一種發(fā)光二極管的外延片及其生長方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管的外延片及其生長方法，屬于半導體技術領域。所述外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在藍寶石襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、電流擴展層、淺阱層、多量子阱層、低溫P型GaN層、P型電子阻擋層、高溫P型GaN層、P型接觸層，電流擴展層包括AlN層、InGaN層和GaN層。本發(fā)明通過AlN作為寬禁帶半導體能夠提高勢壘，使電子減速，增加電子的橫向擴展能力，并且InGaN層降低了勢壘高度，起到蓄水池的作用，同時GaN層可以防止InGaN層中的In擴散而造成電子溢流，最終提高電流的擴展能力，改善局部電流過大的問題，有效減少電子溢流，提高LED的抗靜電能力。
【專利說明】
一種發(fā)光二極管的外延片及其生長方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其生長方法。
【背景技術】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)的核心部分是由p型半導體和η型半導體組成的晶片，在P型半導體和η型半導體之間有一個過渡層，稱為ρη結。在ρη結中，卩型半導體注入的空穴與η型半導體注入的電子復合，多余的能量以光的形式釋放出來，把電能直接轉換為光能。
[0003]目前LED生產(chǎn)80%使用藍寶石(Al2O3)襯底。Al2O3與GaN之間晶格失配并且存在較大的熱膨脹系數(shù)差異，在外延生長過程中會引入大量的晶格缺陷，晶格缺陷形成的位錯沿著晶格通過多量子阱區(qū)域延伸到外延片的表面，形成穿透位錯，使得器件的晶體質量變差，局部電流過大，進而造成器件的失效。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]為了解決現(xiàn)有技術局部電流過大進而造成器件的失效的問題，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其生長方法。所述技術方案如下:
[0005]—方面，本發(fā)明實例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在所述藍寶石襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、淺阱層、多量子阱層、低溫P型GaN層、P型電子阻擋層、高溫P型GaN層、P型接觸層，所述外延片還包括層疊在所述N型GaN層和所述淺阱層之間的電流擴展層，所述電流擴展層包括依次層疊在所述N型GaN層上的AlN層、InGaN層和GaN層。
[0006]可選地，所述AlN層的厚度為I?5nm。
[0007 ] 可選地，所述電流擴展層中的InGaN層為In0.0sGa0.95N層。
[0008]可選地，所述電流擴展層中的InGaN層的厚度為20?50nm。
[0009 ] 可選地，所述電流擴展層中的GaN層的厚度為8?20nm。
[0010]另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的生長方法，所述生長方法包括:
[0011]在所述藍寶石襯底上生長緩沖層；
[0012]在所述緩沖層上生長未慘雜GaN層；
[0013]在所述未摻雜GaN層上生長N型GaN層；
[0014]在所述N型GaN層上生長電流擴展層，所述電流擴展層包括依次層疊在所述N型GaN層上的AlN層、InGaN層和GaN層；
[0015]在所述電流擴展層上生長淺阱層；
[0016]在所述淺阱層上生長多量子阱層；
[0017]在所述多量子阱層上生長低溫P型GaN層；
[0018]在所述低溫P型GaN層上生長P型電子阻擋層；
[0019]在所述P型電子阻擋層上生長高溫P型GaN層；
[0020]在所述高溫P型GaN層上生長P型接觸層。
[0021 ] 可選地，所述AlN層的厚度為I?5nm。
[0022] 可選地，所述電流擴展層中的InGaN層為In0.0sGa0.95N層。
[0023 ] 可選地，所述電流擴展層中的InGaN層的厚度為20?50nm。
[OO24 ] 可選地，所述電流擴展層中的GaN層的厚度為8?20nm。
[0025]本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是:
