一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法，所述制作方法包括：在衬底上生长形成第一AlN缓冲层；在第一AlN缓冲层上生长形成由多个不同温度生长的AlN子层层叠而成的第二AlN缓冲层；第二AlN缓冲层的生长温度大于第一AlN缓冲层的生长温度，且从靠近第一AlN缓冲层到远离第一AlN缓冲层的方向上，每层AlN子层的生长温度依次降低，V/III比依次增加。所述制作方法能改善AlN生长质量，减少AlN缓冲层与衬底热失配导致的翘曲和开裂，减少AlN缓冲层与后续生长的AlGaN材料的温差产生的降温过程的表面裂纹，所得AlN缓冲层晶体质量高，表面无裂纹，外延片可用面积多，产出率和亮度高。

【技术实现步骤摘要】
一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法
本专利技术涉及深紫外发光二极管
，尤其涉及一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法。
技术介绍
紫外发光二极管根据波长可分为UVALED(315-400nm)、UVBLED(280-315nm)和UVCLED(200-280nm)，其中UVCLED属于深紫外LED。深紫外LED以III-V族宽禁带化合物半导体AlGaN作为发光材料，不含汞材料，具有小巧便携、环保安全、波长连续可调、易于设计等优点，近几年来在杀菌消毒领域备受关注。随着2020年《水俣公约》的生效以及新型冠状病毒引起人们对公共卫生的日益重视，深紫外LED的发展进入快速通道。深紫外LED前景光明，但仍有一些技术问题需要解决，外量子效率低和光电转换效率低，是影响深紫外LED推广及应用的主要瓶颈。深紫外LED的材料体系为AlGaN材料，最常用的衬底为蓝宝石，通常在衬底上先生长AlN缓冲层，再生长AlGaN材料。AlN的晶格常数蓝宝石的晶格常数c面蓝宝石衬底上AlN的晶格格点相对于蓝宝石发生了30°的旋转，因此可计算出AlN与c面蓝宝石实际的晶格失配为13.3％。一方面由于AlN缓冲层与衬底的晶格失配，积累的应变会在衬底和外延层界面处产生位错进行驰豫，导致外延层中大量的穿透位错；另一方面，由于AlN缓冲层与衬底热膨胀系数的差异，在升降温过程中，衬底和外延层的晶格形变不匹配从而导致外延层产生裂纹。目前AlN缓冲层的生长方法有氨气脉冲多层生长技术、迁移率增强外延技术、高温侧向外延技术、中温插入层等等，对降低位错密度，提高生长质量起到明显作用。高质量的AlN缓冲层，是制备高性能深紫外LED的基础。现有的AlN生长技术，虽然已取得很大进步，但如何解决AlN缓冲层和衬底的晶格失配及热失配导致的生长质量差和表面裂纹的问题，仍是目前的技术难点。
技术实现思路
基于
技术介绍
存在的技术问题，本专利技术提出了一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构及其制作方法；所述制作方法能降低AlN缓冲层的表面缺陷和位错密度，改善了AlN生长质量，减少AlN缓冲层与衬底热失配导致的翘曲和开裂，同时也减少AlN缓冲层结构与后续生长的AlGaN材料的温差产生的降温过程的表面裂纹，使制作的AlN缓冲层晶体质量高，表面无裂纹，获得的外延片可用面积较多，从而产出率高，并且具有较高亮度。本专利技术提出的一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，包括以下步骤：S1、在衬底上生长形成第一AlN缓冲层；S2、在所形成的第一AlN缓冲层上生长形成第二AlN缓冲层；所述第二AlN缓冲层为多个不同温度生长的AlN子层层叠而成的多层结构；其中，第二AlN缓冲层的生长温度大于第一AlN缓冲层的生长温度，且在所述第二AlN缓冲层的生长过程中，从靠近所述第一AlN缓冲层到远离所述第一AlN缓冲层的方向上，每层AlN子层的生长温度依次降低，V/III比依次增加。优选地，在S1中，所述第一AlN缓冲层的生长温度范围为600-1000℃；在S2中，所述第二AlN缓冲层的生长温度范围为1000-1400℃。优选地，在S2中，在第二AlN缓冲层的生长过程中，V/III比范围为0-10000。优选地，所述第一AlN缓冲层的厚度小于50nm；每层AlN子层的厚度均≤2μm；第二AlN缓冲层的总厚度≤10μm。优选地，所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，包括以下步骤：S1、在衬底上于第一温度下生长形成第一AlN缓冲层；S2、在第一AlN缓冲层上于第二温度下，在V/III比为x条件下生长形成第一AlN子层；在第一AlN子层上于第三温度下，在V/III比为y条件下生长形成第二AlN子层；在第二AlN子层上于第四温度下，在V/III比为z条件下生长形成第三AlN子层。优选地，在S2中，所述x、y、z为恒值或变值。优选地，所述第一温度、第二温度、第三温度和第四温度均为恒温，且在升降温过程中AlN缓冲层不生长。优选地，所述第一温度为600-1000℃，第二温度为1200-1400℃，第三温度为1150-1250℃，第四温度为1000-1200℃。优选地，在S1中，所述衬底为蓝宝石、氮化铝、硅、碳化硅中的一种。优选地，以MOCVD机台作为生长设备，通入三甲基铝和氨气作为反应物。