述第一子层的生长温度为1000℃，所述第二子层的生长温度为1100℃。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将3D成核层分为第一子层和第二子层，第一子层为在800～1100℃下生长而成的GaN层，第二子层为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。由于GaN外延片的生长方式主要是核生长型，沉积原子达到蓝宝石衬底后，首先凝聚成核，后续的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。在3D成核层生长阶段，主要是在AlN缓冲层上形成晶核，并不断长大形成小岛。本申请中第一子层的生长温度较低，所形成的晶粒小且密集；这些晶粒在互相融合时由于取向的不一致会在交界处存在一些间隙，因此会存在较大的表面能，为了降低表面能，晶粒就会拉伸形变使得间隙闭合，降低表面能，这样就会产生张应力，促使外延片向变凹的方向(即与外延片的生长方向相反的方向)发展，从而改善外延片的翘曲，使得蓝宝石衬底表面平整，则生长多量子阱层时热量可以均匀传递到多量子阱层，以提高发光波长的均匀性。且外延片整体翘曲变凹，有利于改善多量子阱层的晶格应力，从而提升发光二极管芯片的光电性能。本申请中第二子层的生长温度较高，则晶粒的表面能降低，保证了外延片整体不会进一步发生翘曲。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氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法的流程图；图3是本专利技术实施例提供的一种不同芯片的第一个量子阱层的翘曲变化图。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氮化镓基发光二极管外延片，图1是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该氮化镓基发光二极管包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的AlN缓冲层2、3D成核层3、未掺杂的GaN层4、N型层5、多量子阱层6、电子阻挡层7、高温P型层8和P型接触层9。其中，3D成核层3包括第一子层31和第二子层32，第一子层31为在800～1100℃下生长而成的GaN层，第二子层32为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。本专利技术实施例通过将3D成核层分为第一子层和第二子层，第一子层为在800～1100℃下生长而成的GaN层，第二子层为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。由于GaN外延片的生长方式主要是核生长型，沉积原子达到蓝宝石衬底后，首先凝聚成核，后续的沉积原子不断聚集在核附近，使核在三维方向上不断长大而最终形成薄膜。在3D成核层生长阶段，主要是在AlN缓冲层上形成晶核，并不断长大形成小岛。本申请中第一子层的生长温度较低，所形成的晶粒小且密集；这些晶粒在互相融合时由于取向的不一致会在交界处存在一些间隙，因此会存在较大的表面能，为了降低表面能，晶粒就会拉伸形变使得间隙闭合，降低本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠设置在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层、3D成核层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层，其特征在于，所述3D成核层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为在800～1100℃下生长而成的GaN层，所述第二子层为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠设置在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层、3D成核层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层，其特征在于，所述3D成核层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为在800～1100℃下生长而成的GaN层，所述第二子层为在1000～1200℃下生长而成的GaN层。2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述3D成核层的厚度为2～30nm。3.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度为1～10nm，所述第二子层的厚度为1～20nm。4.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层为在1000℃下生长而成的GaN层，所述第二子层为在1100℃下生长而成的GaN层。5.一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：提供一蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上生长AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层上生长3D成核层，所述3D成核层包括第一子层和第二子层，所述第一子层和所述第二子层均为GaN层，所述第一子层的生长温度为80...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁涛，韦春余，周飚，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32