[0026]通過在N型GaN層上依次層疊AlN層、InGaN層和GaN層，AlN作為寬禁帶半導體能夠提高勢皇，使電子減速，增加電子的橫向擴展能力，并且InGaN層降低了勢皇高度，起到蓄水池的作用，同時GaN層可以防止InGaN層中的In擴散而造成電子溢流。綜上所述，AlN層、InGaN層和GaN層組成的電流擴展層可以提高電流的擴展能力，改善局部電流過大的問題，有效減少電子溢流，提高LED的抗靜電能力。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)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(fā)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(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結構示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種發(fā)光二極管的外延片的生長方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0031 ] 實施例一
[0032]本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，參見圖1，該外延片包括藍寶石襯底1、以及依次層疊在藍寶石襯底I上的緩沖層2、未摻雜GaN層3、N型GaN層4、電流擴展層5，淺阱層6、多量子阱層7、低溫P型GaN層8、P型電子阻擋層9、高溫P型GaN層10、P型接觸層11。
[0033]在本實施例中，電流擴展層5包括依次層疊在N型GaN層4上的AlN層51、InGaN層52和GaN層53。緩沖層2為GaN層。淺阱層6包括交替層疊的InxGapxN層和GaN層，0<x<0.1。多量子阱層7包括交替層疊的InyGa1-yN層和GaN層，0.2 <y <0.5 J型電子阻擋層9為AlGaN層。
[0034]可選地，AlN層51的厚度可以為I?5nm。
[0035]可選地，電流擴展層5中的InGaN層52可以為In0.0sGa0.gsN層?？梢岳斫獾兀琁n0.Q5Ga0.9δΝ層中的In組分保持不變。
[0036]可選地，電流擴展層5中的InGaN層52的厚度可以為20?50nm。
[0037]可選地，電流擴展層5中的GaN層53的厚度可以為8?20nm。
[0038]可選地，緩沖層2的厚度可以為10?30nm。
[0039]可選地，未摻雜GaN層3的厚度可以為I?2μηι。
[0040 ] 可選地，N型GaN層4的厚度可以為1.5?3.5μπι。[0041 ] 可選地，淺講層6中的InxGa1-XN層和GaN層的層數(shù)之和可以為10?40。
[0042]可選地，淺講層6中的InxGa1-xN層的厚度可以為I?4nm。
[0043]可選地，淺講層6中的GaN層的厚度可以為10?30nm。
[0044]可選地，多量子阱層7中的InyGa1-yN層和GaN層的層數(shù)之和可以為12?30。
[0045 ] 可選地，多量子阱層7中的I nyGa1-yN層的厚度可以為2?5nm。
[0046]可選地，多量子阱層7中的GaN層的厚度可以為5?15nm。
[0047]可選地，低溫P型GaN層8的厚度可以為30?120nm。
[0048]可選地，P型電子阻擋層9的厚度可以為50?150nm。
[0049]可選地，高溫P型GaN層10的厚度可以為50?150nm。
[0050]可選地，P型接觸層11的厚度可以為3?10nm。
[0051]本發(fā)明實施例通過在N型GaN層上依次層疊AlN層、InGaN層和GaN層，AlN作為寬禁帶半導體能夠提高勢皇，使電子減速，增加電子的橫向擴展能力，并且InGaN層降低了勢皇高度，起到蓄水池的作用，同時GaN層可以防止InGaN層中的In擴散而造成電子溢流。綜上所述，AlN層、InGaN層和GaN層組成的電流擴展層可以提高電流的擴展能力，改善局部電流過大的問題，有效減少電子溢流，提高LED的抗靜電能力。
[0052]實施例二
[0053]本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的生長方法，適用于生長實施例一提供的發(fā)光二極管的外延片，參見圖2，該生長方法包括:
[0054]步驟200:將藍寶石襯底在溫度為1000?1200°C的氫氣氣氛里進行高溫清潔處理5?20min，并進行氮化處理。
