外延结构及其生长方法技术

本发明专利技术提供一种外延结构及其生长方法，该外延结构从下至上依次包括复合图形化衬底、缓冲层、GaN成核层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层及P型GaN层，在复合图形化衬底与缓冲层之间设有预备层，预备层包括第一子层及第二子层，第一子层包括Al原子沉积层，第二子层包括氮化铝非晶层。本发明专利技术利用H2在高温下的高能活性状态对复合图形化衬底的各个面进行还原预处理，磁控溅射出的Al原子实现有效沉积，为后续缓冲层沉积做准备，提升氮化铝的沉积效果，在以N2和Al为原料的非晶氮化铝薄膜层生长过程中，通入少量的H2，进而抑制N原子与SiO2反应生成无结晶方向的Si

【技术实现步骤摘要】
外延结构及其生长方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种外延结构及其生长方法。

技术介绍

[0002]与传统的LED相比，图形化蓝宝石衬底由于其特殊的几何结构降低了LED内部全反射，大大提升了光萃取效率。近年来，随着图形化蓝宝石衬底的技术革新，异质型复合衬底被广泛应用，如SiO
2 PSS复合图形化蓝宝石衬底等。
[0003]PSS(图形化蓝宝石衬底)的优点：减少内部全反射，增加出射光；同时使外延生长由纵向变成横向，降低了GaN外延材料的位错密度，提高内量子效率。SiO
2 PSS(异质复合衬底)：在保留PSS的优点同时，异质材料SiO2折射率相比蓝宝石更低，让更多易发生全反射的光角度改变，进而增加出光效率。
[0004]但异质衬底与GaN之间晶格失配率较大，且热膨胀系数差异过大，GaN直接生长在异质衬底上，会导致位错密度增多，影响晶体质量，普遍解决办法是在异质衬底与GaN之间生长一层晶格匹配度较高的ALN缓冲层。
[0005]而在现有技术中，通常采用N2或者NH3作为氮源，利用磁控溅射沉积ALN薄膜，并通过热退火处理形成ALN纳米结晶结构的缓冲层。
[0006]然而由于图形化衬底的特殊结构，其侧壁无法有效沉积AL薄膜及后续ALN缓冲层结晶膜；同时在通入N2或NH3气体时，异质衬底SiO2易与N2或NH3反应形成无结晶方向性的Si
x
N
y
导致晶体质量变差，与同质复合衬底相比缺陷密度数量增多，影响良率。
专利
技术实现思路

