一種GaN基LED外延片及其制備方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種GaN基LED外延片及其制備方法。
【背景技術】
[0002]發光二極管(Light Emitting D1des，簡稱“LED”)是一種能將電能轉化為光能的半導體電子元件，因其具有體積小、使用壽命長、顏色豐富多彩、能耗低等特點，被廣泛應用于照明、顯示屏、信號燈、背光源、玩具等領域。
[0003]常規GaN基LED外延片主要采用金屬有機化合物化學氣相沉淀(Metal-organicChemical Vapor Deposit1n，簡稱“M0CVD”)方法制備，LED外延片一般包括:襯底、以及依次生長在襯底上的緩沖層、非摻雜GaN層、η型GaN層，低溫應力釋放層，多量子阱層，電子阻擋層，P型GaN層、以及歐姆接觸層。
[0004]為了避免由于GaN與襯底(例如:藍寶石)之間的晶格失配度較大、熱膨脹系數差異較大，而產生的GaN基外延片翹曲度大的問題，常規采用兩步生長法制備緩沖層。具體地，兩步生長法為:第一步，在低溫下生長非晶態GaN成核層；第二步，在高溫下，配合適當的生長速度，即可形成較高質量的GaN層結構。
[0005]但是，在采用大尺寸襯底(例如:4寸、6寸、以及8寸)時，通過常規的兩步生長法制備緩沖層無法控制制備出的GaN基外延片的翹曲度，制備出的GaN基外延片的翹曲度大，導致出現GaN基外延片中心與邊緣的電性及波長均勻性差的問題。
【發明內容】
[0006]為了解決現有的大尺寸GaN基外延片的電性及波長均勻性不理想的問題，本發明實施例提供了一種GaN基LED外延片及其制備方法。所述技術方案如下:
[0007]—方面，提供了一種GaN基LED外延片，所述外延片包括:襯底、和依次層疊在所述襯底上的緩沖層、非摻雜GaN層、η型GaN層、低溫應力釋放層、多量子阱層、電子阻擋層、P型GaN層、以及P型歐姆接觸層，所述緩沖層包括:依次生長的SiN子層、AlN子層、以及YxGa1 ΧΝ子層，O < X < 0.5，Y為Al、S1、以及Mg中一個或者多個。
[0008]具體地，所述SiN子層的厚度為0.5nm?5nm。
[0009]具體地，所述AlN子層的厚度為5nm?25nm。
[0010]具體地，所述YxGa1 XN子層的厚度為5nm?25nm。
[0011]進一步地，所述緩沖層的厚度為15?40nmo
[0012]另一方面，提供了一種GaN基LED外延片的制備方法，所述方法包括:
[0013]在襯底上生長緩沖層；
[0014]在所述緩沖層上依次生長非摻雜GaN層、η型GaN層、低溫應力釋放層、多量子阱層、電子阻擋層、P型GaN層、以及P型歐姆接觸層，
[0015]所述在襯底上生長緩沖層，包括:
[0016]在所述襯底上生長一層SiN子層；
[0017]在所述SiN子層上生長一層AlN子層；
[0018]在所述AlN子層上生長一層YxGa1 XN子層，O < X < 0.5，Y為Al、S1、以及Mg中一個或者多個。
[0019]具體地，所述在所述襯底上生長一層SiN子層，包括:
[0020]在生長溫度為500°C?100CTC、壓強為10torr?600torr的條件下，在所述襯底上生長一層厚度為0.5nm?5nm的SiN子層。
[0021]具體地，所述在所述SiN子層上生長一層AlN子層，包括:
[0022]在生長溫度為450°C?750°C、壓強為50torr?500torr的條件下，在所述SiN子層上生長一層厚度為5nm?25nm的AlN子層。
[0023]具體地，所述在所述AlN子層上生長一層YxGa1 XN子層，包括:
[0024]在生長溫度為450°C?700°C、壓強為50torr?500torr的條件下，在所述AlN子層上生長一層厚度為5nm?25nm的YxGa1 XN子層。
[0025]進一步地，所述緩沖層的厚度為15?40nm。
[0026]本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0027]通過采用由SiN子層、AlN子層、以及YxGa1 XN子層(O < X < 0.5，Y為Al、S1、以及Mg中一個或者多個)構成的緩沖層，其中，AlN子層可以對后續生長的GaN基外延層產生壓應力，進而能緩解制備出的GaN基外延片中心下凹的翹曲，YxGa1 XN子層可以對后續生長的GaN基外延層產生張應力，可以在一定范圍內調節AlN子層對后續生長的GaN基外延層產生壓應力，使得制備出的GaN基外延片翹曲在一定范圍內可控，進而提高制備出的GaN基外延片中心與邊緣的電性及波長均勾性，提尚最終良品率。
【附圖說明】
[0028]為了更清楚地說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
[0029]圖1是本發明實施例一提供的一種GaN基LED外延片的結構不意圖；
[0030]圖2是本發明實施例一提供的一種緩沖層的結構示意圖；
[0031]圖3是本發明實施例二提供的一種GaN基LED外延片的制備方法流程圖；
[0032]圖4是本發明實施例二提供的一種緩沖層的制備方式流程圖。
【具體實施方式】
[0033]為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。
[0034]實施例一
