AlN基紫外发光二极管的外延片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种AlN基紫外发光二极管的外延片及其制作方法。所述外延片包括衬底和依次形成在衬底上的Al1‑

【技术实现步骤摘要】
AlN基紫外发光二极管的外延片及其制作方法


[0001]本专利技术属于光电子制造
，具体涉及一种AlN基紫外发光二极管的外延片及其制作方法。

技术介绍

[0002]AlN基紫外LED光源具有高效节能、体积小、安全耐用、无汞环保和低工作电压低功耗等优点，目前被广泛应用于荧光激发、水净化、光治疗、植物生长照明和紫外固化等领域。
[0003]目前，AlN基LED外延片通常包括衬底和形成在衬底上的AlN成核层、三维岛状AlN生长层、二维恢复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层，此种结构的外延片至少存在以下问题：1)常规AlN基外延层与蓝宝石衬底(Al2O3)之间因晶格失配存在较大应力，导致外延片中具有较高的线位错和堆垛位错的密度以及较大的应力；2)在金属有机化学气相沉积(MOCVD)的化学气相反应中，Al和NH3存在较大的预反应，降低了AlN成核层的晶体质量和生长效率；3)相较于Ga原子，Al原子的表面黏附系数高，表面迁移率低，更倾向于以三维岛状模式生长，很难形成二维生长模式，会沿着三维岛状界面形成线位错向上延伸，进而降低材料的质量。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种AlN基紫外发光二极管的外延片及其制作方法，以克服现有技术的不足。
[0005]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0006]本专利技术实施例提供了一种外延片，其包括沿指定方向依次形成的Al1‑
x
Ga
x
N成核层、三维岛状AlN生长层、二维恢复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层，其中0≤x≤0.1。
[0007]进一步的，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层的厚度为50～60nm。
[0008]进一步的，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层中的Ga组分含量沿指定方向降低。
[0009]在一些优选的实施方式中，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层中的Ga组分含量沿指定方向逐渐降低。
[0010]进一步的，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层包括叠层设置的多个Al1‑
x
Ga
x
N子层。
[0011]进一步的，每一Al1‑
x
Ga
x
N子层内的Ga组分含量沿指定方向不变，多个Al1‑
x
Ga
x
N子层的Ga组分含量沿指定方向逐层递减。
[0012]进一步的，每一所述Al1‑
x
Ga
x
N子层的厚度为5～6nm。
[0013]本专利技术实施例还提供了一种外延片的制作方法，其包括：
[0014]在衬底上依次生长形成Al1‑
x
Ga
x
N成核层、三维岛状AlN生长层、二维恢复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层，其中0≤x≤0.1。
[0015]进一步的，采用分子束外延方式生长形成所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层。
[0016]进一步的，采用金属有机气相沉积方式生长形成所述三维岛状AlN生长层、二维恢
复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层中的任意一种或多种。
[0017]进一步的，在以分子束外延设备生长所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层时，生长腔内的温度为900～1000℃、压力为10
‑
10
～10
‑
11
torr。
[0018]进一步的，在生长所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层时，先向所述生长腔内持续通入Al源3～5s，然后关闭Al源并持续通入Ga源2～3s，再关闭Ga源并持续通入N源3～5s，重复前述操作多次，直至完成所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层的生长。
[0019]进一步的，其中采用的Al源为高纯单质Al源，N源为射频等离子体氮源。
[0020]进一步的，在生长所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层的过程中，Ga源是以渐变减少的方式通入。
[0021]在一些实施方式中，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层包括叠层设置的多个Al1‑
x
Ga
x
N子层，且用于生长各Al1‑
x
Ga
x
N子层的Ga源沿远离衬底的方向逐层减少。
[0022]进一步的，在生长所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层的过程中，所采用的生长温度逐渐升高。
[0023]本专利技术实施例还提供了一种由上述方法制备的外延片。
[0024]本专利技术实施例还提供了上述的外延片于制备半导体器件中的用途。
[0025]与现有技术相比，本专利技术提供的一种AlN基紫外发光二极管的外延片及其制作方法，至少具有如下有益效果：
