一种AlN缓冲层及其制备方法、紫外LED外延片与流程

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种aln缓冲层及其制备方法、紫外led外延片。

背景技术：

1、紫外led(uv led)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展,新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品,紫外led有着广阔的市场应用前景,如紫外led光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械,但是技术还处于成长期。

2、与gan基蓝光led相比，紫外led的研制面临着许多独特的技术困难，如：高al组分algan的材料的外延生长困难，一般而言，al组分越高，晶体质量越低，位错密度普遍在1x109-1x1010/cm2乃至更高； algan材料的掺杂与gan相比要困难得多，不论n型掺杂还是p型掺杂，随着al组分的增加，外延层的电导率迅速降低，尤其是p－algan的掺杂尤为棘手，掺杂剂mg的激活效率低下，导致空穴不足，导电性和发光效率锐降，等等。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种aln缓冲层及其制备方法、紫外led外延片，旨在降低外延片中底层的位错和缺陷，减少非辐射复合，提高有源区的发光效率，以提升外延片的发光效率。

2、本发明的第一方面在于提供一种aln缓冲层，所述aln缓冲层包括依次层叠于衬底上的成核层、第一岛状生长层及周期交替结构层；

3、其中，所述周期交替结构层包括周期性交替层叠的第二岛状生长层和三维岛合并层，所述第二岛状生长层与所述三维岛合并层按预设周期交替层叠以将所述第一岛状生长层填充。

4、根据上述技术方案的一方面，所述第一岛状生长层包括若干个第一体积的第一三维岛，若干个所述第一三维岛以第一密度进行排布。

5、根据上述技术方案的一方面，每个周期中的所述第二岛状生长层均包括若干个第二体积的第二三维岛，若干个所述第二三维岛以第二密度进行排布；

6、其中，所述第一体积大于所述第二体积，所述第一密度小于所述第二密度。

7、根据上述技术方案的一方面，所述周期交替结构层用于填平若干个所述第一三维岛之间的间隙；

8、在所述周期交替结构层的每个周期中，所述三维岛合并层用于填平若干个所述第二三维岛之间的间隙。

9、根据上述技术方案的一方面，所述第一岛状生长层的厚度为160nm-240nm，每个所述第二岛状生长层的厚度为80nm/x-120nm/x，每个所述三维岛合并层的厚度为240nm/x-360nm/x；

10、其中，x为所述周期交替结构层的周期数。

11、根据上述技术方案的一方面，2≤x≤6，x为正整数。

12、本发明的第二方面在于提供一种aln缓冲层的制备方法，所述制备方法用于制备上述技术方案当中所述的aln缓冲层，所述制备方法包括：

13、将衬底放置于mocvd设备的反应腔中，向所述反应腔中通入tmal与nh3，以在所述衬底上生长得到成核层；

14、设定初始生长温度与初始生长压力，停止向所述反应腔内通入tmal，以在所述成核层上生长得到第一岛状生长层；

15、提高所述生长温度、降低所述生长压力与降低所述nh3的通入量，以在所述第一岛状生长层上生长得到第二岛状生长层；

16、继续提高所述生长温度与降低所述nh3的通入量，保持生长压力不变，以在所述第二岛状生长层上生长得到三维岛合并层；

17、循环改变所述生长温度、生长压力与nh3的通入量多次，得到多周期的第二岛状生长层与三维岛合并层，以得到层叠于所述衬底上的aln缓冲层。

18、根据上述技术方案的一方面，在生长所述第一岛状生长层时，所述初始生长温度为850℃-950℃，所述初始生长压力为100mbar-200mbar；

19、在生长所述第二岛状生长层时，将生长温度调节至1050℃-1150℃，将生长压力调节至50mbar-100mbar；

20、在生长所述三维岛合并层时，将生长温度调节至1200℃-1300℃，并保持生长压力不变。

21、根据上述技术方案的一方面，在生长所述第一岛状生长层时，nh3的通入流量为15l-20l；

22、在生长所述第二岛状生长层时，nh3的通入流量为5l-10l；

23、在生长所述三维岛合并层时，nh3的通入流量为0.5l-1l。

24、本发明的第三方面在于提供一种紫外led外延片，所述紫外led外延片包括上述技术方案当中所述的aln缓冲层。

25、与现有技术相比，本发明所示的aln缓冲层及其制备方法、紫外led外延片，有益效果在于：

26、在进行led外延片制作的过程中，采用本发明当中提供的aln缓冲层并层叠于衬底上进行led外延片的制作，所示的aln缓冲层通过设置第一岛状生长层，以及在第一岛状生长层之间填充交替层叠的第二岛状生长层与三维岛合并层，采用如此方式形成的aln缓冲层，可以降低缺陷和位错的密度，可以得到更好的晶体质量，可以有效的控制底层的应力快速累积，有效解决紫外外延片表面裂纹的缺陷，通过降低底层的位错和缺陷，可以减少非辐射复合，提高有源区的发光效率。

技术特征：

1.一种aln缓冲层，其特征在于，所述aln缓冲层包括依次层叠于衬底上的成核层、第一岛状生长层及周期交替结构层；

2.根据权利要求1所述的aln缓冲层，其特征在于，所述第一岛状生长层包括若干个第一体积的第一三维岛，若干个所述第一三维岛以第一密度进行排布。

3.根据权利要求2所述的aln缓冲层，其特征在于，每个周期中的所述第二岛状生长层均包括若干个第二体积的第二三维岛，若干个所述第二三维岛以第二密度进行排布；

4.根据权利要求3所述的aln缓冲层，其特征在于，所述周期交替结构层用于填平若干个所述第一三维岛之间的间隙；

5.根据权利要求1-4任一项所述的aln缓冲层，其特征在于，所述第一岛状生长层的厚度为160nm-240nm，每个所述第二岛状生长层的厚度为80nm/x-120nm/x，每个所述三维岛合并层的厚度为240nm/x-360nm/x；

6.根据权利要求5所述的aln缓冲层，其特征在于，2≤x≤6，x为正整数。

7.一种aln缓冲层的制备方法，其特征在于，所述制备方法用于制备权利要求1-6任一项所述的aln缓冲层，所述制备方法包括：

8.根据权利要求7所述的aln缓冲层的制备方法，其特征在于，在生长所述第一岛状生长层时，所述初始生长温度为850℃-950℃，所述初始生长压力为100mbar-200mbar；

9.根据权利要求7所述的aln缓冲层的制备方法，其特征在于，在生长所述第一岛状生长层时，nh3的通入流量为15l-20l；

10.一种紫外led外延片，其特征在于，所述紫外led外延片包括权利要求1-6任一项所述的aln缓冲层。

技术总结
本发明公开了一种AlN缓冲层及其制备方法、紫外LED外延片，涉及半导体器件技术领域，该AlN缓冲层层叠于衬底上，AlN缓冲层包括：成核层、设于成核层上的第一岛状生长层、第二岛状生长层与三维岛合并层；其中，第二岛状生长层与三维岛合并层按预设周期交替层叠以将第一岛状生长层填充。本发明采用上述AlN缓冲层进行外延片的制作，可以降低缺陷和位错的密度，可以得到更好的晶体质量，可以有效的控制底层的应力快速累积，有效解决紫外外延片表面裂纹的缺陷，通过降低底层的位错和缺陷，可以减少非辐射复合，提高有源区的发光效率。

技术研发人员：刘春杨,吕蒙普,胡加辉,金从龙,顾伟
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16