一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，襯底上生長AlN緩沖層，AlN緩沖層上生長復(fù)合緩沖層，復(fù)合緩沖層上生長非故意摻雜層，非故意摻雜層上生長第一型導(dǎo)電層，第一型導(dǎo)電層上生長有源層，有源層上生長第二型導(dǎo)電層，第二型導(dǎo)電層上生長歐姆接觸層；復(fù)合緩沖層由GaN緩沖層和多層緩沖層構(gòu)成，GaN緩沖層生長在AlN緩沖層上，多層緩沖層生長在GaN緩沖層上，多層緩沖層包括GaInN/GaN/AlGaN。本發(fā)明解決采用大尺寸襯底生長外延片過程中因溫度變化導(dǎo)致翹曲變大而引起外延表面異常及電性能異常問題。
【專利說明】
一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管技術(shù)領(lǐng)域，尤其是指一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)揭示的傳統(tǒng)大尺寸發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)，在大尺寸襯底10上采用PVD蒸鍍一層緩沖層20，緩沖層20為AlN緩沖層，或者為GaN緩沖層，或者為AlGaN緩沖層;在緩沖層20上生長非故意摻雜層(uGaN)30;在非故意摻雜層30上生長第一型導(dǎo)電層(nGaN)40;在第一型導(dǎo)電層(nGaN)40上生長有源層(MQW)50;在有源層(MQW)50上生長第二型導(dǎo)電層(pGaN)60;在第二型導(dǎo)電層(pGaN)60生長歐姆接觸層(IT0)70。
[0003]如圖2a所示，在緩沖層上生長非故意摻雜層(UGaN)時，如果翹曲太大，會導(dǎo)致生長有源層(MQW)時的襯底還處于凹曲狀態(tài);如圖2b所示，在緩沖層上生長非故意摻雜層(uGaN)時，如果翹曲適中，生長有源層(MQW)時的襯底可以處于平整狀態(tài);如圖2c所示，在緩沖層上生長非故意摻雜層(UGaN)時，如果翹曲偏小，會導(dǎo)致生長有源層(MQW)時的襯底還處于凸曲狀態(tài)。
[0004]由于緩沖層通常設(shè)置為一層，因此，在緩沖層上生長非故意摻雜層(UGaN)時難以翹曲適中，無法進行翹曲調(diào)整，進而使得外延生長過程中外延片的翹曲變化不穩(wěn)定，導(dǎo)致的工藝窗口變窄。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，以解決采用大尺寸襯底生長外延片過程中因溫度變化導(dǎo)致翹曲變大而引起外延表面異常及電性能異常問題。
[0006]為達成上述目的，本發(fā)明的解決方案為:
一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，襯底上生長AlN緩沖層，AlN緩沖層上生長復(fù)合緩沖層，復(fù)合緩沖層上生長非故意摻雜層，非故意摻雜層上生長第一型導(dǎo)電層，第一型導(dǎo)電層上生長有源層，有源層上生長第二型導(dǎo)電層，第二型導(dǎo)電層上生長歐姆接觸層；復(fù)合緩沖層由GaN緩沖層和多層緩沖層構(gòu)成，GaN緩沖層生長在AlN緩沖層上，多層緩沖層生長在GaN緩沖層上，多層緩沖層包括GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN、GaInN/GaN超晶格結(jié)構(gòu) /A I GaN、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、AI GaN/GaN/GaInN超晶格結(jié)構(gòu)。
[0007]進一步，襯底為大尺寸藍寶石襯底。
[0008]進一步，AlN緩沖層的厚度S 40nm。
[0009]進一步，GaN緩沖層的厚度S1nm0
[0010]進一步，多層緩沖層的厚度S200nmo
[0011]進一步，多層緩沖層GalnN/GaN/AlGaN中GaInN的厚度dl滿足0〈dl〈150nm，GaN的厚度 d2 滿足 0〈d2〈30nm，AlGaN 的厚度 d3 滿足 0〈d3〈150nm。
[0012]進一步，多層緩沖層GalnN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、GaInN/GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、GalnN/GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN/GalnN超晶格結(jié)構(gòu)，其中超晶格的單組厚度小于1nm;超晶格對數(shù)最大30對。