[0026](1)采用渐变减少的方式通入Ga源可以缓解AlN与蓝宝石衬底(Al2O3)之间因晶格失配存在较大应力，降低位错密度。同时Ga原子会形成一层金属原子层，能够促进Al和Ga在生长表面的扩散迁移。
[0027](2)采用分子束外延法生长的Al1‑
x
Ga
x
N成核层采用高纯度单质Al源和射频等离子N源，有效避免了C、H和O等杂质的引入，减少了施主缺陷的产生，同时，也避免了金属有机化学气相沉积设备腔体内发生的Al和NH3较强的预反应带来的不利影响。
[0028](3)采取分步通入Al、Ga、N源的方法，可以使Al原子有足够的时间迁移到衬底表面形成Al单原子薄膜层，避免了因Al原子迁移率低而偏三维生长，进而更有效地形成Al1‑
x
Ga
x
N成核层。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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中记载的一些实施例，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。
[0030]图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；
[0031]图2是本专利技术实施例提供的一种发光二极管的外延片的具体结构示意图；
[0032]图3是本专利技术实施例提供的一种发光二极管的外延片的制作方法流程图。
[0033]附图标记说明：10
‑
蓝宝石衬底；20
‑
Al1‑
x
Ga
x
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延片，其特征在于，包括沿指定方向依次形成的Al1‑
x
Ga
x
N成核层、三维岛状AlN生长层、二维恢复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层，其中0≤x≤0.1。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层的厚度为50～60nm；和/或，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层中的Ga组分含量沿指定方向降低；优选的，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层中的Ga组分含量沿指定方向逐渐降低。3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层包括叠层设置的多个Al1‑
x
Ga
x
N子层；优选的，每一Al1‑
x
Ga
x
N子层内的Ga组分含量沿指定方向不变，多个Al1‑
x
Ga
x
N子层的Ga组分含量沿指定方向逐层递减；优选的，每一所述Al1‑
x
Ga
x
N子层的厚度为5～6nm。4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述三维岛状AlN生长层的厚度为500～700nm；和/或，所述二维恢复AlN生长层的厚度为1800～2200nm；和/或，所述n型AlGaN层的厚度为1～2μm；和/或，所述n型AlGaN层的掺杂浓度为10
18
～10
19
cm
‑3，Al组分含量为50％～70％；和/或，所述多量子阱发光层包括交替叠层的多个Al
a
Ga1‑
a
N阱层和多个Al
b
Ga1‑
b
N垒层，其中0.3≤a≤0.5，0.5≤b≤0.8；优选的，所述Al
a
Ga1‑
a
N阱层的厚度为2～4nm；优选的，所述Al
b
Ga1‑
b
N垒层的厚度为10～15nm；优选的，多个Al
a
Ga1‑
a
N阱层和多个Al
b
Ga1‑
b
N垒层交替层叠4～6个周期；和/或，所述p型层包括沿指定方向依次层叠设置的p型AlGaN电子阻挡层、p型GaN层和p型GaN接触层；优选的，所述p型AlGaN电子阻挡层的厚度为50nm～100nm；优选的，所述p型GaN层的厚度为200～300nm；优选的，所述p型GaN层的掺杂浓度为10
19
～10
20
cm
‑3；优选的，所述p型GaN接触层的厚度为20～50nm。5.一种外延片的制作方法，其特征在于，包括：在衬底上依次生长形成Al1‑
x
Ga
x
N成核层、三维岛状AlN生长层、二维恢复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层，其中0≤x≤0.1。6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，具体包括：采用分子束外延方式生长形成所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层；和/或，采用金属有机气相沉积方式生长形成所述三维岛状AlN生长层、二维恢复AlN生长层、n型AlGaN层、多量子阱发光层和p型层中的任意一种或多种。7.根据权利要求6所述的制作方法，其特征在于，具体包括：在以分子束外延设备生长所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层时，生长腔内的温度为900～1000℃、压力为10
‑
10
～10
‑
11
torr。8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，具体包括：在生长所述Al1‑
x
Ga
x
N成核层时，先向所述生长腔内持续通入Al源3～5s，然后关闭Al源并持续通入Ga源2～3s，再关闭Ga源并持续通入N源3～5s，重复前述操作多次，直至完成所述Al1‑
x
Ga
x
...

【专利技术属性】
技术研发人员：陶章峰，王新，薛聪，王庶民，董建荣，
申请(专利权)人：埃特曼苏州半导体技术有限公司，
类型：发明
国别省市：