[0055]在本實施例中，以氮氣(N2)作為載氣，以三甲基稼(TMGa)、三乙基稼(TEGa)、三甲基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為6&^1、111和咐原，用硅烷(3丨!14)、二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0056]步驟201:控制生長溫度為450?600°C，生長壓力為75?200Torr，V/III比為100?400，轉速為800?1200r/min，在藍寶石襯底上生長厚度為10?30nm的緩沖層。
[0057]在本實施例中，緩沖層為GaN層。V/III比為V價原子與ΙΠ價原子的摩爾比。
[0058]步驟202:控制生長溫度為1000?1200°C，生長壓力為200?500Torr，V/III比為200?3000，轉速為900?1200r/min，在緩沖層上生長厚度為I?2μπι的未摻雜GaN層。
[0059]步驟203:控制生長溫度為950?1150°C，生長壓力為300?500Torr，V/III比為400?3000，在未摻雜GaN層上生長厚度為1.5?3.5μπι的N型GaN層。
[0060]在本實施例中，N型GaN層采用Si摻雜且摻雜濃度保持不變。
[0061 ] 步驟204:控制生長溫度為900?1100°C，生長壓力為100?400Torr，V/III比為500?3000，在N型GaN層上生長電流擴展層。
[0062]在本實施例中，電流擴展層包括依次層疊在N型GaN層上的AlN層、InGaN層和GaN層。AlN層的厚度為I?2nm，電流擴展層中的InGaN層的厚度為20?30nm，電流擴展層中的GaN層的厚度為8?12nm。電流擴展層中的InGaN層可以為In0.0sGa0.95N層?？梢岳斫獾兀琁n0.Q5Ga0.9δΝ層中的In組分保持不變。
[0063]步驟205:控制生長壓力為100?500Torr，V/III比為500?10000，在電流擴展層上生長淺阱層。
[0064]在本實施例中，淺阱層包括交替層疊的InxGa1-XN層和GaN層，0<x<0.1。
[0065]可選地，淺講層中的InxGa1-XN層和GaN層的層數(shù)之和可以為10?40。
[0066]可選地，淺講層中的InxGa1-xN層的厚度可以為I?4nm。
[0067]可選地，淺阱層中的InxGa1-xN層的生長溫度可以為750?850 V。
[0068]可選地，淺講層中的GaN層的厚度可以為10?30nm。
[0069]可選地，淺阱層中的GaN層的生長溫度可以為850?950°C。
[0070]步驟206:控制生長壓力為100?500Torr，V/III比為2000?20000，在淺阱層上生長多量子阱層。
[0071]在本實施例中，多量子阱層包括交替層疊的InyGa1-yN層和GaN層，0.2<y<0.5。
[0072]可選地，多量子阱層中的111而1^層和63~層的層數(shù)之和可以為12?30。
[0073]可選地，多量子講層中的InyGa1-yN層的厚度可以為2?5nm。
[0074]可選地，多量子阱層中的InyGa1-yN層的生長溫度可以為700?850°C。
[0075]可選地，多量子講層中的GaN層的厚度可以為5?15nm。
[0076]可選地，多量子阱層中的GaN層的生長溫度可以為850?950 °C。
[0077]步驟207:控制生長溫度為700?800°C，生長壓力為100?600Torr，V/III比為1000?4000，生長時間為3?15min，在多量子阱層上生長厚度為30?120nm的低溫P型GaN層。
[0078]步驟208:控制生長溫度為900?1000°C，生長壓力為50?300Torr，V/III比為1000?10000，生長時間為4?15min，在低溫P型GaN層上生長厚度為50?150nm的P型電子阻擋層。
[0079]在本實施例中，P型電子阻擋層為P型AlGaN層。
[0080]步驟209:控制生長溫度為900?1050°C，生長壓力為100?500Torr，V/III比為500?4000，生長時間為10?20min，在P型電子阻擋層上生長50?150nm的高溫P型GaN層。
[0081 ] 步驟210:控制生長溫度為700?850°C，生長壓力為100?500Torr，V/III比為10000?20000，生長時間為0.5?5min，在高溫P型GaN層上生長厚度為3?1nm的P型接觸層。
[0082]需要說明的是，在外延生長工藝結束后，將反應腔的溫度降至600?900°C，在PN2氣氛下進行退火處理10?30min，然后降至室溫，結束外延生長。經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導體加工工藝制程后，將LED外延片制成17*35mil的LED芯片。
