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GaN基发光二极管领域。所述方法包括：提供AlN模板，所述Al模板包括蓝宝石衬底和沉积在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层；在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，所述退火处理时间为5～13min；在退火处理后的AlN模板的AlN缓冲层上顺次沉积非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。

A Method for Preparing GaN-based Light Emitting Diode Epitaxy Sheet

The invention discloses a preparation method of GaN-based light-emitting diode epitaxy sheet, which belongs to the field of GaN-based light-emitting diode. The method includes: providing an AlN template, which includes a sapphire substrate and an AlN buffer layer deposited on the sapphire substrate; annealing the AlN template in an atmosphere including at least H2 for 5-13 minutes; sequential deposition of non-doped GaN layer, N-type GaN layer, multi-quantum well layer, and an electrochemical layer on the AlN buffer layer of the annealed AlN template. Subbarrier layer and P-type GaN layer.

【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GaN基发光二极管领域，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
GaN(氮化镓)基LED(LightEmittingDiode，发光二极管)，也称GaN基LED芯片，一般包括外延片和在外延片上制备的电极。外延片通常包括：蓝宝石衬底、以及顺次层叠在衬底上的AlN缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、MQW(MultipleQuantumWell，多量子阱)层、电子阻挡层、和P型GaN层。当有电流注入GaN基LED时，N型GaN层等N型区的电子和P型GaN层等P型区的空穴进入MQW并且复合，发出可见光。现有的外延片的制备方法包括，首先，提供蓝宝石衬底并采用PVD(PhysicalVaporDeposition，物理气相沉积)方法在蓝宝石衬底上沉积AlN缓冲层，得到AlN模板；其次，采用MOCVD(Metal-OrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)方法在AlN模板的AlN缓冲层上沉积GaN外延层(包括前述非掺杂GaN层、N型GaN层、MQW层、电子阻挡层和P型GaN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：在外延片的制备过程中，虽然AlN缓冲层可以缓解蓝宝石衬底(Al2O3)和GaN材料之间存在的晶格失配，但因为AlN缓冲层和GaN外延层的制备方法不同，所以需要将AlN模板运输至MOCVD设备进行GaN外延层的生产，而在取片、包装、运输、使用的过程中，AlN模板不可避免会接触空气，AlN模板的表面会生成一层较薄的Al2O3薄膜，该层薄膜会极大的破坏AlN与GaN的晶格匹配，影响外延片的晶体质量。
技术实现思路
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，能够去除AlN模板的表面生成的Al2O3薄膜。所述技术方案如下：本专利技术提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：提供AlN模板，所述Al模板包括蓝宝石衬底和沉积在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层；在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，所述退火处理时间为5～13min；在退火处理后的AlN模板的AlN缓冲层上顺次沉积非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。示例性地，所述在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，包括：将所述AlN模板放置到金属有机化合物化学气相沉淀设备的反应腔中；将所述反应腔抽真空；在抽真空后，向所述反应腔中通入第一气体增压，并对所述反应腔进行加热升温，所述第一气体包括H2和NH3；当所述反应腔的压力达到50～500Torr且所述反应腔的温度升至1000～1200℃时，持续通入所述第一气体，并保持所述反应腔的压力不变且所述反应腔的温度不变，在所述退火处理时间后停止通入所述第一气体和停止加热。示例性地，所述在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，包括：将所述AlN模板放置到金属有机化合物化学气相沉淀设备的反应腔中；将所述反应腔抽真空；在抽真空后，向所述反应腔中通入第一气体增压，并对所述反应腔进行加热升温，所述第一气体包括H2和NH3；当所述反应腔的压力达到50～500Torr且所述反应腔的温度升至1000℃时，持续通入所述第一气体，并在所述退火处理时间内保持所述反应腔的压力不变且继续对所述反应腔进行加热以使所述反应腔的温度升至1200℃，在所述退火处理时间后停止通入所述第一气体和停止加热。