一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片及其制造方法；该垂直结构氮化镓发光二极管的外延片包括衬底，以及顺序覆着在衬底一侧的ZnO缓冲层、GaN成核层、高温GaN层、N型GaN层、MQW发光层和P型GaN层；该制造方法包括如下步骤：选取衬底并在衬底上生长缓冲层、缓冲层预处理、生长GaN成核层、生长高温GaN层、多量子阱LED全结构的生长。采用了本发明专利技术技术方案的一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片及其制造方法，能够获得质量完美的GaN外延薄膜，因而提高了外延材料的质量；此外，ZnO缓冲层易被酸碱腐蚀而自剥离，可大大降低后续剥离衬底的成本，因而能够获得更高的良品率，以及更低的生产成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种发光二极管的外延片及其制造方法， 特别涉及。
技术介绍
氮化镓发光二极管(GaN LED)作为实现固态照明的核心器件，自问世以来其技术发展很快，但是为了快速推广固态照明的应用，仍然需要在大幅度降低生产成本同时提高 GaN LED的性能。自从美国的旭明光电(SemiLEDs)推出基于激光剥离技术而实现的垂直结构LED芯片以来，目前已证明垂直结构LED芯片具有非常优秀的电流扩展特性、优良的散热效果、良好的抗静电能力，以及很高的外量子效率，因而能够实现更高的流明效率和更可靠、更长的器件寿命。目前主要有四种方法能够实现垂直结构GaN LED技术。第一种方法是kmiLEDs提出的激光剥离蓝宝石法，但因其所需的激光剥离设备十分昂贵，而且工艺复杂、控制困难， 导致良品率不高。第二种方法是使用机械研磨方式去除蓝宝石或是碳化硅(SiC)衬底，但是SiC衬底的硬度十分大，而又由于外延层很薄，导致机械研磨剥离过程的良率不高，而且成本昂贵。第三种方法是先使用机械研磨法使蓝宝石、Si (硅)或是SiC衬底减薄，然后对衬底进行打洞，深入到N型GaN，制造电极实现垂直结构器件。该方法虽然避开了前两种完全剥离技术所引起的工艺难度大、成本高的问题，但是因仍保留一部分衬底，导致出光效率并不能充分体现出垂直结构的特点，整体而言性价比不高。第四种是有文献报道的用所谓外延牺牲层(比如金属或是其它介质材料)来生长GaN。但是根据GaN的材料生长特性，要求外延牺牲层具有非常好的晶格匹配和热化学稳定性，因此如何选择合适的外延牺牲层材料以及制造工艺，是当前研究的热点前沿。综上所述，现有垂直结构氮化镓发光二极管及其制造方法需要改进，而垂直结构氮化镓发光二极管的关键又在于垂直结构氮化镓发光二极管的外延片。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题之一是提供一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片，包括衬底，以及顺序覆着在衬底一侧的ZnO 缓冲层、GaN成核层、高温GaN层、N型GaN层、MQff发光层和P型GaN层；所述ZnO缓冲层的厚度为50至5000nm ；ZnO缓冲层的材料为未参杂的SiO，或者掺入了金属feuAlJn中任意一种或者两种，或者Ga、Al、In三种的SiO。本专利技术所要解决的技术问题之二是相应的提供一种垂直结构氮化镓发光二极管外延片的制造方法。为解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法，包括如下步骤51)、选取衬底并在衬底上生长缓冲层选择蓝宝石片、硅片、碳化硅片、石英玻璃片中的一种作为衬底，并利用外延设备在所选衬底的一侧表面生长出一层ZnO薄膜作为缓冲层；52)、缓冲层预处理对缓冲层进行预处理，为后续GaN外延生长打好基础；53)、生长GaN成核层在缓冲层的外侧生长出GaN成核层，为后续高温GaN层外延生长提供基础；54)、生长高温GaN层在GaN成核层的外侧生长出高温GaN层；55)、多量子阱LED全结构的生长在高温GaN层外侧依次生长出N型GaN层、多量子阱发光层、P型GaN层制造出垂直结构GaN LED外延片。本专利技术的有益效果是采用了本专利技术一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片的制造方法技术方案生产一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片，利用了 ZnO与GaN的晶格几乎完全匹配的特性， ZnO作为GaN生长的缓冲层，有效消除GaN成核层生长时的晶向偏转，使生长的垂直结构GaN LED外延片具有低的位错密度，能够获得质量完美的GaN外延薄膜，因而提高了外延材料的质量；此外，ZnO是双性金属氧化物，易被酸碱腐蚀而自剥离，可大大降低后续剥离衬底的成本；所以采用本专利技术技术方案垂直结构GaN LED外延片的制造方法制造垂直结构GaN LED外延片及垂直结构GaN LED芯片，能够获得更高的良品率，以及更低的生产成本。