发光二极管及其制备方法技术

本公开提供了一种发光二极管及其制备方法，属于半导体技术领域。所述制备方法包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长AlN过渡层，所述AlN过渡层包括多个过渡子层，所述多个过渡子层在生长过程中生长温度变化，至少一个所述过渡子层在生长前暂停通入Al源并预通第一时间的N源；在所述AlN过渡层上生长未掺杂的AlGaN层、第一半导体层、发光层和第二半导体层。层。层。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管及其制备方法


[0001]本公开涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管及其制备方法。

技术介绍

[0002]基于AlGaN材料的短波长紫外发光二极管应用领域非常广泛，是氮化物半导体研究领域的一个重要研究内容。
[0003]紫外发光二极管包括衬底、以及层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂的AlGaN层、第一半导体层、有源层和第二半导体层。其中，衬底为蓝宝石衬底。
[0004]由于蓝宝石衬底与AlGaN层之间的晶格失配与热失配较大，使AlGaN材料在外延生长过程中容易产生大量的位错。又因与Ga原子相比，Al原子表面迁移率能力低，使AlGaN层在外延生长过程中产生不同的成核点，每个成核点进一步形成岛屿并相互合并，导致材料产生大量的缺陷。同时，当生长的AlGaN层较厚时，蓝宝石衬底对厚膜AlGaN层的张应力会导致AlGaN层破裂而产生大量裂纹缺陷。以上因素使得AlGaN层晶体质量差，位错密度高，影响载流子的辐射复合效率，从而降低了发光二极管的量子效率。

