[发明专利]改善4 inch GaN基外延片内均匀性和波长集中度的方法

说明书

 

技术领域

本发明涉及氮化镓系半导体材料制造技术，属于外延晶体生长领域，更具体的说，涉及一种改善4 inch GaN基外延片内均匀性和波长集中度的方法。

 

背景技术

以GaN为代表的Ⅲ-Ⅵ族材料属于宽禁带半导体材料，在20世纪90年代之后得到迅猛发展。优异的耐腐蚀能力、高击穿电场、高热导率、高电子饱和速率、高抗辐射能力，使得GaN为代表的Ⅲ-Ⅵ族材料成为新兴半导体产业的基础器件和核心材料，被誉为IT产业的发动机。GaN基材料是现代发光二极管的基石，已经实现工业化生产、在背光源、照明、景观灯等方面都有应用。

相比过去的2 inch外延，4 inch外延在MO源的利用方面、生产效率、生产成本和大尺寸芯片的发展上有明显的优势，是未来发展的趋势。但是相比过去2 inch的外延材料，4 inch外延材料由于在生长过程中的更大的Bowing效应，导致片内的均匀性很差。为了消除Bowing效应，最理想的衬底材料莫过于GaN单晶，但是大面积的GaN单晶制备非常困难，在2 inch生产中尚不能满足，因此4 inch用GaN单晶衬底在工业上使用的可能性极低；所以工业生产仍将继续采用异质外延生长方式。目前异质外延以蓝宝石为主，但是蓝宝宝石与GaN之间存在16%的晶格失配率，如此高的失配率，需要采用适合4 inch的缓冲层缓解。

 

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提供一种改善4 inch GaN基外延片内均匀性和波长集中度的方法，该方法生长缓冲层作为4 inch GaN外延材料的基础，可以有效的降低外延层的位错密度，改善外延片内均匀性和波长集中度，从而获得高片内均匀性和高波长集中度、高质量的4 inch外延GaN基材料，进而获得高综合良率的GaN系发光二极管。

为达到上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

    一种改善4 inch GaN基外延片内均匀性和波长集中度的方法，所述GaN基外延片从下向上的顺序依次为：衬底层、缓冲层、不掺杂的高温GaN层、Si掺杂的n型GaN层、多量子阱发光层、低温P型GaN层、 P型电子阻挡层、高温P型GaN层、P型接触层，其中缓冲层的生长步骤如下：

（1）将4 inch衬底在氢气气氛下，高温清洁衬底表面后，进行氮化处理；（2）氮化处理结束后，进行固定AL组分的AL_xGa_1-xN(0.05<x<0.25)缓冲层的生长，厚度保持在0-10 nm之间；（3）固定AL组分的AL_xGa_1-xN(0.05<x<0.25)缓冲层的生长结束后进行GaN薄层的生长，厚度保持在0-5 nm之间；(4)进行上述（2）、（3）步骤的交替生长，进行5~20个循环；（5）上述生长的缓冲层结束后，进行其它各层的生长。

    上述结构能够有效减少量子阱区的缺陷密度，获得高片内均匀性和高波长集中度的外延片。 

    所述缓冲层在生长过程时，生长压力控制在400-760Torr之间，Ⅴ/Ⅲ摩尔比在50-3000之间。

本发明的优点在于，通过改善缓冲层的生长方法，能够有效减少外延的缺陷密度，减少生长过程中的翘曲度，能够提高外延片的片内均匀性和波长集中度；而且这种改进的发光二极管结构，对生长设备和工艺条件无特殊要求，不会使随后的生长及工艺步骤复杂化。

 

附图说明

图1是本发明所提供的LED外延结构示意图；

图2是图1中缓冲层的生长示意图。

 

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

    图1所示的LED外延结构，包括：衬底层1、改进的缓冲层2、不掺杂的高温GaN层3、Si掺杂的n型GaN层4、低温浅量子阱SW 5、多量子阱发光层6、低温P型GaN层7、 P型电子阻挡层8、高温P型GaN层9、P型接触层10。

    该LED外延结构的生长步骤如下：