蓝宝石衬底外延片及其制备方法、LED技术

本发明专利技术涉及半导体技术领域，具体公开一种蓝宝石衬底外延片及其制备方法、LED，该制备方法，包括：提供蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上沉积复合缓冲层；在所述复合缓冲层上沉积外延层；所述复合缓冲层包括依次沉积于所述蓝宝石衬底上的SiO2图形层、SiON界面层、Si3N4层、掺Si的AlN界面层、Al预沉积层、AlN过渡界面层及AlN层。本发明专利技术通过设置由多个材料层共同配合形成的复合缓冲层，有效提高外延材料的晶体质量，减少位错缺陷，提升发光效率。提升发光效率。提升发光效率。

【技术实现步骤摘要】
蓝宝石衬底外延片及其制备方法、LED


[0001]本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种蓝宝石衬底外延片及其制备方法、LED。

技术介绍

[0002]现有的氮化镓基发光二极管的外延片，通常采用异质衬底外延制备而成，其中，蓝宝石衬底由于生产技术成熟、稳定性较好等优点受到广泛应用。然而，蓝宝石衬底与氮化镓基外延材料之间存在较大的晶格失配和热失配，导致外延材料在生长过程中会受到较大的应力，且容易形成位错，产生缺陷，导致发光二极管的光效降低。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于针对已有的技术现状，提供一种蓝宝石衬底外延片及其制备方法、LED，本专利技术通过设置由多个材料层共同配合形成的复合缓冲层，有效提高外延材料的晶体质量，减少位错缺陷，提升发光效率。
[0004]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]首先，本专利技术提供一种蓝宝石衬底外延片的制备方法，包括：
[0006]提供蓝宝石衬底；
[0007]在所述蓝宝石衬底上沉积复合缓冲层；
[0008]在所述复合缓冲层上沉积外延层；
[0009]所述复合缓冲层包括依次沉积于所述蓝宝石衬底上的SiO2图形层、SiON界面层、Si3N4层、掺Si的AlN界面层、Al预沉积层、AlN过渡界面层及AlN层。
[0010]在一些实施例中，所述SiON界面层为经由所述SiO2图形层的表面进行氮化而形成。
[0011]在一些实施例中，所述SiON界面层的制备步骤如下：
[0012]在沉积所述SiO2图形层之后，通入氨气，进行高温氮化处理，高温氮化处理的温度为1050℃～1250℃，压力为50torr～300torr。
[0013]在一些实施例中，所述掺Si的AlN界面层的制备步骤如下：
[0014]在所述Si3N4层上预铺铝，随后进行氮化处理。
[0015]在一些实施例中，所述掺Si的AlN界面层的制备步骤如下：
[0016]在所述Si3N4层沉积完毕后，在MOCVD腔室中，以N2和H2作为载气，向反应腔中通入TMAl气体，进行低温预铺铝，温度为750℃～1000℃，生长压力为50torr～200torr；
[0017]预铺铝完毕后，以N2和H2作为载气，向反应腔内通入氨气及硅烷，进行高温氮化处理，高温氮化处理的温度为1050℃～1250℃，压力为100torr～300torr。
[0018]在一些实施例中，所述AlN过渡界面层为经由所述Al预沉积层的表面进行氮化而形成。
[0019]在一些实施例中，所述AlN过渡界面层的制备步骤如下：
[0020]在Al预沉积层沉积完毕后，在MOCVD腔室中，以N2和H2作为载气，向反应腔内通入氨气，进行低温氮化处理，所述低温氮化处理的温度为850℃～1000℃，压力为100torr～300torr。
[0021]在一些实施例中，所述SiO2图形层的厚度为1nm～10nm，所述Si3N4层的厚度为1nm～10nm，所述Al预沉积层的厚度为0.5nm～5nm，所述AlN层的厚度为5nm～50nm，所述SiON界面层、所述掺Si的AlN界面层及所述AlN过渡界面层的厚度均小于1nm。
[0022]其次，本专利技术提供一种蓝宝石衬底外延片，包括蓝宝石衬底，其特征在于，所述蓝宝石衬底上沿外延方向依次设有复合缓冲层及外延层，所述复合缓冲层包括依次沉积于所述蓝宝石衬底上的SiO2图形层、SiON界面层、Si3N4层、掺Si的AlN界面层、Al预沉积层、AlN过渡界面层及AlN层。
[0023]再者，本专利技术提供一种LED，包括由上述的蓝宝石衬底外延片的制备方法制得的外延片。
[0024]本专利技术的有益效果在于：
