专利名称：一种GaN基发光二极管及其制造方法
技术领域：
本发明涉及ー种发光二极管的制造方法。
背景技术：
半导体发光二极管(LED)是ー种由Ga、N、As、P等的化合物制成的ニ极管，当电子与空穴复合时可以发出可见光，可用于制造发光器件，由于其结构简单，体积小，工作电流小，使用方便，成本低，目前已广泛应用于各种光电系统。半导体发光二极管包括衬底以及依次沉积在衬底上的Ρ/N型外延层、有源层和P/N型外延层。衬底作为LED这座大厦的地基，具有重要的作用。蓝宝石是ー种常用的LED衬底，蓝宝石衬底中一般都会包括各种缺陷，例如位错、间隙或空位等，缺陷会引起晶体应变，应变会造成衬底上外延层的品质及性能降低，导致发光二极管的寿命缩短。 多年来，随着半导体技术的发展，经过本领域技术人员的长期研究和实践，形成了较为完善的晶体生长エ艺流程，減少了半导体衬底材料生长过程中形成的缺陷密度。但是，人们还希望得到缺陷密度更低的衬底，制得性能更佳、寿命更长的发光二极管。如何进ー步減少或消除缺陷成为本领域急需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术中存在的缺陷，本发明提供了ー种GaN基半导体发光二极管的制造方法，该方法可以明显的减小发光二极管衬底中的晶体缺陷密度，提高发光二极管的性能和寿命。本发明的GaN基发光二极管包括依次层叠的衬底、η型接触层、有源层和P型接触层；其中，衬底为蓝宝石，η型接触层为η型AlGaN层，ρ型接触层为P型GaN层；有源层为AlGaN多量子阱。有源层优选为3-6个周期的ΑΙ^^Ν/ΑΙΑ^Ν多量子阱，其中x = 0-0. 5, y =O. 2—0. 7 ο有源层的厚度优选为6_9nm。在蓝宝石衬底和η型接触层之间具有AlN模板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层。在有源层和P型接触层之间还包括P型电子阻挡层和P型过渡层。优选的，P型电子阻挡层8为ρ型AlGaN层，ρ型过渡层9为ρ型AlGaN过渡层。本发明的GaN基发光二极管的制造方法包括准备并处理蓝宝石衬底，以及在蓝宝石衬底上依次沉积AlN模板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层、η型接触层、有源层、ρ型电子阻挡层、P型过渡层和P型接触层。其中形成蓝宝石衬底的方法包括如下步骤(I)在常温常压下，将蓝宝石晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮；(2)对蓝宝石晶片加热的同时加压，加热至温度为950 1020°C，加压至压カ为4. 5 4. 9GPa，保持10 15分钟；其中，加热速率为100°C /分钟，加压速率为O. 2 O. 3GPa/分钟。(3)停止加热，使蓝宝石晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使蓝宝石晶片恢复至常压。卸压速度为O. 5 O. 8GPa/分钟。(4)在高温高压装置中退火20 30分钟后，取出蓝宝石晶片。
图I为本发明的半导体发光二极管的结构示意图。
具体实施例方式以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。本发明的GaN基发光二极管的包括依次层叠的衬底l、n型接触层2、有源层3和ρ型接触层4。其中，衬底I为蓝宝石，η型接触层2为η型AlGaN层，P型接触层4为ρ型GaN层。有源层3为AlGaN多量子阱，优选的AlGaN有源层为3_6个周期的AlxGai_xN/AlyGa^N多量子阱，其中，阱的厚度为l-3nm，Al组分x = 0-0. 5 ;垒的厚度为5_10nm，Al组分y = O. 2-0. 7,其为发射深紫外光波段的量子讲。在蓝宝石衬底I和η型接触层2之间具有AlN模板层5、低温GaN插入层6和AlGaN过渡层7。在有源层3和ρ型接触层4之间还包括ρ型电子阻挡层8和ρ型过渡层9。优选的，P型电子阻挡层8为P型AlGaN层，ρ型过渡层9为ρ型AlGaN过渡层。本发明的GaN基半导体发光二极管的制造方法，包括准备并处理蓝宝石衬底，以及在蓝宝石衬底上依次沉积AlN模板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层、η型接触层、有源层、P型电子阻挡层、P型过渡层和P型接触层。其中形成蓝宝石衬底的方法包括如下步骤(I)在常温常压下，将蓝宝石晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮；(2)对蓝宝石晶片加热的同时加压，加热温度为950 1020°C，加压压カ为4. 5^4. 9GPa，保持10 15分钟；此处的加压压カ也可以称作加压压強。其中，加热速率为IOO0C /分钟，加压速率为O. 2 O. 3GPa/分钟。(3)停止加热，使蓝宝石晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使蓝宝石晶片恢复至常压。卸压速度为O. 5 O. 8GPa/分钟。(4)在高温高压装置中退火20 30分钟后，取出蓝宝石晶片。本发明进行了 30组不同温度和压カ范围的实验，对蓝宝石晶片进行了高温高压处理。实验数据表明，对蓝宝石晶片实施加热温度为950 1020°C，加压压カ为4. 5^4. 9GPa的高温高压处理并退火后，其位错和空隙的密度降低至处理前的25 35%，说明该方法明显减少了晶片内的缺陷密度。实验数据也表明，处理后晶片的缺陷密度与加热温度、加压压カ有关，且温度范围和压カ范围其主要作用，但加热、加压以及卸压速率也对缺陷密度的减少其作用，上文中已经记载了优选的温度和压カ范围，以及优选的加热、加压与卸压速率。