一种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。所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的AlN缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述三维成核层为GaN层，所述发光二极管外延片还包括设置在所述AlN缓冲层和三维成核层之间的BGaN缓冲层，所述BGaN缓冲层中的B组分沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少。BGaN缓冲层可以逐步的减小AlN缓冲层与GaN外延层之间的晶格失配度，提高生长出的外延层的晶体质量，优化外延层翘曲，改善LED的波长均匀性。

A Light Emitting Diode Epitaxy Sheet and Its Manufacturing Method

The invention discloses a light emitting diode epitaxy sheet and a manufacturing method thereof, which belongs to the field of semiconductor technology. The light emitting diode epitaxy sheet comprises a substrate, and an AlN buffer layer, a three-dimensional nucleation layer, a two-dimensional recovery layer, an undoped GaN layer, a N-type layer, a multi-quantum well layer and a P-type layer grown on the substrate in turn. The three-dimensional nucleation layer is a GaN layer. The light emitting diode epitaxy sheet also includes a BGaN buffer layer arranged between the AlN buffer layer and the three-dimensional nucleation layer, and the BGaN delay layer. The B component in the punch layer gradually decreases along the stacking direction of the light emitting diode epitaxy sheet. BGaN buffer layer can gradually reduce the lattice mismatch between AlN buffer layer and GaN epitaxy layer, improve the crystal quality of epitaxy layer, optimize the warpage of epitaxy layer, and improve the wavelength uniformity of LED.

