本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制備方法。

背景技術：

發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)具有成本低、節(jié)能環(huán)保、使用壽命長等特點，廣泛應用于照明、顯示屏、信號燈、背光源等領域，作為信息光電子新興產(chǎn)業(yè)中極具影響力的新產(chǎn)品，仍然引領著前沿和熱點技術。

GaN基LED外延片通常生長在藍寶石襯底上，藍寶石和GaN之間存在晶格失配，在底層生長過程中就已經(jīng)出現(xiàn)各種缺陷，而且外延片中有源層內(nèi)的InGaN量子阱和GaN量子壘之間也存在晶格失配，使得晶體質(zhì)量較差，容易形成漏電通道。目前常用的方法是在有源層生長之前，先在低溫環(huán)境下生長InGaN淺量子阱，利用InGaN淺量子阱減小有源層的晶格失配，但是效果有限，外延片內(nèi)的應力并不能得到有效的釋放。

技術實現(xiàn)要素：

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

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備方法，所述制備方法包括：

在襯底上生長緩沖層；

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；

先依次進行多個階段的降溫，再生長應力釋放層；所述應力釋放層包括依次生長的第一GaN壘層、由交替層疊的InGaN層和GaN層組成的超晶格阱層、第二GaN壘層；各個所述階段的溫度保持不變，多個所述階段的溫度依次降低，相鄰兩個所述階段的溫度的降低速率不超過設定值；

在所述應力釋放層上生長多量子阱層；

在所述多量子阱層上生長P型電子阻擋層；

在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。

可選地，多個所述階段的數(shù)量為3～5個。

可選地，各個所述階段的持續(xù)時間為30～60s。

可選地，相鄰兩個所述階段的溫度之差相同。

可選地，所述第一GaN壘層的生長壓力高于所述第二GaN壘層的生長壓力。

優(yōu)選地，所述第二GaN壘層的生長壓力為50～250MPa。

優(yōu)選地，所述第一GaN壘層的生長壓力為300MPa。

可選地，所述第一GaN壘層、所述超晶格阱層、所述第二GaN壘層中均摻有Si。

優(yōu)選地，所述第二GaN壘層中Si的摻雜濃度沿生長方向先逐漸減少再逐漸增多。

可選地，所述制備方法還包括：

在所述N型GaN層上生長N型電流擴展層，所述N型電流擴展層為N型摻雜的AlGaN層。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過在生長應力釋放層之前先進行多個階段的降溫，各個階段的溫度保持不變，多個階段的溫度依次降低，并且相鄰兩個階段的溫度的降低速率不超過設定值，可以較好地減小從生長緩沖層開始累積起來的應力，有效改善外延片的翹曲度，降低外延片的晶格缺陷，特別適用于在超過2英寸的襯底上外延生長形成外延片。

附圖說明

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。

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

圖2是本發(fā)明實施例提供的多個階段的降溫過程的示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的外延片波長均勻性對比的示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的應力釋放層生長壓力變化方式的示意圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的第二GaN壘層摻雜方式的示意圖。

具體實施方式

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。

實施例

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備方法，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)技術生長外延片，采用三甲基鎵或者三乙基鎵作為鎵源，高純氨氣(NH₃)作為氮源，三甲基銦作為銦源，三甲基鋁作為鋁源，采用硅烷作為N型摻雜劑，采用二茂鎂作為P型摻雜劑。參見圖1，該制備方法包括：

步驟101：在襯底上外延生長緩沖層。

在本實施例中，襯底可以為藍寶石襯底。

可選地，襯底可以為尺寸大于2英寸的大尺寸襯底，如4英寸襯底。

具體地，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102：在緩沖層上外延生長未摻雜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103：在未摻雜GaN層上外延生長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104：在N型GaN層上外延生長N型電流擴展層。該步驟104為可選步驟。

在本實施例中，N型電流擴展層為N型摻雜的AlGaN層，有利于電流擴展，改善應力釋放層降低光效的影響。

步驟105：先依次進行多個階段的降溫，再外延生長應力釋放層。

在本實施例中，應力釋放層包括依次生長的第一GaN壘層、由交替層疊的InGaN層和GaN層組成的超晶格阱層、第二GaN壘層。各個階段的溫度保持不變，多個階段的溫度依次降低，相鄰兩個階段的溫度的降低速率不超過設定值。