示例性地，所述在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，包括：将所述AlN模板放置到金属有机化合物化学气相沉淀设备的反应腔中；将反应腔抽真空；在抽真空后，向所述反应腔中通入第二气体增压，并对所述反应腔进行加热升温，所述第二气体包括H2；当所述反应腔的压力达到500～600Torr且所述反应腔的温度升至500～600℃时，持续通入所述第二气体，并在第一时间内保持所述反应腔的压力不变且继续对所述反应腔进行加热以使所述反应腔的温度升至1000～1100℃；在所述第一时间后停止通入所述第二气体和保持所述反应腔的温度不变，向所述反应腔中通入第一气体，所述第一气体包括H2和NH3；控制所述反应腔的压力，当所述反应腔的压力达到150～300Torr时，持续通入所述第一气体，并保持所述反应腔的压力不变和所述反应腔的温度不变，并在第二时间后停止通入所述第一气体和停止加热，所述第一时间和所述第二时间之和等于所述退火处理时间。示例性地，所述第二气体的流量为25～150L/min。示例性地，所述第一时间为6～8min，所述第二时间为3～5min。示例性地，所述第一气体的流量为100～200L/min，所述第一气体中，所述H2的流量是所述NH3的流量的1～3倍。示例性地，所述退火处理时间为5～10min。示例性地，所述提供AlN模板，包括：提供所述蓝宝石衬底；采用磁控溅射方法在所述蓝宝石衬底上生长AlN缓冲层，所述AlN缓冲层的生长温度为500～700℃，生长压力为3～6mTorr，溅射功率为2000～7000W。示例性地，所述AlN缓冲层的厚度为20～40nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在至少包括H2的气氛中对AlN模板进行5～13min的退火处理，在较长时间的高温H2条件下，H2的还原性能够还原出Al2O3中的O原子，Al2O3中Al原子能够蒸发消除，这样消除了AlN模板表面的Al2O3薄膜，使AlN模板与GaN层晶格更加匹配，在消除Al2O3薄膜后的AlN模板上生长GaN外延层，能够减少因Al2O3与GaN材料晶格失配产生的各种缺陷，提高外延片的晶体质量，进而减少因缺在多量子阱区产生的非辐射复合中心，提升有效辐射复合概率，从而提高发光效率。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和图2均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示出了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。参见图1，该方法流程包括如下步骤。步骤101、提供AlN模板。其中，Al模板包括蓝宝石衬底和沉积在蓝宝石衬底上的AlN缓冲层。步骤102、在至少包括H2的气氛中对AlN模板进行退火处理。其中，退火处理时间为5～13min。min表示分钟。步骤103、在退火处理后的AlN模板的AlN缓冲层上顺次沉积非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。本专利技术实施例通过在至少包括H2的气氛中对AlN模板进行5～13min的退火处理，在较长时间的高温H2条件下，H2的还原性能够还原出Al2O3中的O原子，Al2O3中Al原子能够蒸发消除，这样消除了AlN模板表面的Al2O3薄膜，使AlN模板与GaN层晶格更加匹配，在消除Al2O3薄膜后的AlN模板上生长GaN外延层，能够减少因本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述方法包括：提供AlN模板，所述Al模板包括蓝宝石衬底和沉积在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层；在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，所述退火处理时间为5～13min；在退火处理后的AlN模板的AlN缓冲层上顺次沉积非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和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，所述方法包括：提供AlN模板，所述Al模板包括蓝宝石衬底和沉积在所述蓝宝石衬底上的AlN缓冲层；在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，所述退火处理时间为5～13min；在退火处理后的AlN模板的AlN缓冲层上顺次沉积非掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，包括：将所述AlN模板放置到金属有机化合物化学气相沉淀设备的反应腔中；将所述反应腔抽真空；在抽真空后，向所述反应腔中通入第一气体增压，并对所述反应腔进行加热升温，所述第一气体包括H2和NH3；当所述反应腔的压力达到50～500Torr且所述反应腔的温度升至1000～1200℃时，持续通入所述第一气体，并保持所述反应腔的压力不变且所述反应腔的温度不变，在所述退火处理时间后停止通入所述第一气体和停止加热。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，包括：将所述AlN模板放置到金属有机化合物化学气相沉淀设备的反应腔中；将所述反应腔抽真空；在抽真空后，向所述反应腔中通入第一气体增压，并对所述反应腔进行加热升温，所述第一气体包括H2和NH3；当所述反应腔的压力达到50～500Torr且所述反应腔的温度升至1000℃时，持续通入所述第一气体，并在所述退火处理时间内保持所述反应腔的压力不变且继续对所述反应腔进行加热以使所述反应腔的温度升至1200℃，在所述退火处理时间后停止通入所述第一气体和停止加热。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述在至少包括H2的气氛中对所述AlN模板进行退火处理，包括：将所述Al...

【专利技术属性】
技术研发人员：张武斌，陶章峰，刘旺平，周盈盈，王坤，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