一种氮化镓基LED外延片的生长方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基LED外延片的生长方法，该方法包括：在蓝宝石衬底上生长掺Al的GaN缓冲层，其中Al组分摩尔比小于3%；在所述掺Al的GaN缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构，其中所述的铟镓铝氮多层结构包括N型GaN层，P型GaN层以及位于N型层和P型层之间的多量子阱发光层。本发明专利技术通过在衬底与外延层之间插入掺Al的GaN缓冲层，可改善GaN缓冲层的热膨胀系数，缓解蓝宝石衬底与GaN外延层的晶格失配和热失配带给GaN外延层的应力，使外延层生长更平坦，从而提高LED外延片的发光波长均匀性、量子阱效率以及发光亮度的集中度等。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基LED外延片的生长方法
本专利技术属于半导体
，涉及一种LED外延片的生长方法，特别是一种含有GaN缓冲层的GaN基LED外延片的生长方法。
技术介绍
GaN基材料，包括InGaN、GaN, AlGaN, AlInGaN合金，为直接带隙半导体，且带隙从 1.8?6.2eV连续可调，是生产高亮度蓝、绿光和白光LED的首选材料，产品广泛应用于大屏幕彩色显示、车辆及交通信号、室内外装饰照明、标示标牌指示、太阳能路灯、智能交通控制和通用照明等工程以及手机、电脑、音响及家电产品的指示光源等。 GaN基材料绝大多生长在蓝宝石衬底上，由于GaN基材料与蓝宝石衬底之间有较大的晶格失配度，约为13.5%，会在外延层中产生大量的位错与缺陷，缺陷的密度高达lXK^-lXlOH/cm3。其次，蓝宝石衬底和GaN之间较大的热膨胀系数差异导致较大的热失配。蓝宝石的热膨胀系数为7.5 X 10-?-1,而GaN的热膨胀系数为5.59 X Κ^Κ—1，二者相差很大，造成高温生长后降温的过程中衬底和外延层之间产生较大的应力，导致外延片的翘曲、龟裂等现象产生。从而使得外延片的发光波长均匀度不高、量子阱效率低及发光亮度分散。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是:提供一种氮化镓基LED外延片的生长方法，用来降低现有技术中外延层与蓝宝石衬底之间的热失配与晶格失配问题。 为了解决本专利技术的技术问题，本专利技术提供一种氮化镓基LED外延片的生长方法。该方法包括在蓝宝石衬底上生长掺Al的GaN缓冲层，其中掺入的Al组分摩尔比小于3%，该方法还包括在所述掺Al的GaN缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构，其中所述铟镓铝氮多层结构包括N型GaN层，P型GaN层以及位于N型层和P型层之间的多量子阱发光层。 优选的，所述掺Al的GaN缓冲层的厚度为300-350Α。 优选的，所述掺Al的GaN缓冲层的生长温度在550_650°C之间，生长压力为600mbar。 本专利技术还提供一种氮化镓基LED外延片，其结构自下而上依次为蓝宝石衬底、掺Al的GaN缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、P型铝镓氮层、P型氮化镓层、高掺杂的GaN基电极接触层，其特征在于所述掺Al的GaN缓冲层中Al组分的摩尔比小于3% ο 本专利技术的有益效果:相比现有技术，本专利技术通过在衬底与外延层之间插入掺Al的GaN缓冲层，其中掺入的Al组分摩尔比小于3%。GaN缓冲层的Al由于量很少，一方面能维持原本的GaN缓冲层的一些优良特性，又能改善GaN缓冲层的热膨胀系数，缓解蓝宝石衬底与GaN外延层的晶格失配和热失配带给GaN外延层的应力，使外延在衬底上生长过程中产生的应力大幅度降低，使外延的生长更加平坦，从而使生长得到的LED外延片的发光波长均匀性提高，波长的标准差降低。 【附图说明】 图1为外延片主要结构示意图。 100:蓝宝石衬底； 101:掺Al的GaN缓冲层；102:非掺杂氮化镓层； 103:N型氮化镓； 104:多量子阱层； 105:P型铝镓氮； 106:P型氮化镓；107:高掺杂的GaN基电极接触层。 