可選地，多個階段的數(shù)量可以為3～5個。

可選地，各個階段的持續(xù)時間可以為30～60s。

可選地，相鄰兩個階段的溫度之差可以相同。

例如，如圖2所示，N型電流擴展層的生長溫度為1280℃，先將溫度以不超過設定值的速率降低至1180℃并保持30s不變，再將溫度以不超過設定值的速率降低至1080℃并保持30s恒定，接著將溫度以不超過設定值的速率降低至980℃并保持60s不變，以此類推進行3～5個階段的降溫，然后再生長應力釋放層。

需要說明的是，4英寸襯底在進行低層(多量子阱層之前生長的層)生長時，底層較高的生長溫度會導致外延片在多量子阱層之前慢慢變凹，此時直接生長多量子阱層，會導致外延片變凸，應力得不到較好地釋放，外延片的翹曲度較大，造成破片。將生長溫度從N型GaN層或者N型電流擴展層的生長溫度經(jīng)過多個階段降低至應力釋放層的生長溫度，就可以很好地減小從生長緩沖層開始累積起來的應力，有效改善外延片的翹曲度，降低外延片的晶格缺陷，生長出來的外延片波長均勻性較好。

將本實施例的外延片與對比樣品(生長溫度直接從N型GaN層或者N型電流擴展層的生長溫度降低至應力釋放層的生長溫度)進行光致發(fā)光(英文：photluminescence，簡稱PL)波長測試，如圖3所示，本實施例的外延片的波長均勻性標準差(英文：Standard Deviation，簡稱std)明顯小于對比樣品，說明本實施例的外延片的翹曲度減小了。

可選地，第一GaN壘層的生長壓力可以高于第二GaN壘層的生長壓力。

優(yōu)選地，第二GaN壘層的生長壓力可以為50～250MPa。

優(yōu)選地，第一GaN壘層的生長壓力可以為300MPa。

例如，如圖4所示，第一GaN壘層的生長壓力為300MPa；超晶格阱層的生長壓力初始為300MPa并保持不變，再逐漸降低至250MPa；第三GaN壘層的的生長壓力從250MPa開始逐漸降低。

第二GaN壘層相對采用低壓生長的模式，生長速率較快，同樣流量的情況下，第二GaN壘層的厚度比第一GaN壘層的厚度大，一方面可以更好地阻隔缺陷，另一方面可以為后續(xù)多量子阱層的生長打下很好的基礎，提高外延片的晶體質(zhì)量。

可選地，第一GaN壘層、超晶格阱層、第二GaN壘層中可以均摻有Si。

優(yōu)選地，第二GaN壘層中Si的摻雜濃度可以沿生長方向先逐漸減少再逐漸增多。

例如，如圖5所示，第二GaN壘層的生長時間為480s，其中，前200s采用較高的摻雜濃度，中間80s采用較低的摻雜濃度，最后200s又采用較高的摻雜濃度。

通過第二GaN層采用高低高的摻雜方式，改善電流的擴展能力，增加電容效應，減少漏電途徑，提升晶體質(zhì)量，最優(yōu)條件下的外延片制成的芯片在4000V的測試條件下，抗靜電能力提高35％左右。

步驟106：在應力釋放層上外延生長多量子阱層。

在本實施例中，多量子阱層可以由InGaN量子阱層和GaN量子壘層組成。

步驟107：在多量子阱層上外延生長P型電子阻擋層。

具體地，P型電子阻擋層可以為P型摻雜的AlGaN層，也可以由P型摻雜的AlGaN層和P型摻雜的GaN層交替層疊而成。

步驟108：在P型電子阻擋層上生長P型GaN層。

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

本發(fā)明實施例通過在生長應力釋放層之前先進行多個階段的降溫，各個階段的溫度保持不變，多個階段的溫度依次降低，并且相鄰兩個階段的溫度的降低速率不超過設定值，可以較好地減小從生長緩沖層開始累積起來的應力，有效改善外延片的翹曲度，降低外延片的晶格缺陷，特別適用于在超過2英寸的襯底上外延生長形成外延片。

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)。