GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法及制備的外延片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體發(fā)光二極管領(lǐng)域，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法及制備的外延片。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light-Emitting D1des，簡(jiǎn)稱“LED”)具有諸多的優(yōu)良特性而備受關(guān)注，如節(jié)能環(huán)保、可靠性高、使用壽命長等。近年來隨著LED的廣泛應(yīng)用，增加LED的發(fā)光效率顯得越來越重要。
[0003]常規(guī)的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)包括:襯底和由緩沖層、N型氮化鎵層、多量子阱層、以及P型氮化鎵層構(gòu)成的外延層。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]由于襯底同外延層間存在著晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異，因而會(huì)導(dǎo)致LED的多量子阱層中存在較大的應(yīng)力，這些應(yīng)力會(huì)引發(fā)壓電極化效應(yīng)，產(chǎn)生極化電場(chǎng)，進(jìn)而引起多量子阱層能帶結(jié)構(gòu)的劇烈扭曲，降低了 LED的內(nèi)量子效率，進(jìn)而降低LED的發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法及制備的外延片，可以解決由襯底同外延層間存在著晶格失配和熱膨脹系數(shù)差異，而導(dǎo)致多量子阱層中存在較大的應(yīng)力，進(jìn)而引發(fā)壓電極化效應(yīng)，降低了 LED的發(fā)光效率的問題。所述技術(shù)方案如下:
[0007]一方面，提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法，所述方法包括:
[0008]在襯底上依次生長低溫緩沖層、重結(jié)晶成核層、變速緩沖恢復(fù)層、u型GaN層、η型GaN層、應(yīng)力調(diào)控層、多量子講層、低溫P型GaN層、電子阻擋層、高溫P型GaN層、以及P型歐姆接觸層，所述多量子阱層的In摻雜量高于所述應(yīng)力調(diào)控層的In摻雜量，所述應(yīng)力調(diào)控層為多周期結(jié)構(gòu)，生長所述多個(gè)周期結(jié)構(gòu)的每個(gè)周期包括:
[0009]以第一生長溫度生長一層應(yīng)力調(diào)控InGaN子層；
[0010]在所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層生長結(jié)束后，在第二生長溫度下向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，對(duì)所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的表面進(jìn)行刻蝕處理，所述第二生長溫度與所述第一生長溫度不問；
[0011]在所述刻蝕處理結(jié)束后，以所述第一生長溫度在所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層上生長一層應(yīng)力調(diào)控GaN子層。
[0012]具體地，所述第二生長溫度與所述第一生長溫度之間差值不小于10°C。
[0013]進(jìn)一步地，所述第二生長溫度的取值范圍為800?1100°C。
[0014]具體地，當(dāng)對(duì)所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層進(jìn)行刻蝕處理時(shí)，在保障通入所述應(yīng)力調(diào)控層的總氣體流量不變的條件下，所述氫氣的通入量的取值范圍為2?25L。
[0015]進(jìn)一步地，所述應(yīng)力調(diào)控GaN子層與所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的生長厚度的比值范圍為2?50。
[0016]另一方面，提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括:襯底和依次覆蓋在所述襯底上的低溫緩沖層、重結(jié)晶成核層、變速緩沖恢復(fù)層、u型GaN層、η型GaN層、多量子阱層、低溫P型GaN層、電子阻擋層、高溫P型GaN層、以及P型歐姆接觸層，
[0017]所述外延片還包括:設(shè)于所述η型GaN層和所述多量子阱層之間的應(yīng)力調(diào)控層，所述應(yīng)力調(diào)控層為多周期結(jié)構(gòu)，所述多周期結(jié)構(gòu)的每個(gè)周期包括:以第一生長溫度生長并在生長結(jié)束后進(jìn)行刻蝕處理的應(yīng)力調(diào)控InGaN子層和生長在所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層上的應(yīng)力調(diào)控GaN子層，所述刻蝕處理為在所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層生長結(jié)束后，在第二生長溫度下向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，對(duì)所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的表面進(jìn)行的刻蝕處理，所述第二生長溫度與所述第一生長溫度不同，所述應(yīng)力調(diào)控層的In摻雜量低于所述多量子阱層的In摻雜量。
[0018]具體地，所述應(yīng)力調(diào)控層包括5?10個(gè)周期結(jié)構(gòu)。
[0019]具體地，所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的生長厚度的范圍為0.5?8nm，所述應(yīng)力調(diào)控GaN子層的生長厚度的范圍為10?30nm。
[0020]進(jìn)一步地，所述應(yīng)力調(diào)控GaN子層與所述應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的生長厚度的比值范圍為2?50。
[0021]進(jìn)一步地，所述應(yīng)力調(diào)控GaN子層為η型摻雜或者不摻雜。