本专利技术还提出的一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构，采用所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法制作而成。本专利技术还提出的一种外延片，含有所述的用于紫外LED的AlN缓冲层结构。优选地，在所述的用于紫外LED的AlN缓冲层结构上面依次生长N型欧姆接触层、多量子阱有源区、P型电子阻挡层和P型欧姆接触层得到。在所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法中，第二温度为1200-1400℃，且恒温生长，由于Al原子迁移率低，高温生长AlN可以给Al原子更高的能量迁移到合适的晶格位置，从而改善生长质量。另外，高温生长有利于第一AlN缓冲层迅速横向合并，降低位错密度；第三温度为1150-1250℃，且第三温度需低于第二温度，第二AlN子层为恒温生长，且从第二温度降温至第三温度过程不生长。第二AlN子层生长温度低于第一AlN子层，目的为减少AlN与衬底热失配导致的晶格形变，改善表面裂纹。V/III比y＞x，可通过减小TMAl流量，或者增加NH3流量的方式来增加V/III比，使y＞x。通过增加V/III比，改善AlN成膜质量；第四温度为1000-1200℃，第四温度需低于第三温度，第三AlN子层为恒温生长，且从第三温度降温至第四温度过程不生长。第三AlN子层生长温度低于第二AlN子层，因深紫外LED的材料体系为AlGaN材料，AlGaN材料的生长温度一般低于AlN缓冲层，减小AlN缓冲层与AlGaN的温差，有利于改善降温过程AlN与衬底热失配导致的表面裂纹。V/III比z＞y，同样的，可通过减小TMAl流量，或者增加NH3流量的方式来增加V/III比，使z＞y。相比第一AlN子层和第二AlN子层，第三AlN子层的生长温度较低，低温下不利于AlN材料的生长，因此，通过进一步增加V/III比，降低生长速率，让Al原子有足够的时间迁移到合适的晶格位置，有助于降低表面缺陷和位错密度，改善AlN成膜质量。本专利技术中的第二AlN缓冲层可以进一步有第四AlN子层、第五AlN子层等。本专利技术所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，具有以下优点：(1)在第二AlN缓冲层的生长过程中，采用生长温度依次降低的方式进行生长，减少AlN与衬底热失配产生的晶格形变导致外延层AlN缓冲层的开裂和翘曲；(2)一般深紫外LED高温AlN缓冲层的生长温度明显高于后面的AlGaN材料，第二AlN缓冲层依次降温的方式减小了AlN与AlGaN材料的温差，能够减少降温过程中产生的裂纹；(3)通过减少外延层表面裂纹尤其是边缘裂纹，从而增加可用面积和产出率；(4)第二本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS1、在衬底上生长形成第一AlN缓冲层；/nS2、在所形成的第一AlN缓冲层上生长形成第二AlN缓冲层；所述第二AlN缓冲层为多个不同温度生长的AlN子层层叠而成的多层结构；/n其中，第二AlN缓冲层的生长温度大于第一AlN缓冲层的生长温度，且在所述第二AlN缓冲层的生长过程中，从靠近所述第一AlN缓冲层到远离所述第一AlN缓冲层的方向上，每层AlN子层的生长温度依次降低，V/III比依次增加。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、在衬底上生长形成第一AlN缓冲层；
S2、在所形成的第一AlN缓冲层上生长形成第二AlN缓冲层；所述第二AlN缓冲层为多个不同温度生长的AlN子层层叠而成的多层结构；
其中，第二AlN缓冲层的生长温度大于第一AlN缓冲层的生长温度，且在所述第二AlN缓冲层的生长过程中，从靠近所述第一AlN缓冲层到远离所述第一AlN缓冲层的方向上，每层AlN子层的生长温度依次降低，V/III比依次增加。


2.根据权利要求1所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，其特征在于，在S1中，所述第一AlN缓冲层的生长温度范围为600-1000℃；在S2中，所述第二AlN缓冲层的生长温度范围为1000-1400℃。


3.根据权利要求1所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，其特征在于，在S2中，在第二AlN缓冲层的生长过程中，V/III比范围为0-10000。


4.根据权利要求1所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，其特征在于，所述第一AlN缓冲层的厚度小于50nm；每层AlN子层的厚度均≤2μm；第二AlN缓冲层的总厚度≤10μm。


5.根据权利要求1-4中任一项所述用于紫外LED的AlN缓冲层结构的制作方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘锐森，蓝文新，刘召忠，林辉，杨小利，
申请(专利权)人：江西新正耀光学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36