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。外延片是LED中的主要构成部分，现有的GaN基LED外延片包括蓝宝石衬底以及生长在蓝宝石衬底上的GaN外延层。由于GaN和蓝宝石衬底之间存在着非常严重的晶格常数失配和热失配，会在外延层中引入大量的位错和张应力。为了降低Si与GaN之间的晶格失配和热失配的影响，通常会在蓝宝石和GaN外延层之间生长一层AlN缓冲层。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：由于AlN材料的晶格常数(约为0.453)大于GaN材料的晶格常数(约为0.437)，因此AlN与GaN之间仍存在晶格失配，在AlN缓冲层上生长的GaN外延层中会引入大量的位错和张应力，使得生长出的外延层的晶体质量较差，外延层会产生翘曲从而导致LED的波长均匀性变差。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片及其制造方法，可以优化外延层翘曲，改善LED的波长均匀性。所述技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的AlN缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述发光二极管外延片还包括设置在所述AlN缓冲层和三维成核层之间的BGaN缓冲层，所述BGaN缓冲层中的B组分沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少。进一步地，所述AlN缓冲层的厚度为8～20nm。进一步地，所述BGaN缓冲层的厚度为12～18nm。进一步地，所述BGaN缓冲层包括多个BxGa1-xN子层，0＜x＜1，每个子层中的B组分相同，多个子层中的B组分逐层递减。进一步地，多个BxGa1-xN子层的厚度相同。另一方面，本专利技术提供了一种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；在所述衬底上生长AlN缓冲层；在所述AlN缓冲层上生长BGaN缓冲层，所述BGaN缓冲层中的B组分沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少；在所述BGaN缓冲层上依次生长三维成核层、二维缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。进一步地，所述在所述衬底上生长AlN缓冲层，包括：采用物理气相沉积法在所述衬底上生长厚度为8～20nm的AlN缓冲层。进一步地，所述在所述AlN缓冲层上生长BGaN缓冲层，包括：采用有机金属化学气相沉积法在所述AlN缓冲层上生长厚度为12～18nm的BGaN缓冲层。进一步地，所述BGaN缓冲层的生长温度为470～670℃。进一步地，所述BGaN缓冲层的生长压力为20～100torr。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AlN缓冲层与三维成核层之间生长一层BGaN缓冲层，且BGaN缓冲层中的B组分沿发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少，因此，BGaN缓冲层中靠近AlN缓冲层的部分B组分含量较高，晶格常数较大，BGaN缓冲层中靠近三维成核层的部分B组分含量较低，晶格常数较小。BGaN缓冲层的晶格常数逐渐减小，可以逐步的减小AlN缓冲层与GaN外延层之间的晶格失配度。AlN缓冲层与GaN外延层的晶体越匹配，GaN外延层中的位错密度越小，GaN外延层中产生的张应力越小，生长出的外延层的晶体质量越好，从而可以优化外延层翘曲，改善LED的波长均匀性。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BGaN缓冲层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的另一种发光二极管外延片的制造方法流程图。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。图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，发光二极管外延片包括衬底1、以及依次生长在衬底1上的AlN缓冲层2、三维成核层4、二维恢复层5、未掺杂的GaN层6、N型层7、多量子阱层9和P型层10。发光二极管外延片还包括设置在AlN缓冲层2和三维成核层4之间的BGaN缓冲层3，BGaN缓冲层3中的B组分沿发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少。通过在AlN缓冲层与三维成核层之间生长一层BGaN缓冲层，且BGaN缓冲层中的B组分沿发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少，因此，BGaN缓冲层中靠近AlN缓冲层的部分B组分含量较高，晶格常数较大，BGaN缓冲层中靠近三维成核层的部分B组分含量较低，晶格常数较小。BGaN缓冲层的晶格常数逐渐减小，可以逐步的减小AlN缓冲层与GaN外延层之间的晶格失配度。AlN缓冲层与GaN外延层的晶体越匹配，GaN外延层中的位错密度越小，GaN外延层中产生的张应力越小，生长出的外延层的晶体质量越好，从而可以优化外延层翘曲，改善LED的波长均匀性。进一步地，AlN缓冲层2的厚度为8～20nm。若AlN缓冲层2的厚度过薄，则起不到使蓝宝石衬底1与GaN外延层晶格匹配的作用。若AlN缓冲层2的厚度过厚，则AlN缓冲层2中累积的压应力过大，会导致外延片的波长均匀性较差。进一步地，BGaN缓冲层3的厚度为12～18nm。若BGaN缓冲层3的厚度过薄，则起不到减小AlN缓冲层2与GaN外延层之间的晶格失配度的效果。且BGaN缓冲层3会吸光，若BGaN缓冲层3的厚度过厚，会影响LED的发光效率。进一步地，BGaN缓冲层3包括多个BxGa1-xN子层，0＜x＜1。每个子层中的B组分相同，多个子层中的B组分逐层递减。通过设置多个B组分逐层递减子层，可以使得BGaN缓冲层3中的B组分均匀递减，且便于生长控制。图2是本专利技术实施例提供的一种BGaN缓冲层的结构示意图，如图2所示，BGaN缓冲层3包括第一Bx1Ga1-x1N子层31、第二Bx2Ga1-x2N子层32、第三Bx3Ga1-x3N子层33、第四Bx4Ga1-x4N子层34和第五B5Ga1-x5N子层35，五个子层中的B组分逐层递减。其中，x1＝0.9，x2＝0.7，x3＝0.5，x4＝0.3，x5＝0.1。进一步地，多个BxGa1-xN子层的厚度相同，以便于生长控制。可选地，衬底1可以为蓝宝石衬底。可选地，三维成核层4可以为GaN层，厚度为400～600nm。可选地，二维恢复层5可以为GaN层，厚度为500～800nm。可选地，未掺杂的GaN层6的厚度为1～2um。可选地，N型层7可以为掺Si的GaN层，厚度为1～5um。可选地，发光二极管外延片还可以包括设置在N型层7和多量子阱层9之间的前级多量子阱层8，前级多量子阱层可以由5～10个周期的InyGa1-yN/GaN超晶格结构组成，0<y<0.6。其中InyGa1-yN层的厚度可以为1nm，GaN层的厚度可以为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的AlN缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述三维成核层为GaN层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括设置在所述AlN缓冲层和三维成核层之间的BGaN缓冲层，所述BGaN缓冲层中的B组分沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在所述衬底上的AlN缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述三维成核层为GaN层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括设置在所述AlN缓冲层和三维成核层之间的BGaN缓冲层，所述BGaN缓冲层中的B组分沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐减少。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述AlN缓冲层的厚度为8～20nm。3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述BGaN缓冲层的厚度为12～18nm。4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述BGaN缓冲层包括多个BxGa1-xN子层，0＜x＜1，每个子层中的B组分相同，多个子层中的B组分逐层递减。5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，多个BxGa1-xN子层的厚度相同。6.一种发光二极管外延片...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旺平，乔楠，吕蒙普，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