一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法技术

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生长方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0。本发明专利技术通过缓冲层的材料氮化铝中掺入氧，并且缓冲层中氧的掺杂浓度沿该氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0，可以实现从蓝宝石到氮化镓基材料两种不同晶格的逐渐过渡，有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配，大幅提升外延片的晶体质量，提高发光二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。LED的核心组件是芯片，芯片包括外延片和设于外延片上的电极。氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等优良特性，广泛应用于各种波段的LED。现有的氮化镓基LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光，衬底用于为外延材料提供生长表面。衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层、有源层和P型半导体层采用氮化镓基材料，蓝宝石与氮化镓基材料之间的晶格差异较大。为了获得比较好的材料质量和比较高的生产效率，在目前主流的氮化镓基发光二极管外延片的制作过程中，通常需要在蓝宝石衬底(主要成分为Al2O3)上预先生长氮化铝缓冲层，引进氮化铝缓冲层可以为氮化镓基材料带来应力释放、提供成核中心等作用，实现晶格结构的过渡。但是目前主流技术所采用的氮化铝缓冲层为各组分均匀分布的单层结构，未能完全发挥氮化铝缓冲层对氮化镓基发光二极管带来的性能提升的潜力。
技术实现思路
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生长方法，能够解决现有技术未能完全发挥氮化铝缓冲层对氮化镓基发光二极管带来的性能提升的潜力的问题。所述技术方案如下：一方面，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，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0。可选地，所述缓冲层中氧的掺杂浓度的最大值为1019/cm3～1022/cm3。可选地，所述缓冲层的厚度为10nm～50nm。另一方面，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的生长方法，所述生长方法包括：提供一衬底；在所述衬底上生长缓冲层，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝层，所述缓冲层中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0；在所述缓冲层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层。可选地，所述在所述衬底上生长缓冲层，包括：将所述衬底放入物理气相沉积系统中；向所述物理气相沉积系统中通入氮气和氧气，并对铝靶进行溅射，在所述衬底上沉积掺有氧的氮化铝，形成缓冲层；其中，在形成所述缓冲层的过程中，通入所述物理气相沉积系统中的氮气的流量保持不变，通入所述物理气相沉积系统中的氧气的流量逐渐减少至0。优选地，通入所述物理气相沉积系统中的氧气的流量的最大值为2sccm～5sccm。优选地，形成所述缓冲层时所述物理气相沉积系统内的温度为400℃～800℃。优选地，形成所述缓冲层时所述物理气相沉积系统内的压力为4torr～6torr。优选地，形成所述缓冲层时所述物理气相沉积系统的溅射功率为3000W～5000W。可选地，所述缓冲层的厚度为10nm～50nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过缓冲层的材料氮化铝中掺入氧，并且缓冲层中氧的掺杂浓度沿该氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0，使得与采用蓝宝石的衬底接触侧的缓冲层中氧的掺杂浓度较高，从而与衬底具有较小的晶格失配；同时与采用氮化镓基材料的N型半导体层接触侧的缓冲层中氧的掺杂浓度较低，从而与N型半导体层也具有较小的晶格失配，有利于生长应力较小的氮化镓晶体。缓冲层设置在采用蓝宝石的衬底和采用氮化镓基材料的N型半导体层之间，可以实现从蓝宝石到氮化镓基材料两种不同晶格的逐渐过渡，有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配，充分释放蓝宝石和氮化镓基材料之间晶格失配产生的应力，改善蓝宝石和氮化镓基材料之间晶格失配产生的缺陷，大幅提升外延片的晶体质量，提高发光二极管的发光效率。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生长方法的流程图。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。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为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，参见图1，该氮化镓基发光二极管外延片包括衬底10、缓冲层20、N型半导体层30、有源层40和P型半导体层50，缓冲层20、N型半导体层30、有源层40和P型半导体层50依次层叠在衬底10上。在本实施例中，缓冲层20的材料采用掺有氧的氮化铝，缓冲层20中氧的掺杂浓度沿该氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0。本专利技术实施例通过缓冲层的材料氮化铝中掺入氧，并且缓冲层中氧的掺杂浓度沿该氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0，使得与采用蓝宝石的衬底接触侧的缓冲层中氧的掺杂浓度较高，从而与衬底具有较小的晶格失配；同时与采用氮化镓基材料的N型半导体层接触侧的缓冲层中氧的掺杂浓度较低，从而与N型半导体层也具有较小的晶格失配，有利于生长应力较小的氮化镓晶体。缓冲层设置在采用蓝宝石的衬底和采用氮化镓基材料的N型半导体层之间，可以实现从蓝宝石到氮化镓基材料两种不同晶格的逐渐过渡，有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配，充分释放蓝宝石和氮化镓基材料之间晶格失配产生的应力，改善蓝宝石和氮化镓基材料之间晶格失配产生的缺陷，大幅提升外延片的晶体质量，提高发光二极管的发光效率。可选地，缓冲层20中氧的掺杂浓度的最大值可以为1019/cm3～1022/cm3。如果缓冲层中氧的掺杂浓度的最大值小于，则可能由于缓冲层中氧的掺杂浓度的最大值太小而造成缓冲层中氧的掺杂浓度整体较低，无法有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配，影响外延片的晶体质量，导致无法有效提升LED的内量子效率、亮度以及光效；如果缓冲层中氧的掺杂浓度的最大值大于1022/cm3，则可能由于缓冲层中氧的掺杂浓度的最大值太大而无法有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配，影响外延片的晶体质量，导致无法有效提升LED的内量子效率、亮度以及光效。可选地，缓冲层20的厚度可以为10nm～50nm，优选为30nm。如果缓冲层的厚度小于10nm，则可能由于缓冲层的厚度太小而无法有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配；如果缓冲层的厚度大于50nm，则可能由于缓冲层的厚度太大而造成浪费，增加生产成本。具体地，衬底10的材料可以采用蓝宝石。N型半导体层30的材料可以采用N型掺杂的氮化镓。有源层40可以包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置；量本文档来自技高网...

【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衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，其特征在于，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0。

【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衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，其特征在于，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0。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，所述缓冲层中氧的掺杂浓度的最大值为1019/cm3～1022/cm3。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，所述缓冲层的厚度为10nm～50nm。4.一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：提供一衬底；在所述衬底上生长缓冲层，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝层，所述缓冲层中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少至0；在所述缓冲层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层。5.根据权利要求4所述的生长方法，其特...

【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：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33