一种GaN基LED外延片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基LED外延片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]发光二极管(Light Emitting D1des，简称“LED”)是一种能将电能转化为光能的半导体电子元件，因其具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，被广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
[0003]常规GaN基LED外延片主要采用金属有机化合物化学气相沉淀(Metal-organicChemical Vapor Deposit1n，简称“M0CVD”)方法制备，LED外延片一般包括:衬底、以及依次生长在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、η型GaN层，低温应力释放层，多量子阱层，电子阻挡层，P型GaN层、以及欧姆接触层。
[0004]为了避免由于GaN与衬底(例如:蓝宝石)之间的晶格失配度较大、热膨胀系数差异较大，而产生的GaN基外延片翘曲度大的问题，常规采用两步生长法制备缓冲层。具体地，两步生长法为:第一步，在低温下生长非晶态GaN成核层；第二步，在高温下，配合适当的生长速度，即可形成较高质量的GaN层结构。
[0005]但是，在采用大尺寸衬底(例如:4寸、6寸、以及8寸)时，通过常规的两步生长法制备缓冲层无法控制制备出的GaN基外延片的翘曲度，制备出的GaN基外延片的翘曲度大，导致出现GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均匀性差的问题。
【发明内容】
[0006]为了解决现有的大尺寸GaN基外延片的电性及波长均匀性不理想的问题，本发明实施例提供了一种GaN基LED外延片及其制备方法。所述技术方案如下:
[0007]—方面，提供了一种GaN基LED外延片，所述外延片包括:衬底、和依次层叠在所述衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、η型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型欧姆接触层，所述缓冲层包括:依次生长的SiN子层、AlN子层、以及YxGa1 ΧΝ子层，O < X < 0.5，Y为Al、S1、以及Mg中一个或者多个。
[0008]具体地，所述SiN子层的厚度为0.5nm?5nm。
[0009]具体地，所述AlN子层的厚度为5nm?25nm。
[0010]具体地，所述YxGa1 XN子层的厚度为5nm?25nm。
[0011]进一步地，所述缓冲层的厚度为15?40nmo
[0012]另一方面，提供了一种GaN基LED外延片的制备方法，所述方法包括:
[0013]在衬底上生长缓冲层；
[0014]在所述缓冲层上依次生长非掺杂GaN层、η型GaN层、低温应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型欧姆接触层，
[0015]所述在衬底上生长缓冲层，包括:
[0016]在所述衬底上生长一层SiN子层；
[0017]在所述SiN子层上生长一层AlN子层；
[0018]在所述AlN子层上生长一层YxGa1 XN子层，O < X < 0.5，Y为Al、S1、以及Mg中一个或者多个。
[0019]具体地，所述在所述衬底上生长一层SiN子层，包括:
[0020]在生长温度为500°C?100CTC、压强为10torr?600torr的条件下，在所述衬底上生长一层厚度为0.5nm?5nm的SiN子层。
[0021]具体地，所述在所述SiN子层上生长一层AlN子层，包括:
[0022]在生长温度为450°C?750°C、压强为50torr?500torr的条件下，在所述SiN子层上生长一层厚度为5nm?25nm的AlN子层。
[0023]具体地，所述在所述AlN子层上生长一层YxGa1 XN子层，包括:
[0024]在生长温度为450°C?700°C、压强为50torr?500torr的条件下，在所述AlN子层上生长一层厚度为5nm?25nm的YxGa1 XN子层。
[0025]进一步地，所述缓冲层的厚度为15?40nm。
[0026]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0027]通过采用由SiN子层、AlN子层、以及YxGa1 XN子层(O < X < 0.5，Y为Al、S1、以及Mg中一个或者多个)构成的缓冲层，其中，AlN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生压应力，进而能缓解制备出的GaN基外延片中心下凹的翘曲，YxGa1 XN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生张应力，可以在一定范围内调节AlN子层对后续生长的GaN基外延层产生压应力，使得制备出的GaN基外延片翘曲在一定范围内可控，进而提高制备出的GaN基外延片中心与边缘的电性及波长均勾性，提尚最终良品率。
【附图说明】
[0028]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1是本发明实施例一提供的一种GaN基LED外延片的结构不意图；
[0030]图2是本发明实施例一提供的一种缓冲层的结构示意图；
[0031]图3是本发明实施例二提供的一种GaN基LED外延片的制备方法流程图；
[0032]图4是本发明实施例二提供的一种缓冲层的制备方式流程图。
