本發(fā)明涉及半導體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法。

背景技術(shù)：

GaN材料在發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)器件上的應(yīng)用十分普遍，是人們一直以來關(guān)注的熱點。采用GaN制造的LED顏色純正、亮度高、能耗低，性能比傳統(tǒng)的AlGaInP基LED或者GaAlAs基LED更優(yōu)越，廣泛應(yīng)用于照明、醫(yī)療、顯示、玩具等眾多領(lǐng)域。

GaN基LED通常在藍寶石襯底上形成，藍寶石與GaN之間存在晶格失配，LED內(nèi)會產(chǎn)生缺陷和位錯，造成電子和空穴之間的非輻射復合增多，大大降低LED的發(fā)光效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法。所述技術(shù)方案如下：

本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法，所述制造方法包括：

在襯底上依次形成緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、N型阻擋層、應(yīng)力釋放層、量子阱、P型電子阻擋層、P型GaN層；

其中，所述N型阻擋層由高溫AlGaN層和低溫GaN層組成，所述高溫AlGaN層和所述低溫GaN層中均摻雜有N型摻雜劑，所述高溫AlGaN層的生長溫度高于所述低溫GaN層的生長溫度。

在本發(fā)明一種可能的實現(xiàn)方式中，所述高溫AlGaN層的生長溫度高于所述N型GaN層的生長溫度，所述低溫GaN層的生長溫度低于所述N型GaN層的生長溫度。

可選地，所述高溫AlGaN層的生長溫度比所述N型GaN層的生長溫度高10～100℃。

可選地，所述低溫GaN層的生長溫度比所述N型GaN層的生長溫度低10～100℃。

在本發(fā)明另一種可能的實現(xiàn)方式中，所述低溫GaN層的厚度為所述高溫AlGaN層的厚度的4～12倍。

可選地，所述高溫AlGaN層的厚度為2～15nm。

在本發(fā)明又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度高于所述低溫GaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度。

可選地，所述高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度為10¹⁹～10²⁰cm^-3。

在本發(fā)明又一種可能的實現(xiàn)方式中，所述低溫GaN層為N型摻雜的GaN層，或者N型摻雜的GaN層和沒有摻雜的GaN層交替層疊形成的超晶格結(jié)構(gòu)。

可選地，所述N型摻雜的GaN層和所述沒有摻雜的GaN層的層數(shù)相同，所述沒有摻雜的GaN層的層數(shù)為2～20層。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過在N型GaN層上形成由高溫AlGaN層和低溫GaN層組成的N型阻擋層，高溫AlGaN層的生長溫度高于低溫GaN層的生長溫度，高溫AlGaN層可以有效限制電子的遷移，減小電子的遷移速率，避免電子越過發(fā)光阱區(qū)，提高發(fā)光阱區(qū)載流子的濃度，最終提升發(fā)光效率；同時低溫GaN層可以阻隔缺陷，改變V形坑的大小和開口位置，減少由于晶格失配產(chǎn)生的位錯，減少漏電，提高抗靜電能力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)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。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法的流程示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的N型阻擋層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例一提供的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例二提供的生長溫度的對比示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例三提供的厚度和摻雜濃度的對比示意圖；

圖6是本發(fā)明實施例四提供的N型阻擋層的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法，在本實施例中，采用金屬有機化合物化學氣相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱：MOCVD)技術(shù)制造外延片，以三甲基鎵(TMGa)或者三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，高純NH₃作為氮源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，N型摻雜劑選用硅烷(SiH4)，P型摻雜劑選用二茂鎂(CP₂Mg)。

具體地，參見圖1，該制造方法包括：

步驟201：在襯底上形成緩沖層。

在本實施例中，襯底可以為藍寶石襯底，襯底的尺寸可以為2英寸、4英寸或者8英寸。緩沖層可以為GaN層，也可以由交替層疊的GaN層和AlGaN層組成。

步驟202：在緩沖層上形成未摻雜GaN層。

具體地，未摻雜GaN層可以為單層沒有摻雜的GaN層，也可以為多層沒有摻雜的GaN層，各層GaN層的生長溫度不同。

步驟203：在未摻雜GaN層上形成N型GaN層。

具體地，N型GaN層可以為單層摻雜Si的GaN層，也可以為多層摻雜Si的GaN層，各層GaN層中Si的摻雜濃度不同。

步驟204：在N型GaN層上形成N型阻擋層。

在本實施例中，參見圖2，N型阻擋層由高溫AlGaN層51和低溫GaN層52組成，高溫AlGaN層和低溫GaN層中均摻雜有N型摻雜劑，高溫AlGaN層的生長溫度高于低溫GaN層的生長溫度。

在本實施例的一種實現(xiàn)方式中，高溫AlGaN層的生長溫度可以高于N型GaN層的生長溫度，低溫GaN層的生長溫度可以低于N型GaN層的生長溫度。

可選地，高溫AlGaN層的生長溫度可以比N型GaN層的生長溫度高10～100℃。

可選地，低溫GaN層的生長溫度可以比N型GaN層的生長溫度低10～100℃。

在本實施例的另一種實現(xiàn)方式中，低溫GaN層的厚度可以為高溫AlGaN層的厚度的4～12倍。

可選地，高溫AlGaN層的厚度可以為2～15nm。

在本實施例的又一種實現(xiàn)方式中，高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度可以高于低溫GaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度。