[0025]本专利技术中，在蓝宝石衬底与外延层之间设置复合缓冲层，其中，蓝宝石衬底的晶格常数为SiO2的晶格常数为Si3N4的晶格常数为AlN的晶格常数为自SiO2图形层向AlN层形成了晶格常数、热膨胀系数渐变的缓冲层结构，由此减少各材料层之间的晶格失配和热失配，提高后续在缓冲层上生长的外延层的晶体质量，提升发光效率，此外，在高温热处理的过程中，SiO2图形层、Si3N4层及AlN层会对蓝宝石衬底形成拉应力，使得未生长外延层的外延片形成微上翘曲的结果，在后续的外延层生长过程中，这种微上翘曲结构会降低外延材料的张应力，使得蓝宝石衬底与MOCVD反应室中石墨载片接触更加充分，进而使得温度分布更加均匀，提升了外延片的良率、发光效率和波长均匀性。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的蓝宝石衬底外延片的制备方法的流程图。
[0027]图2为本专利技术的蓝宝石衬底外延片的结构示意图。
具体实施方式
[0028]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术作进一步地详细描述。
[0029]首先，参见图1及图2所示，本专利技术公开一种蓝宝石衬底外延片的制备方法，包括：
[0030]S10.提供蓝宝石衬底1；
[0031]S20.在所述蓝宝石衬底1上沉积复合缓冲层2；
[0032]S30.在所述复合缓冲层2上沉积外延层3；
[0033]所述复合缓冲层2包括依次沉积于所述蓝宝石衬底1上的SiO2图形层21、SiON界面层22、Si3N4层23、掺Si的AlN界面层24、Al预沉积层25、AlN过渡界面层26及AlN层27。
[0034]本专利技术中，在蓝宝石衬底1与外延层3之间设置复合缓冲层2，其中，蓝宝石衬底1的晶格常数为SiO2的晶格常数为Si3N4的晶格常数为AlN的晶格常数
为自SiO2图形层21向AlN层27形成了晶格常数、热膨胀系数渐变的缓冲层结构，由此减少各材料层之间的晶格失配和热失配，提高后续在缓冲层上生长的外延层3的晶体质量，提升发光效率，此外，在高温热处理的过程中，SiO2图形层21、Si3N4层23及AlN层27会对蓝宝石衬底1形成拉应力，使得未生长外延层3的外延片形成微上翘曲的结果，在后续的外延层3生长过程中，这种微上翘曲结构会降低外延材料的张应力，使得蓝宝石衬底1与MOCVD反应室中石墨载片接触更加充分，进而使得温度分布更加均匀，提升了外延片的良率、发光效率和波长均匀性。
[0035]其中，所述SiON界面层22为经由所述SiO2图形层21的表面进行氮化而形成，形成的SiON界面层22与SiO2图形层21之间的晶格适配性更高，经由SiON界面层22降低SiO2图形层21与Si3N4层23之间的晶格失配和热失配。
[0036]其中，所述SiON界面层22的制备步骤如下：
[0037]在沉积所述SiO2图形层21之后，通入氨气，进行高温氮化处理，高温氮化处理的温度为1050℃～1250℃，压力为50torr～300torr，示例性的，高温氮化处理的温度为1050℃、1100℃、1150℃、1200℃或1250℃，但不限于此，示例性的，压力为50torr、100torr、150tor本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种蓝宝石衬底外延片的制备方法，其特征在于，包括：提供蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上沉积复合缓冲层；在所述复合缓冲层上沉积外延层；所述复合缓冲层包括依次沉积于所述蓝宝石衬底上的SiO2图形层、SiON界面层、Si3N4层、掺Si的AlN界面层、Al预沉积层、AlN过渡界面层及AlN层。2.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底外延片的制备方法，其特征在于，所述SiON界面层为经由所述SiO2图形层的表面进行氮化而形成。3.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底外延片的制备方法，其特征在于，所述SiON界面层的制备步骤如下：在沉积所述SiO2图形层之后，通入氨气，进行高温氮化处理，高温氮化处理的温度为1050℃～1250℃，压力为50torr～300torr。4.根据权利要求1所述的蓝宝石衬底外延片的制备方法，其特征在于，所述掺Si的AlN界面层的制备步骤如下：在所述Si3N4层上预铺铝，随后进行氮化处理。5.根据权利要求4所述的蓝宝石衬底外延片的制备方法，其特征在于，所述掺Si的AlN界面层的制备步骤如下：在所述Si3N4层沉积完毕后，在MOCVD腔室中，以N2和H2作为载气，向反应腔中通入TMAl气体，进行低温预铺铝，温度为750℃～1000℃，生长压力为50torr～200torr；预铺铝完毕后，以N2和H2作为载气，向反应腔内通入氨气及硅烷，进行高温氮化处理，高温氮化处理的温...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒俊，程龙，高虹，郑文杰，印从飞，张彩霞，刘春杨，胡加辉，金从龙，
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：