[0022]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0023]通過在η型GaN層上生長一層應(yīng)力調(diào)控層，該應(yīng)力調(diào)控層為多周期結(jié)構(gòu)，生長每個(gè)周期結(jié)構(gòu)包括:以第一生長溫度生長一層應(yīng)力調(diào)控InGaN子層；在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層生長結(jié)束后，在第二生長溫度下向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，對(duì)應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的表面進(jìn)行刻蝕處理，第二生長溫度與第一生長溫度不同；在刻蝕處理結(jié)束后，以第一生長溫度在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層上生長一層應(yīng)力調(diào)控GaN子層。其中，通過對(duì)應(yīng)力調(diào)控InGaN子層進(jìn)行通入氫氣的刻蝕處理，能夠刻蝕掉應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面多余的In組分含量，進(jìn)而減緩應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面的In聚集，使得應(yīng)力調(diào)控InGaN子層與應(yīng)力調(diào)控GaN子層之間具有一個(gè)平整的接觸界面，而該平整的接觸界面能有效減緩晶格缺陷的繼續(xù)延伸，進(jìn)而提高多量子阱層的生長質(zhì)量，達(dá)到提高LED外延片質(zhì)量的目的；同時(shí)，將反應(yīng)腔的溫度調(diào)節(jié)到第二生長溫度，通過對(duì)應(yīng)力調(diào)控InGaN子層進(jìn)行變溫處理，可以調(diào)節(jié)應(yīng)力調(diào)控InGaN子層中In的分解速度，進(jìn)而一方面可以調(diào)控應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面的In組分，緩解應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面的In聚集，另一方面可以通過調(diào)節(jié)應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面的In組分含量，來調(diào)節(jié)應(yīng)力調(diào)控層的In含量，使得應(yīng)力調(diào)控層能更有效釋放應(yīng)力，進(jìn)而減少多量子阱層中的由壓電極化效應(yīng)產(chǎn)生的極化電場(chǎng)，進(jìn)而減緩多量子阱層能帶結(jié)構(gòu)的扭曲，提升LED的內(nèi)量子效率，達(dá)到提升LED發(fā)光效率的目的。
【附圖說明】
[0024]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法流程圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法流程圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種多量子阱層結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例一
[0031]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法，適用于制備發(fā)出藍(lán)綠光的GaN基發(fā)光二極管外延片，參見圖1，該方法包括:
[0032]步驟S11，在襯底上依次生長低溫緩沖層、重結(jié)晶成核層、變速緩沖恢復(fù)層、u型GaN層、以及η型GaN層。
[0033]在本實(shí)施例中，采用藍(lán)寶石襯底。
[0034]步驟S12，在η型GaN層上生長一層應(yīng)力調(diào)控層。
[0035]具體地，該應(yīng)力調(diào)控層為多周期結(jié)構(gòu)，生長該多周期結(jié)構(gòu)的每個(gè)周期包括:
[0036]以第一生長溫度生長一層應(yīng)力調(diào)控InGaN子層；
[0037]在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層生長結(jié)束后，在第二生長溫度下向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，對(duì)應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的表面進(jìn)行刻蝕處理，第二生長溫度與第一生長溫度不同；
[0038]在刻蝕處理結(jié)束后，以第一生長溫度在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層上生長一層應(yīng)力調(diào)控GaN子層。
[0039]需要說明的是，在生長應(yīng)力調(diào)控InGaN子層時(shí)，由于In的原子系數(shù)與Ga和N的原子系數(shù)差異過大，使得In在并入GaN中時(shí)，容易在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面形成高In組分的團(tuán)簇(即In聚集)，導(dǎo)致In組分空間分布不均勻，使得應(yīng)力調(diào)控InGaN子層的表面形成晶格缺陷(如表面坑等)，進(jìn)而使得晶格缺陷繼續(xù)向上生長，從而降低了應(yīng)力調(diào)控層釋放應(yīng)力的效果。
[0040]在本實(shí)施例中，在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層生長結(jié)束后，向反應(yīng)腔內(nèi)通入氫氣，改變了反應(yīng)腔內(nèi)的氣氛，通入反應(yīng)腔內(nèi)的氫氣可以起到刻蝕的效果，能刻蝕掉應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面聚集的In，從而促使應(yīng)力調(diào)控InGaN子層表面的晶格缺陷減少，變得更加平整，使得應(yīng)力調(diào)控InGaN子層與應(yīng)力調(diào)控GaN子層之間能有一個(gè)良好的接觸界面，進(jìn)而生長出質(zhì)量更好的應(yīng)力調(diào)控層。
[0041]此外，高溫條件下，InGaN材料容易分解，而且In的分解熔點(diǎn)比Ga和N都低。在應(yīng)力調(diào)控InGaN子層生長到適當(dāng)厚度后，改變反應(yīng)腔內(nèi)的溫度(即將反應(yīng)腔的溫度調(diào)節(jié)為第二生長溫度)，可以影響到In并入GaN中。具體地，升高反應(yīng)腔內(nèi)的溫度(即第二生長溫度高于第一生長溫度)，可以加大