降温不需采用特殊方法，停止加热后自然冷却即可。采用处理后的蓝宝石晶片作为衬底形成的发光二极管，増大了击穿场强，減少了漏电，増加了导热性，光发射效率更高，可靠性更大。用于处理本发明的晶片的高温高压装置可以采用已有的两面顶和多面体高压装置，多面体高压装置包括六面体压腔装置和八面体压腔装置。优选采用两面顶大腔体静高压装置，简称为两面顶大压机。该装置的外壳和压杆的材料均为合金钢，压砧的材料为碳化钨。采用该两面顶大压机可以达到的最高压カ为7GPa。其最高压カ相比较多面体高压装置以及金刚石对顶砧超高压装置虽然低，但是由于其腔体体积大，处理样品的直径自十厘米左右，适合用于处理衬底晶片。在该高压装置中设有电热装置，其通过电热丝提供加热热量，对电热装置通电后 可以对晶片进行加热。加热温度最闻可达1700摄氏度。压カ介质为氯化钠(NaCl)、氧化镁(MgO)或液态氮气，该介质可以使压カ均匀分布在晶体上，使得非各向同性应カ最小。NaCl和MgO为低抗剪強度固体，其内摩擦系数低于O. 2，可以很好的传压，同时起到隔热的作用，以利于加温加压。液氮在起到传压作用的同时，可以抑止GaN在加热和退火时的分解。在蓝宝石衬底上依次沉积AlN模板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层、η型接触层、有源层、P型电子阻挡层、P型过渡层和P型接触层的具体方法为采用金属有机化学气相沉积设备，采用金属有机化学气相沉积设备，将反应室温度升高到1050-1200°C，在蓝宝石衬底上生长AlN模板层；将温度降低到400_900で，压カ30-200torr下在AlN模板层上生长厚度为20_50nm的GaN层作为低温GaN插入层；升温至1050-1200°C，在低温GaN插入层上生长AlGaN过渡层；将反应室温度升高到1050_1200で，在低温GaN插入层上生长AlGaN过渡层；保持温度不变，在AlGaN过渡层上生长η型AlGaN层作为η型接触层；保持温度不变，在η型AlGaN层上生长发射深紫外光波段的AlGaN有源层；保持温度不变，在AlGaN有源层上依次生长ρ型AlGaN电子阻挡层和过渡层；在ρ型AlGaN过渡层上生长ρ型GaN层作为ρ型接触层。当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。
权利要求
1.一种GaN基发光二极管，包括依次层叠的衬底、η型接触层、有源层和P型接触层；其特征在于， 衬底为蓝宝石衬底，η型接触层为η型AlGaN层，ρ型接触层为ρ型GaN层；有源层为AlGaN多量子阱。
2.如权利要求I所述的GaN基发光二极管，其特征在于，所述有源层为3-6个周期的AlxGahNAlyGahN 多量子阱，其中 χ = 0-0. 5, y = O. 2-0. 7。
3.如权利要求I或2所述的GaN基发光二极管，其特征在于， 所述有源层的厚度优选为6-9nm。
4.如权利要求I一 3之一所述的GaN基发光二极管，其特征在于，在所述蓝宝石衬底和η型接触层之间具有AlN I吴板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层。
5.如权利要求I一 4之一所述的GaN基发光二极管，其特征在于，在所述有源层和所述P型接触层之间还包括P型电子阻挡层和P型过渡层。
6.如权利要求5所述的GaN基发光二极管，其特征在于，所述ρ型电子阻挡层8为ρ型AlGaN层，所述ρ型过渡层9为ρ型AlGaN过渡层。
7.—种GaN基发光二极管的制造方法，包括如下步骤 准备并处理蓝宝石衬底，以及在蓝宝石衬底上依次沉积AlN模板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层、η型接触层、有源层、ρ型电子阻挡层、ρ型过渡层和P型接触层；其特征在于， 所述处理蓝宝石衬底的方法包括如下步骤 (1)在常温常压下，将蓝宝石晶片放入高温高压装置中，在高温高压装置中加入传压介质，该传压介质为NaCL和液氮； (2)对蓝宝石晶片加热的同时加压，加热至温度为950 1020°C，加压至压力为4.5 4. 9GPa，保持10 15分钟； (3)停止加热，使蓝宝石晶片冷却至常温；同时缓慢卸压，使蓝宝石晶片恢复至常压； (4)在高温高压装置中退火20 30分钟后，取出蓝宝石晶片。
8.如权利要求7所述的GaN基发光二极管的制造方法，其特征在于，步骤(2)中加热的 加热速率为100°C /分钟，加压的加压速率为O. 2 O. 3GPa/分钟。
9.如权利要求7或8所述的GaN基发光二极管的制造方法，其特征在于，所述缓慢卸压的卸压速度为O. 5 O. 8GPa/分钟。
全文摘要
本发明公开了一种GaN基发光二极管包括依次层叠的衬底、n型接触层、有源层和p型接触层；其中衬底为蓝宝石衬底，n型接触层为n型AlGaN层，p型接触层为p型GaN层；有源层为AlGaN多量子阱。本发明还公开了一种GaN基发光二极管的制造方法包括准备并处理蓝宝石衬底，以及在蓝宝石衬底上依次沉积AlN模板层、低温GaN插入层和AlGaN过渡层、n型接触层、有源层、p型电子阻挡层、p型过渡层和p型接触层。采用处理后的蓝宝石晶片作为衬底形成的发光二极管，增大了击穿场强，减少了漏电，增加了导热性，光发射效率更高，可靠性更大。该方法可以明显的减小发光二极管衬底中的晶体缺陷密度，提高发光二极管的性能和寿命。
文档编号H01L33/00GK102856450SQ20121035340
公开日2013年1月2日 申请日期2012年9月20日 优先权日2012年9月20日
发明者虞浩辉, 周宇杭 申请人:江苏威纳德照明科技有限公司