[0035]本發明實施例提供了一種GaN基LED外延片，參見圖1，該外延片包括:襯底10、和依次層疊在襯底10上的緩沖層20、非摻雜GaN層30、η型GaN層40、低溫應力釋放層50、多量子阱層60、電子阻擋層70、P型GaN層80、以及P型歐姆接觸層90。
[0036]參見圖2，該緩沖層20包括:依次生長的SiN子層21、Α1Ν子層22、以及YxGa1 -子層23，0 < X < 0.5，Y為Al、S1、以及Mg中一個或者多個。
[0037]在本實施例中，襯底10可以為藍寶石材料。
[0038]在本實施例中，SiN子層21生長在襯底上，為后續緩沖層20提供窗口，有利于側向外延生長，能夠更好的降低后續生長的GaN基外延層的位錯密度，進而提高GaN基LED外延片的質量。
[0039]需要說明的是，常規制備LED外延片時，由于GaN與襯底(例如:藍寶石)之間的晶格失配度、熱膨脹系數差異較大，磊晶時外延層受到張應力的影響，進而造成常規GaN基外延片翹曲呈中心下凹。
[0040]在本實施例中，由于AlN比GaN的晶格常數小，AlN子層22會對后續生長的GaN基的外延層產生壓應力，后續生長的GaN基外延片受壓應力影響其翹曲呈中心上凸的趨勢，能在一定程度上緩解常規GaN基外延片中心下凹的翹曲，進而提高生成的GaN基LED外延片中心與邊緣的電性和波長均勻性。
[0041]在本實施例中，YxGa1 XN含有Ga，其整體晶格常數雖小于GaN但大于A1N，YxGa1 XN子層23會對后續生長的GaN基的外延層產生張應力，通過調節YxGa1 XN子層23的厚度、Y的材料的選擇、以及YxGa1 XN子層中Y的比例，可以調節GaN基外延層生長中受到AlN子層22的壓應力對翹曲的影響，使得備出的GaN基外延片的翹曲度在一定范圍內可控，進而能提高GaN基外延片中心與邊緣的電性和波長均勻性。具體地,YxGa1 XN子層23的厚度越大，YxGa1 XN子層23對GaN基的外延層產生張應力較大，在調節GaN基外延片的翹曲度時，可以根據AlN子層22的厚度來選擇YxGa1 XN子層23的厚度，例如:當AlN子層22的厚度為20?25nm時，YxGa1 XN子層23的厚度可以選擇為15?25nm。進一步地，在YxGa1 XN子層23的厚度不變的情況下，YxGa1 XN子層23中，Y的選擇也會影響其對GaN基的外延層產生張應力的大小。當Y選擇Si或者Mg時，YxGalxN子層23對GaN基的外延層產生張應力相對較大；當Y選擇Al時，YxGa1 XN子層23對GaN基的外延層產生張應力相對較小。在實際應用中，在YxGa1 XN子層23的厚度不變的情況下，如果AlN子層22的厚度為5?15nm時，Y可以選擇Al ;如果AlN子層22的厚度為15?25nm時，Y可以選擇Si或者Mg。此外，在YxGa1 XN子層23的厚度不變的情況下，YxGa1 XN子層23中，Y的比例的選擇也會影響其對GaN基的外延層產生張應力的大小。當Y選擇Si或者Mg時，YxGalxN子層23中Y的比例越大，YxGalxN子層23對GaN基的外延層產生張應力越大；當￥選擇Al時，YxGa1 XN子層23中Y的比例越大，YxGa1 XN子層23對GaN基的外延層產生張應力越小。
[0042]具體地，SiN子層21的厚度可以為0.5nm?5nm。
[0043]具體地，AlN子層22的厚度可以為5nm?25nm。
[0044]具體地，YxGa1 XN子層23的厚度可以為5nm?25nm。
[0045]進一步地，緩沖層20的厚度可以為15?40nm。
[0046]在本實施例中，緩沖層20不宜生長過厚，緩沖層20的厚度可以為15?40nm。在生長AlN子層22和YxGa1 XN子層23時，可以考慮上述YxGa1 XN子層23的厚度、Y的材料的選擇、以及YxGa1 XN子層中Y的比例，對后續生長的GaN基的外延層產生張應力的影響，來選擇AlN子層22和YxGa1 XN子層23的厚度。例如:1，SiN子層21的厚度為3nm，AlN子層22的厚度為SOmibYxGa1 XN子層23為1nm厚的Si。.Paa9N子層；2，SiN子層21的厚度為3nm，AlN子層22的厚度為20nm，YxGa1 XN子層23為1nm厚的SiaiMgaiGaasN子層；3，SiN子層21的厚度為3nm，AlN子層22的厚度為20nm，YxGa1 XN子層23為15nm厚的Ala2Mga fa。。7N子層。
[0047]在本實施例中，非摻雜GaN層30的厚度可以為800?1200nm ；n型GaN層40的厚度可以為I?3 μπι ;低溫應力釋放層50的厚度可以為1nm?30nm(其中，低溫應力釋放層50的生長溫度為800?900度)；多量子阱層60為周期性結構，每個周期的厚度可以為9?15nm ；電子阻擋層70可以為p型AlGaN層，其厚度可以為20?10nm ；p型GaN層80的厚度為50?200nm ；p型歐姆接觸層90的厚度為0.5?1nm0
[0048]需要說明的是，本實施例提供的GaN基LED外延片僅可以為常規尺寸，也可以為大尺寸(例如:4寸、6寸、以及8寸)。
[0049]本發明實施例通過采用由SiN子層、AlN子層、以及YxGa1 XN子層(O < X < 0.5，Y為Al、S1、以及Mg中一個或者多個)構成的緩沖層，其中，AlN子層可以對后續生長的GaN基外延層產生壓應力，進而能緩解制備出的GaN基外延片中心下凹的翹曲，YxGa1 XN子層可以對后續生長的GaN基外延層產生張應力，可以在一定范圍內調節AlN子層對后續生