一种高质量GaN外延片制造技术

本实用新型专利技术公开了一种高质量GaN外延片，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上依次设置有缓冲层、GaN纳米柱层、电子阻挡层、多量子阱发光层和n

【技术实现步骤摘要】
一种高质量GaN外延片


[0001]本技术属于半导体
，具体涉及一种高质量GaN外延片。

技术介绍

[0002]紫外光发光二极管（UV
‑
LED）是指能发出近紫外光的一种发光二极管。目前制作UV
‑
LED的材料大多为基于三氧化二铝（Al2O3）、氮化铝、硅（Si）或碳化硅（SiC）等材料的衬底上，使用MOCVD设备以化学气相外延的方式外延形成N
‑
P型LED结构，即依次在衬底上外延N型掺杂的外延材料及其附属结构材料、发光层相关外延材料及其相关附属结构材料、P型掺杂的外延材料及其附属结构材料。传统的UV
‑
LED外延片的结构包括衬底及依次层叠在衬底表面上的氮化铝（AlN）或高铝组分的氮化铝镓（AlGaN）缓冲层、高铝组分的n型氮化铝镓（AlGaN）层、多量子阱发光层（MQW层）、电子阻挡层（EBL层）、低铝组分的P型氮化铝镓（AlGaN）层。使用时，通过倒装LED芯片加工工艺或者垂直兼倒装的LED芯片加工工艺，形成UV
‑
LED芯片。
[0003]然而传统的UV
‑
LED主要由薄膜型的AlGaN层组成，在制造时，其应力由于无法充分得到释放，在使用时容易出现裂纹等问题。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种高质量GaN外延片，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。
[0005]为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：
[0006]一种高质量GaN外延片，包括蓝宝石衬底，所述蓝宝石衬底上依次设置有缓冲层、GaN纳米柱层、电子阻挡层、多量子阱发光层和n
‑
GaN层。
[0007]作为本申请的一种优选方案，所述缓冲层采用AlN缓冲层或AlGaN缓冲层。
[0008]作为本申请的一种优选方案，所述GaN纳米柱层为阵列在缓冲层和电子阻挡层之间的AlGaN纳米柱，所述AlGaN纳米柱的厚度设置为500
‑
1500nm。
[0009]作为本申请的一种优选方案，所述电子阻挡层设置为AlGaN电子阻挡层。
[0010]作为本申请的一种优选方案，所述多量子阱发光层设置为AlGaN多量子阱发光层。
[0011]与现有技术相比，本申请的有益效果是：
[0012]本申请的GaN纳米柱层阵列在缓冲层和电子阻挡层之间，相对于传统的薄膜型GaN层，GaN纳米柱层与缓冲层和电子阻挡层的接触面积小，配合缓冲层压力容易得到释放，可大大降低裂纹以及缩短裂纹的长度，利用纳米柱材料有缺陷自排除效应，可大大降低缺陷密度，从而提高外延片的质量。
附图说明
[0013]图1为申请涉及的结构示意图.
[0014]图2为申请涉及的GaN纳米柱层示意图。
[0015]图中：蓝宝石衬底1，缓冲层2，GaN纳米柱层3，电子阻挡层4，多量子阱发光层5，n
‑
GaN层6。
具体实施方式
[0016]下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0017]一种高质量GaN外延片，参照图1和图2，包括蓝宝石衬底1，蓝宝石衬底1上依次设置有缓冲层2、GaN纳米柱层3、电子阻挡层4、多量子阱发光层5和n
‑
GaN层6。在本实施例中，GaN纳米柱层3为阵列在缓冲层2和电子阻挡层4之间的AlGaN纳米柱，其中，AlGaN纳米柱的厚度设置在500。在其它实施例中，AlGaN纳米柱的厚度可设置在500
‑
1500nm。
[0018]在本实施例中，如果薄膜型GaN层与缓冲层2的接触面积是1的话，那么AlGaN纳米柱阵列与缓冲层2的接触面积最大是0.785，即边长为1的正方形的内切圆的面积，从而使得应力容易得到释放，可大大缩短裂纹长度。
[0019]在本实施例中，AlGaN纳米柱的厚度过低，会减弱纳米柱本身的缺陷自排除效应，使其缺陷密度增加，不利于后续生长高质量的的n
‑
GaN；而AlGaN纳米柱厚度过高，纳米柱容易发生弯曲、断裂，使纳米柱的密度、取向均匀性下降，不利于后续生长高质量的n
‑
GaN。
[0020]参照图1，在本实施例中，缓冲层2采用AlN缓冲层，厚度设置在0.01μm。在其它实施例中，缓冲层2可采用AlGaN缓冲层，厚度可设置在0.01μm
ꢀ‑
12μm。
[0021]参照图1，在本实施例中，电子阻挡层4采用AlGaN电子阻挡层，其厚度设置在1μm。在其它实施例中，AlGaN电子阻挡层的厚度可设置在1μm
‑
20μm。
[0022]参照图1，在本实施例中，多量子阱发光层5采用AlGaN多量子阱发光层，其厚度设置在2μm。在其它实施例中，AlGaN多量子阱发光层的厚度可设置在1μm
‑
20μm。
[0023]在本实施例中，外延片上还设置AlN成核层，AlN成核层设置在蓝宝石衬底1和缓冲层2之间。
[0024]本申请实施例采用AlGaN纳米柱阵列作为GaN纳米柱层3之后，GaN薄膜的晶体质量有了显著的提升：GaN(0002)提升了200arcsec，GaN(1012)提升了321arcsec，说明采用AlGaN纳米柱阵列作为GaN纳米柱层3更易获得高质量的GaN薄膜。
[0025]尽管已经示出和描述了本技术的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本技术的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由所附权利要求及其等同物限定。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高质量GaN外延片，包括蓝宝石衬底（1），其特征在于，所述蓝宝石衬底（1）上依次设置有缓冲层（2）、GaN纳米柱层（3）、电子阻挡层（4）、多量子阱发光层（5）和n
‑
GaN层（6）。2.根据权利要求1所述的一种高质量GaN外延片，其特征在于，所述缓冲层（2）采用AlN缓冲层或AlGaN缓冲层。3.根据权利要求1所述的一种高质量GaN外延片，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洁，张伯林，
申请(专利权)人：苏州芯韵半导体有限公司，
类型：新型
国别省市：