[0083]本發(fā)明實施例通過在N型GaN層上依次層疊AlN層、InGaN層和GaN層，AlN作為寬禁帶半導體能夠提高勢皇，使電子減速，增加電子的橫向擴展能力，并且InGaN層降低了勢皇高度，起到蓄水池的作用，同時GaN層可以防止InGaN層中的In擴散而造成電子溢流。綜上所述，AlN層、InGaN層和GaN層組成的電流擴展層可以提高電流的擴展能力，改善局部電流過大的問題，有效減少電子溢流，提高LED的抗靜電能力。
[0084]實施例三
[0085]本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的生長方法，該生長方法與實施例二提供的生長方法的不同之處在于，電流擴展層中各層的厚度不同。具體地，AlN層的厚度為2?3nm，電流擴展層中的InGaN層的厚度為30?40nm，電流擴展層中的GaN層的厚度為12?16nm0
[0086]實施例四
[0087]本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的生長方法，該生長方法與實施例二、實施例三提供的生長方法的不同之處在于，電流擴展層中各層的厚度不同。具體地，AlN層的厚度為3?5nm，電流擴展層中的InGaN層的厚度為40?50nm，電流擴展層中的GaN層的厚度為16?20nmo
[0088]經(jīng)過LED芯片測試后發(fā)現(xiàn)，靜電釋放(Electro-Static discharge，簡稱ESD)測試電壓為4000V時，實施例二的樣品的EDS良率升高0.3?0.8%，其它光電參數(shù)無明顯異常;實施例三的樣品的ESD良率升高2?3%，電壓升高0.08V左右;實施例四的樣品的ESD良率升高1.5?2.5%，其它光電參數(shù)無明顯變化。
[0089]上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0090]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1.一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在所述藍寶石襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、淺阱層、多量子阱層、低溫P型GaN層、P型電子阻擋層、高溫P型GaN層、P型接觸層，其特征在于，所述外延片還包括層疊在所述N型GaN層和所述淺阱層之間的電流擴展層，所述電流擴展層包括依次層疊在所述N型GaN層上的AlN層、InGaN層和GaN層。2.根據(jù)權利要求1所述的外延片，其特征在于，所述AlN層的厚度為I?5nm。3.根據(jù)權利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述電流擴展層中的InGaN層為In0.05Ga0.95N 層。4.根據(jù)權利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述電流擴展層中的InGaN層的厚度為20?50nm。5.根據(jù)權利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述電流擴展層中的GaN層的厚度為8?20nm。6.—種發(fā)光二極管的外延片的生長方法，其特征在于，所述生長方法包括: 在所述藍寶石襯底上生長緩沖層； 在所述緩沖層上生長未摻雜GaN層； 在所述未摻雜GaN層上生長N型GaN層； 在所述N型GaN層上生長電流擴展層，所述電流擴展層包括依次層疊在所述N型GaN層上的AlN層、InGaN層和GaN層； 在所述電流擴展層上生長淺阱層； 在所述淺阱層上生長多量子阱層； 在所述多量子阱層上生長低溫P型GaN層； 在所述低溫P型GaN層上生長P型電子阻擋層； 在所述P型電子阻擋層上生長高溫P型GaN層； 在所述高溫P型GaN層上生長P型接觸層。7.根據(jù)權利要求6所述的生長方法，其特征在于，所述AlN層的厚度為I?5nm。8.根據(jù)權利要求6或7所述的生長方法，其特征在于，所述電流擴展層中的InGaN層為In0.05Ga0.95N 層。9.根據(jù)權利要求6或7所述的生長方法，其特征在于，所述電流擴展層中的InGaN層的厚度為20?50nm。10.根據(jù)權利要求6或7所述的生長方法，其特征在于，所述電流擴展層中的GaN層的厚度為8?20nm。
【文檔編號】H01L33/00GK106025032SQ201610452745
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月21日
【發(fā)明人】肖云飛, 張華
【申請人】華燦光電(蘇州）有限公司