【具体实施方式】
[0033]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0034]实施例一
[0035]本发明实施例提供了一种GaN基LED外延片，参见图1，该外延片包括:衬底10、和依次层叠在衬底10上的缓冲层20、非掺杂GaN层30、η型GaN层40、低温应力释放层50、多量子阱层60、电子阻挡层70、P型GaN层80、以及P型欧姆接触层90。
[0036]参见图2，该缓冲层20包括:依次生长的SiN子层21、Α1Ν子层22、以及YxGa1 -子层23，0 < X < 0.5，Y为Al、S1、以及Mg中一个或者多个。
[0037]在本实施例中，衬底10可以为蓝宝石材料。
[0038]在本实施例中，SiN子层21生长在衬底上，为后续缓冲层20提供窗口，有利于侧向外延生长，能够更好的降低后续生长的GaN基外延层的位错密度，进而提高GaN基LED外延片的质量。
[0039]需要说明的是，常规制备LED外延片时，由于GaN与衬底(例如:蓝宝石)之间的晶格失配度、热膨胀系数差异较大，磊晶时外延层受到张应力的影响，进而造成常规GaN基外延片翘曲呈中心下凹。
[0040]在本实施例中，由于AlN比GaN的晶格常数小，AlN子层22会对后续生长的GaN基的外延层产生压应力，后续生长的GaN基外延片受压应力影响其翘曲呈中心上凸的趋势，能在一定程度上缓解常规GaN基外延片中心下凹的翘曲，进而提高生成的GaN基LED外延片中心与边缘的电性和波长均匀性。
[0041]在本实施例中，YxGa1 XN含有Ga，其整体晶格常数虽小于GaN但大于A1N，YxGa1 XN子层23会对后续生长的GaN基的外延层产生张应力，通过调节YxGa1 XN子层23的厚度、Y的材料的选择、以及YxGa1 XN子层中Y的比例，可以调节GaN基外延层生长中受到AlN子层22的压应力对翘曲的影响，使得备出的GaN基外延片的翘曲度在一定范围内可控，进而能提高GaN基外延片中心与边缘的电性和波长均匀性。具体地,YxGa1 XN子层23的厚度越大，YxGa1 XN子层23对GaN基的外延层产生张应力较大，在调节GaN基外延片的翘曲度时，可以根据AlN子层22的厚度来选择YxGa1 XN子层23的厚度，例如:当AlN子层22的厚度为20?25nm时，YxGa1 XN子层23的厚度可以选择为15?25nm。进一步地，在YxGa1 XN子层23的厚度不变的情况下，YxGa1 XN子层23中，Y的选择也会影响其对GaN基的外延层产生张应力的大小。当Y选择Si或者Mg时，YxGalxN子层23对GaN基的外延层产生张应力相对较大；当Y选择Al时，YxGa1 XN子层23对GaN基的外延层产生张应力相对较小。在实际应用中，在YxGa1 XN子层23的厚度不变的情况下，如果AlN子层22的厚度为5?15nm时，Y可以选择Al ;如果AlN子层22的厚度为15?25nm时，Y可以选择Si或者Mg。此外，在YxGa1 XN子层23的厚度不变的情况下，YxGa1 XN子层23中，Y的比例的选择也会影响其对GaN基的外延层产生张应力的大小。当Y选择Si或者Mg时，YxGalxN子层23中Y的比例越大，YxGalxN子层23对GaN基的外延层产生张应力越大；当￥选择Al时，YxGa1 XN子层23中Y的比例越大，YxGa1 XN子层23对GaN基的外延层产生张应力越小。
[0042]具体地，SiN子层21的厚度可以为0.5nm?5nm。
[0043]具体地，AlN子层22的厚度可以为5nm?25nm。
[0044]具体地，YxGa1 XN子层23的厚度可以为5nm?25nm。
[0045]进一步地，缓冲层20的厚度可以为15?40nm。
[0046]在本实施例中，缓冲层20不宜生长过厚，缓冲层20的厚度可以为15?40nm。在生长AlN子层22和YxGa1 XN子层23时，可以考虑上述YxGa1 XN子层23的厚度、Y的材料的选择、以及YxGa1 XN子层中Y的比例，对后续生长的GaN基的外延层产生张应力的影响，来选择AlN子层22和YxGa1 XN子层23的厚度。例如:1，SiN子层21的厚度为3nm，AlN子层22的厚度为SOmibYxGa1 XN子层23为1nm厚的Si。.Paa9N子层；2，SiN子层21的厚度为3nm，AlN子层22的厚度为20nm，YxGa1 XN子层23为1nm厚的SiaiMgaiGaasN子层；3，SiN子层21的厚度为3nm，AlN子层22的厚度为20nm，YxGa1 XN子层23为15nm厚的Ala2Mga fa。。7N子层。
[0047]在本实施例中，非掺杂GaN层30的厚度可以为800?1200nm ；n型GaN层40的厚度可以为I?3 μπι ;低温应力释放层50的厚度可以为1nm?30nm(其中，低温应力释放层50的生长温度为800?900度)；多量子阱层60为周期性结构，每个周期的厚度可以为9?15nm ；电子阻挡层70可以为p型AlGaN层，其厚度可以为20?10nm ；p型GaN层80的厚度为50?200nm ；p型欧姆接触层90的厚度为0.5?1nm0
[0048]需要说明的是，本实施例提供的GaN基LED外延片仅可以为常规尺寸，也可以为大尺寸(例如:4寸、6寸、以及8寸)。
[0049]本发明实施例通过采用由SiN子层、AlN子层、以及YxGa1 XN子层(O < X < 0.5，Y为Al、S1、以及Mg中一个或者多个)构成的缓冲层，其中，AlN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生压应力，进而能缓解制备出的GaN基外延片中心下凹的翘曲，YxGa1 XN子层可以对后续生长的GaN基外延层产生张应力，可以在一定范围内调节AlN子层对后续生