技术实现思路

[0005]本公开实施例提供了一种发光二极管及其制备方法，可以提高AlGaN层晶体质量，从而提高发光二极管的量子效率。所述技术方案如下：
[0006]一方面，提供了一种发光二极管的制备方法，所述制备方法包括：
[0007]在衬底上生长缓冲层；
[0008]在所述缓冲层上生长AlN过渡层，所述AlN过渡层包括多个过渡子层，所述多个过渡子层在生长过程中生长温度变化，至少一个所述过渡子层在生长前暂停通入Al源并预通第一时间的N源；
[0009]在所述AlN过渡层上生长未掺杂的AlGaN层、第一半导体层、发光层和第二半导体层。
[0010]可选地，所述AlN过渡层包括多个周期的超晶格结构，每个周期的所述超晶格结构包括层叠的第一过渡子层、第二过渡子层和第三过渡子层，所述第三过渡子层的生长温度大于所述第二过渡子层的生长温度，所述第二过渡子层的生长温度大于所述第一过渡子层的生长温度。
[0011]可选地，在每个所述过渡子层中，生长温度线性增大、线性减小、梯度增大、梯度减小或者呈锯齿状变化。
[0012]可选地，所述第二过渡子层和所述第三过渡子层在生长前暂停通入Al源并预通第一时间的N源。
[0013]可选地，所述第三过渡子层生长时Al源的流量大于所述第二过渡子层生长时Al源的流量，所述第二过渡子层生长时Al源的流量大于或等于所述第一过渡子层生长时Al源的流量。
[0014]可选地，在每个所述过渡子层中，Al源的流量线性增大、线性减小、梯度增大、梯度减小或者呈锯齿状变化。
[0015]可选地，在相邻2个所述过渡子层生长时Al源的流量不变时，相邻2个所述过渡子层生长时N源的流量变化；
[0016]在相邻2个所述过渡子层生长时Al源的流量增大时，相邻2个所述过渡子层生长时N源的流量变化。
[0017]可选地，所述第三过渡子层生长时N源的流量大于所述第二过渡子层生长时N源的流量，所述第二过渡子层生长时N源的流量大于所述第一过渡子层生长时N源的流量。
[0018]可选地，所述第一时间的长度与所述过渡子层的厚度正相关。
[0019]另一方面，提供了一种发光二极管，所述发光二极管采用如前任一项所述的方法制备。
[0020]本公开实施例利用多个AlN过渡子层生长改变AlGaN层生长产生的线性缺陷延伸的方向。利用多个AlN过渡子层生长过渡层，可以起到类似超晶格调节应力的作用，其原理是利用多层过渡子层中各子层的晶格失配在过渡子层结构的界面上尽可能多的中断沿生长方向的位错。利用多个AlN过渡子层生长过渡层在一定程度上使得位错终止在过渡子层之间或者过渡子层内部，至多有少部分的位错能够穿透过渡层。
[0021]生长过程中，不同AlN过渡子层生长温度变化，能够提高Al原子的迁移率能力。由于GaN结合能(2.2ev)小于AlN的结合能(2.88ev)，所以Al原子的迁移能较高而迁移率较低，Al原子表面的扩散长度小于Ga原子，在外延生长过程中，Al原子不易实现横向扩散，即不易实现二维生长，它们倾向于占据起初衬底吸附的位置，将不再移动至能量最低的格点处；升温提高Al原子的迁移速率，增加Al原子表面的扩散长度，增加Al原子的二维生长，减少Al原子寄生反应而形成的岛状成核，减少成核点从而减少线性缺陷。
[0022]在生长过程中暂停Al源而预通N源，减少Al原子寄生反应形成的成核点。在通入反应源时，Al源容易发生预反应，即通入气体后，Al原子会与N原子在抵达生长面之前就发生反应，从而形成AlN颗粒，AlN颗粒使得外延晶体薄膜在生长时产生大量缺陷。预通N源，暂停Al源能够减少Al原子与N原子的预反应而减少缺陷。
[0023]通过上述手段减少位错和缺陷密度，提高外延层生长的晶体质量，从而提高了发光二极管的量子效率。
附图说明
[0024]为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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。
[0025]图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法流程图；
[0026]图2是本公开实施例提供的另一种发光二极管的制备方法流程图；
[0027]图3至图6是本公开实施例提供的一种变化曲线示意图；
[0028]图7是本公开实施例提供的一种发光二极管的结构示意图。
具体实施方式
[0029]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0030]图1是本公开实施例提供的一种发光二极管的制备方法流程图，如图1所示，该制备方法包括：
[0031]步骤101、在衬底上生长缓冲层。
[0032]示例性地，衬底为蓝宝石衬底，缓冲层为AlN层。
[0033]步骤102、在缓冲层上生长AlN过渡层。
[0034]其中，所述AlN过渡层包括多个过渡子层，所述多个过渡子层在生长过程中生长温度变化，至少一个所述过渡子层在生长前暂停通入Al源并预通第一时间的N源。
[0035]步骤103、在AlN过渡层上生长未掺杂的AlGaN层、第一半导体层、发光层和第二半导体层。
[0036]其中，第一半导体层为N型半导体层，发光层为有源层，第二半导体层为P型半导体层。
[0037]示例性地，第一半导体层为N型接触层，例如掺Si的AlGaN层。有源层包括多个周期交替生长的量子阱层和量子垒层，量子阱层为Al
x
Ga1‑
x
N层，0＜x＜1，量子垒层为Al
y
Ga1‑
y
N层，0＜y＜1。第二半导体层可以包括P型电子阻挡层、P型GaN层和P型GaN接触层。其中，P型GaN为掺Mg的GaN。P型本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在衬底上生长缓冲层；在所述缓冲层上生长AlN过渡层，所述AlN过渡层包括多个过渡子层，所述多个过渡子层在生长过程中生长温度变化，至少一个所述过渡子层在生长前暂停通入Al源并预通第一时间的N源；在所述AlN过渡层上生长未掺杂的AlGaN层、第一半导体层、发光层和第二半导体层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述AlN过渡层包括多个周期的超晶格结构，每个周期的所述超晶格结构包括层叠的第一过渡子层、第二过渡子层和第三过渡子层，所述第三过渡子层的生长温度大于所述第二过渡子层的生长温度，所述第二过渡子层的生长温度大于所述第一过渡子层的生长温度。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，在每个所述过渡子层中，生长温度线性增大、线性减小、梯度增大、梯度减小或者呈锯齿状变化。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述第二过渡子层和所述第三过渡子层在生长前暂停通入Al源并预通第一时间的N源。5.根据权利要求2至4任一项所述的制备方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨兰，胡任浩，张奕，陆香花，梅劲，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：