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。所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、未掺杂氮化镓层、缺陷阻挡层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述未掺杂氮化镓层、所述缺陷阻挡层、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，所述缺陷阻挡层的材料采用氮化铝。本发明专利技术通过在未掺杂氮化镓层上形成氮化铝层，氮化铝层的势垒较高，可以有效阻挡衬底材料和外延材料之间晶格失配产生的缺陷沿外延生长的方向延伸，降低外延片内部的缺陷密度，提高外延片的晶体质量，进而提升外延片的抗静电击穿能力和光电转化效率。

【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
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管。LED具有高效节能、绿色环保的优点，在交通指示、户外全彩显示等领域有着广泛的应用。尤其是利用大功率LED实现半导体固态照明，有望成为新一代光源进入千家万户，引起人类照明史的革命。外延片是LED制作的初级成品，通过在晶体结构匹配的单晶材料上生长半导体薄膜而成，如在蓝宝石衬底上生长氮化镓基材料。氮化镓基材料包括氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)和铝铟镓氮(AlInGaN)等，具有禁带宽度大、电子漂移速度不易饱和、击穿场强大、介电常数小、导热性能好、耐高温、抗腐蚀等优点，是微波功率晶体管的优良材料，也是蓝绿光发光器件中具有重要应用价值的半导体材料之一。现有的氮化镓基LED外延片包括衬底、缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层。衬底用于为外延材料提供生长表面，通常采用图形化蓝宝石衬底(英文：PatternedSapphireSubstrate，简称：PSS)，一方面可以有效减少外延材料的位错密度，提高LED的发光效率；另一方面可以改变全反射光的出射角，增加LED的出光效率。PSS包括呈阵列分布的多个凸起部和位于各个凸起部之间的凹陷部。缓冲层用于为外延片材料的生长提供成核中心，铺设在凹陷部和各个凸起部上，材料通常采用氮化铝或者氮化镓。未掺杂氮化镓层用于填平凹陷部，并在填平凹陷部的过程中，利用相邻两个凸起部上生长方向的差异，使衬底材料和外延材料之间晶格失配产生的位错相互作用而湮灭。N型半导体层、有源层和P型半导体层依次铺设在未掺杂氮化镓层上，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光。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：图形化蓝宝石衬底、缓冲层和未掺杂氮化镓层的配合可以改善衬底材料和外延材料之间的晶格失配，将衬底材料和外延材料之间晶格失配产生的缺陷密度降低两个数量等级，但是图形化蓝宝石衬底、缓冲层和未掺杂氮化镓层的配合主要是改善凹陷部与外延材料之间的晶格失配，对凸起部与外延材料之间的晶格失配几乎没有作用。通过对外延片进行透射电镜切片分析，发现凸起部的顶端会出现非常明显的线缺陷，这些线缺陷会降低外延片的抗静电击穿能力和光电转化效率。
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制造方法，能够解决现有技术的问题。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、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述未掺杂氮化镓层、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，所述氮化镓基发光二极管外延片还包括缺陷阻挡层，所述缺陷阻挡层设置在所述未掺杂氮化镓层和所述N型半导体层之间，所述缺陷阻挡层的材料采用氮化铝。可选地，所述缺陷阻挡层的厚度为20nm～200nm。可选地，所述缺陷阻挡层的折射率为1.5～2.0。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制造方法，所述制造方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次形成缓冲层、未掺杂氮化镓层、缺陷阻挡层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述缺陷阻挡层的材料采用氮化铝。可选地，所述缺陷阻挡层采用物理气相沉积技术形成。优选地，所述缺陷阻挡层的形成温度为400℃～600℃。优选地，所述缺陷阻挡层的厚度为20nm～200nm。更优选地，所述缺陷阻挡层的折射率为1.5～2.0。进一步地，所述缺陷阻挡层形成时物理气相沉积设备的功率为1500W～3000W。进一步地，所述缺陷阻挡层形成时物理气相沉积反应腔内通入的氩气和氧气的体积比为10～40。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在未掺杂氮化镓层上形成氮化铝层，氮化铝层的势垒较高，可以有效阻挡衬底材料和外延材料之间晶格失配产生的缺陷沿外延生长的方向延伸，降低外延片内部的缺陷密度，提高外延片的晶体质量，进而提升外延片的抗静电击穿能力和光电转化效率。同时氮化铝与氮化镓之间晶格较为匹配，可以避免后续产生新的缺陷。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造方法的流程图。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、未掺杂氮化镓层30、缺陷阻挡层40、N型半导体层50、有源层60和P型半导体层70，缓冲层20、未掺杂氮化镓层30、缺陷阻挡层40、N型半导体层50、有源层60和P型半导体层70依次层叠在衬底10上。在本实施例中，缺陷阻挡层40的材料采用氮化铝。本专利技术实施例通过在未掺杂氮化镓层上形成氮化铝层，氮化铝层的势垒较高，可以有效阻挡衬底材料和外延材料之间晶格失配产生的缺陷沿外延生长的方向延伸，降低外延片内部的缺陷密度，提高外延片的晶体质量，进而提升外延片的抗静电击穿能力和光电转化效率。同时氮化铝与氮化镓之间晶格较为匹配，可以避免后续产生新的缺陷。可选地，缺陷阻挡层40的厚度可以为20nm～200nm，优选为110nm。如果缺陷阻挡层的厚度小于20nm，则可能由于缺陷阻挡层的厚度较小而影响到缺陷的阻挡效果，无法有效提高外延片的抗静电击穿能力和光电转化效率；如果缺陷阻挡层的厚度大于200nm，则可能由于缺陷阻挡层的厚度较大而影响到未掺杂氮化镓层的晶体结构向延伸，产生新的晶格失配。可选地，缺陷阻挡层的折射率为1.5～2.0，优选为1.9。当缺陷阻挡层的折射率在1.5～2.0之间时，缺陷阻挡层的晶体质量较高，可以有效提高外延片的晶体质量，进而提升外延片的抗静电击穿能力和光电转化效率。而且具有一定的反射效果，提高LED的正面出光。可选地，衬底10可以为图形化蓝宝石衬底，也可以为平片蓝宝石衬底。图1仅以衬底为图形化蓝宝石衬底为例，并不作为对本专利技术的限制。在具体实现时，当衬底为图形化蓝宝石衬底时，图形化蓝宝石衬底包括呈阵列分布的多个凸起部和位于各个凸起部之间的凹陷部，缓冲层平铺在凹陷部和各个凸起部上(凹陷部上缓冲层的厚度与凸起部上缓冲层的厚度相等)，未掺杂氮化镓层设置在缓冲层上并将凹陷部填平(凹陷部上未掺杂氮化镓层的厚度与凸起部上未掺杂氮化镓层的厚度之差等于凸起部相对于凹陷部的高度)，缺陷阻挡层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次铺设在未掺杂氮化镓层上。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、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述未掺杂氮化镓层、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，所述氮化镓基发光二极管外延片还包括缺陷阻挡层，所述缺陷阻挡层设置在所述未掺杂氮化镓层和所述N型半导体层之间，所述缺陷阻挡层的材料采用氮化铝。

【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、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述未掺杂氮化镓层、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，所述氮化镓基发光二极管外延片还包括缺陷阻挡层，所述缺陷阻挡层设置在所述未掺杂氮化镓层和所述N型半导体层之间，所述缺陷阻挡层的材料采用氮化铝。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，所述缺陷阻挡层的厚度为20nm～200nm。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，所述缺陷阻挡层的折射率为1.5～2.0。4.一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：提供一衬底；在所述衬底上依次形成缓...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡任浩，丁杰，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