[0007]基于此，本专利技术的目的是提供一种外延结构及其生长方法，以至少解决上述技术中的不足。
[0008]本专利技术提出一种外延结构，从下至上依次包括复合图形化衬底、缓冲层、GaN成核层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层，在所述复合图形化衬底与所述缓冲层之间设有预备层，所述预备层包括第一子层以及第二子层，所述第一子层设于所述复合图形化衬底上，所述第二子层设于所述第一子层上，所述第一子层包括Al原子沉积层，所述第二子层包括氮化铝非晶层。
[0009]进一步的，所述第一子层为在纯H2气氛下，采用磁控溅射方法将Al靶材溅射至所述复合图形化衬底所形成的Al原子沉积层，其中，所述Al原子沉积层的生长温度为500～1000℃、持续时间为50～100s。
[0010]进一步的，所述第二子层为在H2和N2的混合气氛下在所述第一子层上生长的氮化铝非晶层，其中，所述H2和N2的混合比例为1:15～1:9。
[0011]进一步的，所述第一子层的厚度为5～10nm，所述第二子层的厚度为15～20nm。
[0012]本专利技术还提出一种外延结构的生长方法，用于生长上述的外延结构，所述外延结构的生长方法包括：
[0013]步骤一：选取一复合图形化衬底，并在纯H2气氛下利用磁控溅射方法在所述复合图形化衬底上沉积第一子层；
[0014]步骤二：通入N2以使所述H2和N2的混合比例为预设混合比例，并在该H2和N2的混合气氛下在所述第一子层上继续沉积第二子层；
[0015]步骤三：关闭H2输入，并在所述纯N2气氛下在所述第二子层上继续沉积缓冲层；
[0016]步骤四：在所述缓冲层上从下往上继续生长GaN成核层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层，所述缓冲层、所述GaN成核层、所述n型GaN层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层以及所述P型GaN层呈层叠设置。
[0017]进一步的，所述步骤一中，所述复合图形化衬底为SiO2图形化蓝宝石衬底、SiC图形化蓝宝石衬底中任意一种，所述复合图形化衬底的图形化为带有斜坡面的柱状、三角锥状以及半圆包状中任意一种或多种组合。
[0018]进一步的，所述步骤一中，所述第一子层为Al原子薄膜，其生长温度为800℃～1200℃、生长厚度为5～10nm。
[0019]进一步的，所述步骤二中，所述预设混合比例为1:15～1:9，所述第二子层为非晶态氮化铝薄膜层，其生长温度为200～500℃、生长厚度为15～20nm。
[0020]进一步的，所述步骤三中，所述缓冲层为氮化铝层，其生长温度为200～500℃、生长厚度为10～20nm。
[0021]进一步的，所述步骤四中，所述GaN成核层的生长温度由1050℃渐变至1130℃、生长压力由200Torr渐变至100Torr，VⅢ比为500～1000；
[0022]所述n型GaN层的生长温度为1100℃、生长厚度为2～3μm、Si掺杂浓度为1.6E19～5E19 Atom/cm3；
[0023]所述多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，其堆叠周期数6～12个，其中，所述InGaN量子阱层的生长温度为790～810℃、生长厚度为2～3.5nm，所述AlGaN量子垒层的生长温度为850～900℃、生长厚度为9～12nm、Al组分为0.1；
[0024]所述电子阻挡层为Al
x
In
y
Ga1‑
x
‑
y
N，其生长厚度为10～40nm、生长温度为900～1000℃，其中，Al组分为0.005<x<0.1，In组分浓度为0.05<y<0.2；
[0025]所述P型GaN层的生长温度为900～1000℃、生长厚度为10～50nm、生长压力为100～600Torr、Mg掺杂浓度为1E19～1E20 Atom/cm3。
[0026]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：利用H2在高温下的高能活性状态，对复合图形化衬底进行原位刻蚀，对复合图形化衬底各个面进行还原预处理，磁控溅射出的Al原子在预处理的复合衬底表面能够实现有效沉积，为后续氮化铝缓冲层沉积做准备，提升氮化铝在图形化衬底侧壁的沉积效果。另外，在以N2和Al为原料的非晶氮化铝薄膜层生长过程中，通入少量的H2，H2在高温下分解产生的H原子会抑制N原子与SiO2反应生成无结晶方向的Si
x
N
y
，提升氮化铝薄膜的纯度和质量，减少后续外延层的缺陷密度，提升外延晶体质量。
附图说明
[0027]图1为本专利技术第一实施例中的外延结构的整体结构示意图；
[0028]图2为本专利技术第二实施例中外延结构的生长方法的流程图。
[0029]主要元件符号说明：
[0030]复合图形化衬底10多量子阱层60预备层20电子阻挡层70缓冲层30P型GaN层80GaN成核层40第一子层21n型GaN层50第二子层22
[0031]如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0032]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种外延结构，其特征在于，从下至上依次包括复合图形化衬底、缓冲层、GaN成核层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层，在所述复合图形化衬底与所述缓冲层之间设有预备层，所述预备层包括第一子层以及第二子层，所述第一子层设于所述复合图形化衬底上，所述第二子层设于所述第一子层上，所述第一子层包括Al原子沉积层，所述第二子层包括氮化铝非晶层。2.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第一子层为在纯H2气氛下，采用磁控溅射方法将Al靶材溅射至所述复合图形化衬底所形成的Al原子沉积层，其中，所述Al原子沉积层的生长温度为500～1000℃、持续时间为50～100s。3.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第二子层为在H2和N2的混合气氛下在所述第一子层上生长的氮化铝非晶层，其中，所述H2和N2的混合比例为1:15～1:9。4.根据权利要求1所述的外延结构，其特征在于，所述第一子层的厚度为5～10nm，所述第二子层的厚度为15～20nm。5.一种外延结构的生长方法，用于生长权利要求1至4任一项所述的外延结构，其特征在于，所述外延结构的生长方法包括：步骤一：选取一复合图形化衬底，并在纯H2气氛下利用磁控溅射方法在所述复合图形化衬底上沉积第一子层；步骤二：通入N2以使所述H2和N2的混合比例为预设混合比例，并在该H2和N2的混合气氛下在所述第一子层上继续沉积第二子层；步骤三：关闭H2输入，并在所述纯N2气氛下在所述第二子层上继续沉积缓冲层；步骤四：在所述缓冲层上从下往上继续生长GaN成核层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层，所述缓冲层、所述GaN成核层、所述n型GaN层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层以及所述P型GaN层呈层叠设置。6.根据权利要求5所述的外延结构的生长方法，其特征在于，所述步骤一中，所述复合图形化衬底为SiO2图形化蓝宝石衬底、SiC图形化蓝宝石衬底中任意一种，所述复合图形化衬底的图形化为带...

【专利技术属性】
技术研发人员：高虹，胡加辉，刘春杨，程龙，郑文杰，曾家明，印从飞，张彩霞，程金连，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：