一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法技术

技术编号:15298195 阅读:184 留言:0更新日期:2017-05-11 22:53
本发明专利技术公开了一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法,属于半导体技术领域。所述外延片包括蓝宝石衬底、缓冲层、未掺杂的GaN层、应力释放层、N型层、多量子阱层、P型层,应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1‑xN层和SiN层,0≤x<1,SiN层中Si组分含量按照如下任一种方式变化:保持不变、沿外延片的层叠方向线性增大、沿外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。本发明专利技术可以改善外延片的翘曲。

Epitaxial slice of GaN based LED and method for growing the same

The invention discloses an epitaxial wafer of a GaN based LED and a growth method thereof, belonging to the field of semiconductor technology. The wafer includes a sapphire substrate, a buffer layer, an undoped GaN layer, stress release layer, N layer, a multi quantum well layer, P layer, stress release layer comprises a multilayer body of undoped AlxGa1 xN layer and SiN layer, 0 < x < 1, SiN layer in Si composition according to any one of the following ways: constant, linear along the stacking direction of epitaxial films increases, linear along the stacking direction of epitaxial films decreases, keep unchanged and along the stacking direction of monolayer epitaxial wafer layer increases, keep unchanged and along the stacking direction of monolayer epitaxial wafer layer decreases, single stacking direction keep unchanged and along the epitaxial wafer by first layer increases and then decreases, the single layer remains unchanged and along the stacking direction of epitaxial films first decreases and then increases by layer by layer. The invention can improve the warpage of the epitaxial wafer.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
,特别涉及一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法
技术介绍
发光二极管(英文:LightEmittingDiodes,简称:LED)具有体积小、颜色丰富多彩、使用寿命长等优点,是信息光电子新兴产业中极具影响力的新产品,广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。GaN是制作LED的理想材料,以GaN为代表的Ⅲ族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体,具有导热率高、发光效率高、物理化学性质稳定、能实现P型或N型掺杂的优点,GaN的多元合金InGaN和GaN构成的量子阱结构,不但发光波长可覆盖整个可见光区域,而且具有较高的内量子效率。现有的GaN基LED外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层。其中,多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。在实现本专利技术的过程中,专利技术人发现现有技术至少存在以下问题:随着近年来经济的不断发展和人力成本的不断提高,LED芯片厂商已经逐步朝大尺寸外延工艺(大于2英寸的外延片)发展,以提高生产效率和LED芯片产能(如6英寸外延片的芯片产能是4英寸外延片的2倍、3英寸外延片的3~4倍、2英寸外延片的8~9倍),降低生产成本。GaN和蓝宝石之间存在晶格失配,造成LED外延片高密度缺陷、热膨胀系数大,产生的应力无法充分释放,外延片表面不平整,而大尺寸外延片相比传统的2英寸外延片,具有更高的翘曲度,破片率较高,严重制约大尺寸外延技术的发展。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题,本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法。所述技术方案如下:一方面,本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片,所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、P型层,所述外延片还包括层叠在所述未掺杂的GaN层和所述N型层之间的应力释放层,所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层,0≤x<1,所述SiN层中Si组分含量按照如下任一种方式变化:保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。可选地,所述SiN层的厚度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度相同或者不同。可选地,所述AlxGa1-xN层中Al组分含量保持不变或者沿所述外延片的层叠方向变化。可选地,所述P型层包括依次层叠在所述多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。另一方面,本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法,所述生长方法包括:提供一蓝宝石衬底;在所述蓝宝石衬底上依次生长缓冲层、未掺杂的GaN层、应力释放层、N型层、多量子阱层、P型层;其中,所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层,0≤x<1,所述SiN层中Si组分含量按照如下任一种方式变化:保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。可选地,所述SiN层的生长温度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的生长温度相同或者不同。可选地,所述SiN层的生长压力与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的生长压力相同或者不同。可选地,所述SiN层的厚度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度相同或者不同。可选地,所述AlxGa1-xN层中Al组分含量保持不变或者沿所述外延片的层叠方向变化。可选地,所述P型层包括依次层叠在所述多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过在未掺杂的GaN层和N型层之间设置应力释放层,应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层,Al原子的半径较大,Si原子的半径较小,线性缺陷通过Al原子的伸展方向和通过Si原子的伸展方向完全不同,交替设置AlxGa1-xN层和SiN层可以不断改变GaN和蓝宝石之间晶格失配产生的线性缺陷的转向,破坏线性缺陷延伸到多量子阱层,而且AlxGa1-xN层和SiN层交替层叠形成超晶格结构,有利于应力的释放,改善外延片的翘曲,减小外延片的中心和边缘之间的温差,改善外延片的均匀性,尤其是大尺寸外延片的均匀性,推动大尺寸外延技术的发展。附图说明为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例,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。图1是本专利技术实施例一提供的一种GaN基发光二极管的外延片的结构示意图;图2a-图2g是本专利技术实施例一提供的未掺杂的AlxGa1-xN层中Al组分含量的变化示意图;图3是本专利技术实施例二提供的一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法的流程示意图;图4是本专利技术实施例三提供的一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法的流程示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片,参见图1,该外延片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的缓冲层2、未掺杂的GaN层3、应力释放层4、N型层5、多量子阱层6、P型层7。在本实施例中,应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层,0≤x<1。SiN层中Si组分含量按照如下任一种方式变化:保持不变(如图2a所示)、沿外延片的层叠方向线性增大(如图2b所示)、沿外延片的层叠方向线性减小(如图2c所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向逐层增大(如图2d所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向逐层减小(如图2e所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小(如图2f所示)、单层保持不变且沿外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大(如图2g所示)。可选地,SiN层的厚度与未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度可以相同,也可以不同。可选地,AlxGa1-xN层中Al组分含量可以保持不变,也可以沿外延片的层叠方向变化。可选地,P型层可以包括依次层叠在多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。具体地,缓冲层可以为AlN层或者GaN层,N型层可以为掺杂Si的GaN层,多量子阱层可以包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层,P型电子阻挡层可以为掺杂Mg的AlGaN层,P型空穴提供层可以为掺杂Mg的GaN层,P型接触层可以为掺杂Mg的GaN层。本专利技术实施例通过在未掺杂的GaN层和N型层之间设置应力释放层,应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层,Al原子的半本文档来自技高网...
一种GaN基发光二极管的外延片及其生长方法

