[发明专利]一种蓝宝石外延片结构及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体照明器件技术领域，具体涉及一种蓝宝石外延片结构及其制造方法。

背景技术

LED照明作为第三代照明，具有功耗低、节能环保和寿命长等优点，而第三代半导体材料中的GaN基半导体材料，广受人们的关注。三族氮化物（ III-V化合物）包括GaN、InN、AlN及三元和四元固溶体都是直接带隙宽禁带材料，其禁带宽度从InN的0.7eV到AlN的6.28eV，GaN基半导体材料成为带隙跨越最宽的材料系，在蓝、绿、紫外波段的光电子器件方面获得了广泛应用。GaN晶体质量的好坏，直接影响其发光效率，因此生长高质量的GaN一直是人们研究的重点。

GaN同质衬底生长GaN外延层是最理想的衬底，但因为GaN熔点高（2800°C）和平衡蒸汽压（4.5GPa）大，制备GaN体单晶极为困难，且GaN高昂的价格也制约了其的应用。目前常用的衬底是蓝宝石（Al₂O₃），其缺点是与GaN晶格失配和热失配大、不导电、热导差。但其优点也显著，化学稳定性和热稳定性好，价格便宜，可批量生产。因此，基于蓝宝石衬底生长高质量GaN外延层是研究热点。

GaN的MOCVD（Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀）生长通常以TMGa（三甲基镓）为III族源，以NH₃为氮源。在蓝宝石衬底上从500°C到1100°C都可以生长。然而由于蓝宝石和GaN两者间晶格失配和化学性质的差异较大，直接在蓝宝石衬底上生长GaN缺陷较多，严重影响晶体质量。

发明内容

本发明为解决现有技术中直接在蓝宝石衬底上生长GaN产生的晶格失配的问题，从而提供了一种减少晶格失配、减少缺陷的一种蓝宝石外延片结构及其制造方法。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种蓝宝石外延片结构，包括：蓝宝石衬底，设置于蓝宝石衬底上的缓冲层，设置于缓冲层上的本征GaN层，设置于本征GaN层上的N型GaN层，设置于N型GaN层上的MQW发光层，设置于MQW发光层上的P型GaN层；其中，所述缓冲层包括：依次设置于蓝宝石衬底上的掺Ge的InN层、掺Ge的GaN层、500～600°C温度下形成的第一GaN层、1000～1100°C温度下形成的第二GaN层。

一种蓝宝石外延片的制造方法，包括以下步骤：提供蓝宝石衬底；在蓝宝石衬底上制作缓冲层，所述缓冲层的制作方法包括以下四步骤：在蓝宝石表面生长掺Ge的InN层；升高温度，在掺Ge的InN层表面生长掺Ge的GaN层；在500～600°C下于掺Ge的GaN层表面生长第一GaN层；然后，在1000～1100°C下于第一GaN层上生长第二GaN层；在第二GaN层上生长GaN本征层；在GaN本征层上沉积N型GaN层；在N型GaN层上制作MQW发光层；在MQW发光层上生长P型GaN层。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明提供的一种蓝宝石外延片结构及其制造方法，在蓝宝石衬底上制作缓冲层后再制作本征GaN层，并且缓冲层采用双两步外延生长法并且缓冲层的InN中掺杂少量的Ge，Ge扩散至InN间隙，能有效降低蓝宝石与GaN间的晶格失配产生的应力，位错得到有效的遏制，有效地阻断大量缺陷延伸到N型GaN层甚至发光层，晶体质量显著提高，多量子阱发光层内的非辐射复合发光减少，提高量子发光效率，发光强度更大。

附图说明

图1是本发明第一实施例蓝宝石外延片结构示意图。

图2是本发明第二实施例蓝宝石外延片结构示意图。

图3是本发明第三实施例蓝宝石外延片结构示意图。

图4是本发明第四实施例蓝宝石外延片结构示意图。

图5是本发明实施例蓝宝石外延片制造方法流程图。

图6是本发明实施例GeH₄气体流量示意图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。