【具体实施方式】 本专利技术采用金属有机物化学气相沉积法(MOCVD, Metalorganic Chemical Vapordeposit1n)生长，衬底选用(0001)晶向的蓝宝石，金属有机源是三甲基镓(TMGa)、三甲基铟(TMIn)、三乙基镓(TEGa)、三甲基铝(TMA1 )，氮源为氨气(NH3), N型掺杂剂为200ppm的H2携载的硅烷(SiH4), P型掺杂剂为二茂镁(Cp2Mg)。 实施例1提供一种氮化镓基LED外延片的生长方法，包括如下步骤:将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入MOCVD反应室中，然后在H2环境中升温至1180°C，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。降温至550°C,在600mbar下生长30nm厚的低温AlatllGaa99N缓冲层。升温至115(rC生长2.5um厚的非掺杂GaN层。在1150°C生长3um厚的η型GaN层。在N2环境中生长12个周期的多量子阱层，GaN垒层:厚度为13nm，生长温度为850°C ；InGaN阱层:厚度为2nm，生长温度为760°C。升温至1000°C生长60nm厚的P-Alatl8Gaa92N层。在980°C生长160nm厚的P型GaN层。在980°C生长25nm厚的高掺杂p型GaN电极接触层。降温至室温，生长结束。 本实施例生长的GaN基LED外延片，降低了外延层的位错密度，线缺陷密度可降低至1X108/CM3以下，晶圆上的芯片(chip on wafer,简称COW)亮度从102mw提高到104mw,2英寸外延片的波长标准差从1.5nm下降到1.2nm。 实施例2提供一种氮化镓基LED外延片的生长方法，包括如下步骤:将(0001)晶向的蓝宝石衬底放入反应室中，然后在H2环境中升温至1180°C，稳定10分钟，对衬底进行高温净化。降温至550°C,在600mbar下生长1nm厚的低温Alatl2Gaa98N缓冲层。在550°C下生长20nm厚的低温GaN缓冲层。升温至1150°C生长2.5um厚的非掺杂GaN层。在1150°C生长3um厚的η型GaN层。在N2环境中生长12个周期的多量子阱层，GaN垒层:厚度为13nm，生长温度为850°C;InGaN阱层:厚度为2醒，生长温度为760°C。升温至1000°C生长60nm厚的P-Alatl8Gaa92N层。在980°C生长160nm厚的p型GaN层。在980°C生长25nm厚的高掺杂p型GaN电极接触层。降温至室温，生长结束。 本实施例生长的GaN基LED外延片，降低了外延层的位错密度，线缺陷密度可降低至IX1Vcm3以下，COW亮度从102mw提高到105mw，2英寸外延片的波长标准差从1.5nm下降到1.lnm。 以上所述，仅为本专利技术中的【具体实施方式】，但本专利技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本专利技术所揭露的技术范围内，可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本专利技术的保护范围之内。因此，本专利技术的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基LED外延片的生长方法，该方法包括：在蓝宝石衬底上生长掺Al的GaN缓冲层； 在所述掺Al的GaN缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构，其中所述铟镓铝氮多层结构包括N型GaN层，P型GaN层以及位于N型层和P型层之间的多量子阱发光层；其特征在于所述掺Al的GaN缓冲层中Al组分的摩尔比小于3%。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基LED外延片的生长方法,该方法包括: 在蓝宝石衬底上生长掺Al的GaN缓冲层； 在所述掺Al的GaN缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构，其中所述铟镓铝氮多层结构包括N型GaN层，P型GaN层以及位于N型层和P型层之间的多量子阱发光层； 其特征在于所述掺Al的GaN缓冲层中Al组分的摩尔比小于3%。2.根据权利要求1所述的氮化镓基LED外延片的生长方法，其特征在于所述掺Al的GaN缓冲层的厚度为300-350A。3...

【专利技术属性】
技术研发人员：聂虎臣，叶明发，涂逵，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36