可選地，高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度可以為10¹⁹～10²⁰cm^-3。

在本實施例的又一種實現(xiàn)方式中，低溫GaN層可以為N型摻雜的GaN層，或者N型摻雜的GaN層和沒有摻雜的GaN層交替層疊形成的超晶格結(jié)構(gòu)。

可選地，N型摻雜的GaN層和沒有摻雜的GaN層的層數(shù)相同，沒有摻雜的GaN層的層數(shù)可以為2～20層。

步驟205：在N型阻擋層上形成應(yīng)力釋放層。

在本實施例中，應(yīng)力釋放層為InGaN層和GaN層交替層疊形成的超晶格結(jié)構(gòu)，也可以為單層的InGaN層。

步驟206：在應(yīng)力釋放層上形成量子阱。

在本實施例中，量子阱可以為InGaN量子阱層，也可以為InGaN量子阱層和GaN量子壘層交替層疊形成的超晶格結(jié)構(gòu)。

步驟207：在量子阱上形成P型電子阻擋層。

在本實施例中，P型電子阻擋層可以為P型摻雜的AlGaN層。

步驟208：在P型電子阻擋層上形成P型GaN層。

圖3為本實施例制造的發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。其中，1為襯底，2為緩沖層，3為未摻雜GaN層，4為N型GaN層，5為N型阻擋層，6為應(yīng)力釋放層，7為量子阱，8為P型電子阻擋層，9為P型GaN層。

本發(fā)明實施例通過在N型GaN層上形成由高溫AlGaN層和低溫GaN層組成的N型阻擋層，高溫AlGaN層的生長溫度高于低溫GaN層的生長溫度，高溫AlGaN層可以有效限制電子的遷移，減小電子的遷移速率，避免電子越過發(fā)光阱區(qū)，提高發(fā)光阱區(qū)載流子的濃度，最終提升發(fā)光效率；同時低溫GaN層可以阻隔缺陷，改變V形坑的大小和開口位置，減少由于晶格失配產(chǎn)生的位錯，減少漏電，提高抗靜電能力。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法，為實施例一提供的制造方法的一種具體實現(xiàn)。在本實施例中，參見圖4，N型GaN層的生長溫度為1200℃，高溫AlGaN層的生長溫度為1260℃，低溫GaN層的生長溫度為1150℃。

本發(fā)明實施例通過在N型GaN層上生長高溫AlGaN層，減緩電子的遷移速率，有效阻擋電子遷移，同時在高溫下讓部分位錯逐漸變小，甚至閉合。接著再生長低溫GaN層，限制部分小位錯繼續(xù)擴大，與高溫AlGaN層相互作用，限制電子遷移，提高電子和空穴的復合幾率，同時減小位錯密度，改善漏電流，提高晶體質(zhì)量。實驗表明，本實施例制造的外延片制成的LED芯片，相比傳統(tǒng)LED芯片，4KV條件下的靜電釋放(英文：Electro-Static discharge，簡稱：ESD)良率提升了13％。

實施例三

本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法，為實施例一提供的制造方法的一種具體實現(xiàn)。在本實施例中，參見圖5，低溫GaN層的厚度可以為高溫AlGaN層的厚度的4～12倍，并且高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度可以高于低溫GaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度，高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度可以為10¹⁹～10²⁰cm^-3。

在本實施例中，逐漸增加高溫AlGaN層的厚度，N型阻擋層對電子的限制作用先在一定程度上變強再沒有明顯變化。當高溫AlGaN層的厚度和低溫GaN層的厚度達到最佳時，AlGaN和GaN更容易形成二維電子氣，電子受到限制，載流子濃度升高，發(fā)光效率得到提升。同時高溫AlGaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度可以高于低溫GaN層中N型摻雜劑的摻雜濃度，可以改善電流的擴展能力，增加電容效應(yīng)，減少漏電途徑，有利于晶體質(zhì)量的提高和電子空穴的復合效率。實驗表明，在最優(yōu)條件(包括厚度和摻雜濃度)下，本實施例制造的外延片制成的LED芯片，相比傳統(tǒng)LED芯片，發(fā)光效率提高5％，4KV條件下的抗靜電能力(即ESD良率)提升了10％。

實施例四

本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制造方法，為實施例一提供的制造方法的一種具體實現(xiàn)。在本實施例中，參見圖6，N型阻擋層由高溫AlGaN層51和低溫GaN層52組成，低溫GaN層52為五層N型摻雜的GaN層52a和五層沒有摻雜的GaN層52b交替層疊形成的超晶格結(jié)構(gòu)。

本發(fā)明實施例通過低溫GaN層為N型摻雜的GaN層和沒有摻雜的GaN層交替層疊形成的超晶格結(jié)構(gòu)，一方面可以阻斷積累的應(yīng)力形成的缺陷，減小位錯，另一方面避免由于位錯密度太小，導致位錯誘導形成的V形坑太小，進而對空穴的注入造成不良影響，在最優(yōu)的超晶格層數(shù)下，可以既加深空穴的注入深度，又減小部分位錯，最終提升發(fā)光效率和改善漏電。實驗表明，在最優(yōu)條件(超晶格層數(shù))下，本實施例制造的外延片制成的LED芯片，相比傳統(tǒng)LED芯片，發(fā)光效率提高12％，4KV條件下的抗靜電能力(即ESD良率)提升了20％。

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。

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(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。