附图说明图1是本专利技术具体实施方式中垂直结构GaN LED外延片的结构示意图。图2是本专利技术具体实施方式中制造垂直结构GaN LED外延片的主要步骤流程图。图3是本专利技术具体实施方式在蓝宝石衬底上生长垂直结构GaN LED XRDRockingCurve 摇摆曲线图。下面将结合附图对本专利技术作进一步详述。具体实施例方式本具体实施方式的大致思路为首先选择衬底，并利用外延设备在衬底上外延生长出缓冲层；然后再对缓冲层进行预处理，为后续GaN外延生长获得高质量材料打好基础； 最后使用外延设备进行垂直结构GaN LED全结构的外延生长，从而获得垂直结构GaN LED 外延片。本具体实施方式中制造的垂直结构GaN LED外延片，其结构如图1所示垂直结构GaN LED外延片包括衬底，以及顺序附着在衬底一侧的SiO (氧化锌)缓冲层、GaN成核层、高温GaN层、N型GaN层、MQW (Multiple Quantum Well，多量子阱)发光层和P型GaN层。其中ZnO缓冲层的厚度一般为20至5000nm (纳米)；GaN成核层的厚度一般为10 至150nm ；高温GaN层的厚度一般不小于Ium ；N型GaN层的厚度一般大于2um ；MQff发光层的厚度一般为14 至 120nm (其中 Quantum Barrier 6 至 l&im，Quantum Well 1 至 3nm， QB+QW的周期数为2至8个)；P型GaN层的厚度一般为80至lOOOnm)。本具体实施方式中具体而言，在(0001)方向蓝宝石衬底的一面，紧贴有一层厚度为250nm的ZnO缓冲层；缓冲层的另一侧按照顺序排列有45nm的GaN成核层、2um的高温 GaN层、5um的N型GaN层、72nm的MQW发光层，MQW发光层的外层(也就是最外层)是200nm 的P型GaN层。ZnO缓冲层的材料为未参杂的&ι0，或者掺入了金属fei、Al、In中任意一种或者两种，或者Ga、Al、In三种的ZnO。制造图1中垂直结构GaN LED外延片的具体步骤如下 1、选取衬底并在衬底上生长缓冲层首选，选取合适的材料作为外延生长的衬底，具体可选择蓝宝石片、硅片、碳化硅片、石英玻璃片等。本处优选(0001)方向的蓝宝石片。然后，使用 MOCVD (Metal 至 organic Chemieal Vapor DePosition，金属有机化合物化学气相淀积)、MBE (molecularbeamepitaxy分子束外延)或是PECVD (等离子增强化学气相沉积)方法，生长温度为300至800摄氏度，压力小于20torr，载气为Ar，DEZn为锌源，高纯氧气为氧源，在衬底上沉积缓冲层。缓冲层的厚度50至5000nm内，缓冲层的材料为未参杂或是掺入第三族金属( (镓)、A1 (铝)或h (铟)的&ι0。本处具体而言，将蓝宝石片用LP至MOCVD (低压M0CVD)方法生长出掺入( 金属的ZnO缓冲层，掺杂的( 所占组分化学计量比为0. 5至18%。控制生长温度为550摄氏度， 压力小于20torr (托尔，Itorr相当于1毫米汞柱)，载气为Ar (氩气)。DEZn (二乙基锌)为锌源，高纯氧气为氧源，生长出的ZnO缓冲本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种垂直结构氮化镓发光二极管的外延片，包括衬底，以及顺序覆着在衬底一侧的ＧａＮ成核层、高温ＧａＮ层、Ｎ型ＧａＮ层、ＭＱＷ发光层和Ｐ　型ＧａＮ层，其特征在于，所述衬底和ＧａＮ成核层之间还有ＺｎＯ缓冲层；所述ＺｎＯ缓冲层的厚度为５０至５０００ｎｍ；ＺｎＯ缓冲层的材料为未参杂的ＺｎＯ，或者掺入了金属Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ中任意一种或者两种，或者Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ三种的ＺｎＯ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王钢，王孟源，童存声，雷秀铮，江灏，
申请(专利权)人：中山大学佛山研究院，佛山市中昊光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：44