[0013]進一步，在有源層與第二型導(dǎo)電層之間生長電子阻擋層。
[0014]—種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片制作方法，包括以下步驟:
一，在襯底上表面蒸鍍AlN緩沖層；
二，在AlN緩沖層上外延生長GaN緩沖層，反應(yīng)溫度小于600 °C，反應(yīng)壓力小于300乇，生長速率低于0.9um/h的，且在外延生長過程中，生長溫升至900°C左右；
三，在GaN緩沖層上外延生長復(fù)合緩沖層，反應(yīng)溫度至1000 0C左右;復(fù)合緩沖層由GaN緩沖層和多層緩沖層構(gòu)成，GaN緩沖層生長在AlN緩沖層上，多層緩沖層生長在GaN緩沖層上，多層緩沖層包括 GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN、GaInN/GaN 超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、AI GaN/GaN/Ga I nN超晶格結(jié)構(gòu);復(fù)合緩沖層中的GaInN材料采用1000 °C左右生長，然后再降溫至900 °C生長GaN材料，最后再升溫至1000 °C生長AlGaN材料；
四，生長完復(fù)合緩沖層再升高外延生長溫度至1050°C以上依次進行外延生長非故意摻雜層及第一型導(dǎo)電層；
五，降低外延生長溫度至低于800°C在第一型導(dǎo)電層上外延生長有源層；
六，升高溫度至900 °C以上，在有源層上依次生長第二型導(dǎo)電層及歐姆接觸層。
[0015]進一步，在第二型導(dǎo)電層與歐姆接觸層之間生長電子阻擋層，生長溫度為900°C以上。
[0016]采用上述方案后，本發(fā)明復(fù)合緩沖層由GaN緩沖層和多層緩沖層構(gòu)成，GaN緩沖層生長在AlN緩沖層上，多層緩沖層生長在GaN緩沖層上，多層緩沖層包括包括GalnN/GaN/AlGaN、Al GaN/GaN/GalnN、GalnN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、GalnN/GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、GalnN/GaN/AlGaN 超晶格結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN/GaInN 超晶格結(jié)構(gòu)。
[0017]因此，通過監(jiān)控上一生長周期的翹曲曲線，對本周期外延結(jié)構(gòu)中的多層緩沖層的結(jié)構(gòu)做調(diào)整的，達到獲得高質(zhì)量、均勻性好的外延片:1、在偏凸的情況可通過提高GaInN層中In組分含量或厚度，使得外延片的應(yīng)力變化為翹曲更傾向于凹狀，從而改善外延片生長偏凸的狀態(tài);也可通過降低AlGaN層的Al組分含量或厚度可微調(diào)至凹狀;2、在偏凹狀的情況可通過提高AlGaN層的Al組分含量或厚度，使得外延片的應(yīng)力變化為翹曲更傾向于凸狀，從而改善外延片生長偏凹的狀態(tài);也可通過降低GaInN層中In組分含量或厚度微調(diào)至凸狀。其中夾于GaInN和AlGaN中間的GaN層起到漸進緩沖、調(diào)節(jié)應(yīng)力的作用。通過GaN層的厚度調(diào)整也可適當調(diào)節(jié)外延片翹曲狀態(tài)。
【附圖說明】
[0018]圖1是現(xiàn)有技術(shù)大尺寸發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2a是現(xiàn)有技術(shù)生長非故意摻雜層與有源層時翹曲示意圖一；
圖2b是現(xiàn)有技術(shù)生長非故意摻雜層與有源層時翹曲示意圖二；
圖2c是現(xiàn)有技術(shù)生長非故意摻雜層與有源層時翹曲示意圖三； 圖3是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明翹曲產(chǎn)生原理及調(diào)整示意圖。
[0019]標號說明
襯底10緩沖層20
非故意摻雜層30第一型導(dǎo)電層40
有源層50第二型導(dǎo)電層60 歐姆接觸層70
襯底IAlN緩沖層2
復(fù)合緩沖層3GaN緩沖層31
多層緩沖層32GaInN層321
GaN層322AlGaN層323
非故意摻雜層4第一型導(dǎo)電層5
有源層6第二型導(dǎo)電層7 歐姆接觸層8。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做詳細描述。