【技术保护点】
一种GaN基发光二极管的外延片,所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、P型层,其特征在于,所述外延片还包括层叠在所述未掺杂的GaN层和所述N型层之间的应力释放层,所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1‑xN层和SiN层,0≤x<1,所述SiN层中Si组分含量按照如下任一种方式变化:保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管的外延片,所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、P型层,其特征在于,所述外延片还包括层叠在所述未掺杂的GaN层和所述N型层之间的应力释放层,所述应力释放层包括交替层叠的未掺杂的AlxGa1-xN层和SiN层,0≤x<1,所述SiN层中Si组分含量按照如下任一种方式变化:保持不变、沿所述外延片的层叠方向线性增大、沿所述外延片的层叠方向线性减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层增大、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层增大再逐层减小、单层保持不变且沿所述外延片的层叠方向先逐层减小再逐层增大。2.根据权利要求1所述的外延片,其特征在于,所述SiN层的厚度与所述未掺杂的AlxGa1-xN层的厚度相同或者不同。3.根据权利要求1或2所述的外延片,其特征在于,所述AlxGa1-xN层中Al组分含量保持不变或者沿所述外延片的层叠方向变化。4.根据权利要求1或2所述的外延片,其特征在于,所述P型层包括依次层叠在所述多量子阱层上的P型电子阻挡层、P型空穴提供层、P型接触层。5.一种GaN基发光二极管的外延片的生长方法,其特征在于,所述生长方法包括:提供一蓝宝石衬底;在所述蓝宝石衬底上依...

【专利技术属性】
技术研发人员:杨兰万林胡加辉
申请(专利权)人:华灿光电浙江有限公司
类型:发明
国别省市:浙江;33

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