[0021]參閱圖3及圖4所示，本發(fā)明揭示的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，襯底I上生長AlN緩沖層2，A1N緩沖層2上生長復(fù)合緩沖層3，復(fù)合緩沖層3上生長非故意摻雜層(uGaN)4，非故意摻雜層4上生長第一型導(dǎo)電層(nGaN)5，第一型導(dǎo)電層5上生長有源層6，有源層6上生長第二型導(dǎo)電層7，第二型導(dǎo)電層7上生長歐姆接觸層8。襯底I優(yōu)選為大尺寸藍寶石襯底。可以在有源層6與第二型導(dǎo)電層7之間生長電子阻擋層。
[0022]復(fù)合緩沖層3由GaN緩沖層31和多層緩沖層32構(gòu)成，GaN緩沖層31生長在AlN緩沖層2上，多層緩沖層32生長在GaN緩沖層31上，本實施例中，多層緩沖層32包括GaInN層321 ,GaN層322和AlGaN層323，如圖3所示，GaInN層321生長在GaN緩沖層31上，GaN層322生長在GaInN層321上，AlGaN層323生長在GaN層322上。
[0023]多層緩沖層32還可以包括AlGaN/GaN/GaInN、GaInN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、AI GaN/GaN/Ga I nN超晶格結(jié)構(gòu)。
[0024]AlN緩沖層2的厚度S^nm13GaN緩沖層31的厚度S 10nm。多層緩沖層32的厚度S200nm。多層緩沖層 32GaInN/GaN/AlGaN 中 GaInN 的厚度 dl 滿足 0〈dl〈150nm，GaN 的厚度 d2 滿足0〈(12〈3011111，4163_勺厚度(13滿足0〈(13〈15011111。多層緩沖層326311^/63~超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、GaInN/GaN/AlGaN 超晶格結(jié)構(gòu)、GalnN/GaN/AlGaN 超晶格結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN/GalnN 超晶格結(jié)構(gòu)，其中超晶格的單組厚度小于1nm;超晶格對數(shù)最大30對。
[0025]本發(fā)明還揭示一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片制作方法，包括以下步驟:
一，在大尺寸藍寶石襯底I上表面采用PVD設(shè)備蒸鍍AlN緩沖層2。
[0026]二，在AlN緩沖層2上外延生長GaN緩沖層31，反應(yīng)溫度小于600°C，反應(yīng)壓力小于300乇，生長速率低于0.9um/h的，且在外延生長過程中，生長溫升至900°C左右。
[0027]三，在GaN緩沖層31上外延生長復(fù)合緩沖層3，反應(yīng)溫度至1000V左右;復(fù)合緩沖層3由GaN緩沖層31和多層緩沖層32構(gòu)成，GaN緩沖層31生長在AlN緩沖層2上，多層緩沖層32生長在GaN緩沖層31上，多層緩沖層32包括GaInN層321、GaN層322和AlGaN層323，如圖3所示，GaInN層321生長在GaN緩沖層31上，GaN層322生長在GaInN層321上，AlGaN層323生長在GaN層322上。復(fù)合緩沖層32中的GaInN材料采用1000 °C左右生長，然后再降溫至900 °C生長GaN材料，最后再升溫至1000 °C生長AlGaN材料；
多層緩沖層32還可以包括AlGaN/GaN/GaInN、GaInN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、GaInN/GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、GaInN/GaN/AlGaN超晶格結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN/GaInN超晶格結(jié)構(gòu)。
[0028]四，生長完復(fù)合緩沖層3再升高外延生長溫度至1050°C以上，依次進行外延生長非故意摻雜4及第一型導(dǎo)電層5。
[0029]五，降低外延生長溫度至低于800°C，在第一型導(dǎo)電層5上外延生長有源層6。
[0030]六，升高溫度至900°C以上，在有源層6上依次生長第二型導(dǎo)電層7及歐姆接觸層8。
[0031]可以在第二型導(dǎo)電層7與歐姆接觸層8之間生長電子阻擋層，生長溫度為900°C以上。
[0032]如圖4所示為晶體大小對內(nèi)應(yīng)力的影響示意圖，晶格大小是AlN<AlGaN<GaN<GaInN,當在小晶格上長大晶格時，是一種壓應(yīng)力，當在大晶格上長小晶時是一種張應(yīng)力。壓應(yīng)力會導(dǎo)致晶體橫向力向外，容易使生長非故意摻雜(uGaN)4時翹曲變小。張應(yīng)力會導(dǎo)致晶體橫向力向內(nèi)，容易使生長非故意摻雜(uGaN)4時翹曲變大。
[0033]通過調(diào)整AlGaN層323的Al組分含量會使得晶格變小，所以可調(diào)整生長非故意摻雜(uGaN)4時翹曲變小;增加AlGaN層323的厚度也可使得內(nèi)應(yīng)力變大，所以也可調(diào)整生長非故意摻雜(uGaN)4時翹曲變小。
[0034]通過調(diào)整GaInN層321的In組分含量會使得晶格變大，所以可調(diào)整生長非故意摻雜(uGaN)4時翹曲變大;增加GaInN層321的厚度也可使得內(nèi)應(yīng)力變大，所以也可調(diào)整生長非故意摻雜(uGaN)4時翹曲變大。
[0035]采用GaN緩沖層31作為AlN緩沖層2與GaInN層321的過渡層，采用GaN層322作為GaInN層321與AlGaN層323的過渡層，避免瞬間的晶格變化過大，導(dǎo)致應(yīng)力過大而使得晶體質(zhì)量嚴重惡化。
[0036]因此，對于圖2a所述情況，在生長非故意摻雜(uGaN)4時如果翹曲太大，導(dǎo)致生長有源層6時的襯底I還處于凹曲狀態(tài)時，可采用加厚AlGaN層323或提高Al組分含量。
[0037 ]對于圖2c所述情況，在生長非故意摻雜(uGaN)4時如果翹曲偏小，會導(dǎo)致生長有源層6時的襯底I還處于凸曲狀態(tài);可采用加厚GaInN層321或提高In組分。
[0038]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，并非對本案設(shè)計的限制，凡依本案的設(shè)計關(guān)鍵所做的等同變化，均落入本案的保護范圍。
【主權(quán)項】
1.一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:襯底上生長AlN緩沖層，AlN緩沖層上生長復(fù)合緩沖層，復(fù)合緩沖層上生長非故意摻雜層，非故意摻雜層上生長第一型導(dǎo)電層，第一型導(dǎo)電層上生長有源層，有源層上生長第二型導(dǎo)電層，第二型導(dǎo)電層上生長歐姆接觸層;復(fù)合緩沖層由GaN緩沖層和多層緩沖層構(gòu)成，GaN緩沖層生長在AlN緩沖層上，多層緩沖層生長在GaN緩沖層上，多層緩沖層包括GaInN/GaN/AlGaN、AlGaN/GaN/GaInN、Ga I nN/GaN超晶格結(jié)構(gòu) /AI GaN、Ga I nN/GaN/A I GaN超晶格結(jié)構(gòu)、Ga I nN/GaN/AI GaN超晶格結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN/GaInN超晶格結(jié)構(gòu)。2.如權(quán)利要求1所述的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:襯底為大尺寸藍寶石襯底。3.如權(quán)利要求1所述的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:AlN緩沖層的厚度S40nmo4.如權(quán)利要求1所述的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:GaN緩沖層的厚度S 1nm05.如權(quán)利要求1所述的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:多層緩沖層的厚度S200nmo6.如權(quán)利要求1所述的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:多層緩沖層GalnN/GaN/AlGaN中GaInN的厚度dl滿足0〈dl〈150nm，GaN的厚度d2滿足0〈d2〈30nm，AlGaN 的厚度 d3 滿足 0〈d3〈150nm。7.如權(quán)利要求1所述的一種不易發(fā)生翹曲的大尺寸發(fā)光二極管外延片，其特征在于:多層緩沖層 GalnN/GaN 超晶格結(jié)構(gòu)/AlGaN、GaInN/GaN/AlGaN 超晶格結(jié)構(gòu)、GalnN/GaN/AlGaN 超晶格結(jié)構(gòu)、AlGaN/GaN/GalnN超晶格結(jié)構(gòu)，其中超晶格的單組厚度小于1nm;超晶格對數(shù)最大30對。
【文檔編號】H01L33/00GK105870279SQ201610273818
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月28日
【發(fā)明人】林志偉, 陳凱軒, 張永, 汪洋, 卓祥景, 姜偉, 童吉楚, 方天足
【申請人】廈門乾照光電股份有限公司