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1、(10)申请公布号 CN 102856449 A (43)申请公布日 2013.01.02 CN 102856449 A *CN102856449A* (21)申请号 201210351827.8 (22)申请日 2012.09.20 H01L 33/00(2010.01) H01L 21/322(2006.01) (71)申请人 江苏威纳德照明科技有限公司 地址 213342 江苏省常州市溧阳市社渚镇创 新路 8 号 (72)发明人 虞浩辉 周宇杭 (74)专利代理机构 南京天翼专利代理有限责任 公司 32112 代理人 黄明哲 (54) 发明名称 一种 GaN 基半导体发光二极管及其制造方。
2、法 (57) 摘要 本发明提供了一种 GaN 基半导体发光二极管 的制造方法, 包括形成 GaN 衬底, 以及在 GaN 衬底 上沉积 p 型接触层、 有源层、 n 型电子阻挡层、 n 型 过渡层和 n 型接触层 ; 其中形成 GaN 衬底的方法 包括如下步骤 : 在常温常压下, 将 GaN 晶片放入高 温高压装置中 ; 对 GaN 晶片加热的同时加压, 加热 温度为 820 880, 加压压力为 4.14.6GPa, 保 持 10 15 分钟 ; 停止加热, 使 GaN 晶片冷却至常 温 ; 同时缓慢卸压, 使 GaN 晶片恢复至常压 ; 在高 温高压装置中退火 20 30 分钟后, 取出 。
3、GaN 晶 片。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。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 1 页 1/1 页 2 1. 一种 GaN 基半导体发光二极管, 包括依次层叠的衬底、 p 型接触层、 有源层和 n 型接 触层 ; 其特征在于, 衬底为 GaN, p 型接触层为 p 型 AlGaN 层, n 型接触层为 n 型 GaN 层 ; 有源层为 AlGaN 多 量子阱。 2. 如权利要求 1 所述的 GaN 。
4、基半导体发光二极管, 其特征在于, 有源层为 2-5 个周期 的 AlxGa1-xN/AlyGa1-yN 多量子阱, 其中, 阱的厚度为 1-3nm, Al 组分 x 0-0.5 ; 垒的厚度为 5-10nm, Al 组分 y 0.2-0.7。 3.如权利要求1或2所述的GaN基半导体发光二极管, 其特征在于, 在有源层和n型接 触层之间还包括 n 型电子阻挡层和 n 型过渡层。 4. 如权利要求 3 所述的 GaN 基半导体发光二极管, 其特征在于, n 型电子阻挡层为 n 型 AlGaN 层, n 型过渡层为 n 型 AlGaN 过渡层。 5.一种GaN基半导体发光二极管的制造方法, 包括。
5、形成GaN衬底, 以及在GaN衬底上沉 积 p 型接触层、 有源层、 n 型电子阻挡层、 n 型过渡层和 n 型接触层 ; 其特征在于, 形成 GaN 衬底的方法包括如下步骤 : (1) 在常温常压下, 将 GaN 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 GaN 晶片加热的同时加压, 加热至温度为 820 880, 加压至压力为 4.14.6GPa, 保持 10 15 分钟 ; (3) 停止加热, 使 GaN 晶片冷却至常温 ; 同时缓慢卸压, 使 GaN 晶片恢复至常压 ; 卸压速 度为 0.5 0.8GPa/ 分钟 ; (4。
6、) 在高温高压装置中退火 20 30 分钟后, 取出 GaN 晶片。 6. 如权利要求 5 所述的 GaN 基半导体发光二极管的制造方法, 其特征在于, 步骤 (2) 中 加热速率为 100 / 分钟, 加压速率为 0.2 0.3GPa/ 分钟。 权 利 要 求 书 CN 102856449 A 2 1/3 页 3 一种 GaN 基半导体发光二极管及其制造方法 技术领域 0001 本发明涉及一种发光二极管的制造方法。 背景技术 0002 半导体发光二极管 (LED) 是一种由 Ga、 N、 As、 P 等的化合物制成的二极管, 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。
7、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。 0003 半导体发光二极管包括衬底以及依次沉积在衬底上的 P/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。蓝宝石是一种常用的 LED 衬 底, 但由于其与其上的异相外延层的晶格和热应力失配, 发热后由于膨胀程度不同会崩裂, 导致器件损坏。另外一类 LED 衬底包括 GaN, GaAs, InP, InAlGaAs, InAlGaP, InGaAsP 等半 导体材料。作为衬底的上述半导体材料中一般都会包括各种缺陷, 例如位错、 间隙或空位 等, 缺陷会。
8、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。 0004 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工艺流程, 减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。 如何进一步 减少或消除缺陷成为本领域急需解决的问题。 发明内容 0005 为了克服现有技术中存在的缺陷, 本发明提供了一种 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。 0006。
9、 本发明的 GaN 基半导体发光二极管包括依次层叠的衬底、 p 型接触层、 有源层和 n 型接触层 ; 0007 其中, 衬底为 GaN, p 型接触层为 p 型 AlGaN 层, n 型接触层为 n 型 GaN 层 ; 有源层 为 AlGaN 多量子阱。 0008 优选地, AlGaN 有源层为 2-5 个周期的 AlxGa1-xN/AlyGa1-yN 多量子阱, 其中, 阱的厚 度为 1-3nm, Al 组分 x 0-0.5 ; 垒的厚度为 5-10nm, Al 组分 y 0.2-0.7, 其为发射深紫 外光波段的量子阱。 0009 优选地, 在有源层 3 和 n 型接触层 4 之间还包括。
10、 n 型电子阻挡层 5 和 n 型过渡层 6。优选的, n 型电子阻挡层 5 为 n 型 AlGaN 层, n 型过渡层 6 为 n 型 AlGaN 过渡层。 0010 本发明的 GaN 基半导体发光二极管的制造方法, 包括形成 GaN 衬底, 以及在 GaN 衬 底上沉积 p 型接触层、 有源层、 n 型电子阻挡层、 n 型过渡层和 n 型接触层 ; 0011 其中形成 GaN 衬底的方法包括如下步骤 : 0012 (1) 在常温常压下, 将 GaN 晶片放入高温高压装置中, 在高温高压装置中加入传压 说 明 书 CN 102856449 A 3 2/3 页 4 介质, 该传压介质为 NaC。
11、L 和液氮 ; 0013 (2)对 GaN 晶片加热的同时加压, 加热温度为 820 880, 加压压力为 4.14.6GPa, 保持 10 15 分钟 ; 此处的加压压力也可以称作加压压强。其中, 加热速率为 100 / 分钟, 加压速率为 0.2 0.3GPa/ 分钟。 0014 (3) 停止加热, 使 GaN 晶片冷却至常温 ; 同时缓慢卸压, 使 GaN 晶片恢复至常压。卸 压速度为 0.5 0.8GPa/ 分钟。 0015 (4) 在高温高压装置中退火 20 30 分钟后, 取出 GaN 晶片。 附图说明 0016 图 1 为本发明的半导体发光二极管的结构示意图。 具体实施方式 00。
12、17 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。 0018 本发明的 GaN 基半导体发光二极管的包括依次层叠的衬底 1、 p 型接触层 2、 有源 层 3 和 n 型接触层 4。 0019 其中, 衬底 1 为 GaN, p 型接触层 2 为 p 型 AlGaN 层, n 型接触层 4 为 n 型 GaN 层。 0020 有源层 3 为 AlGaN 多量子阱, 优选的 AlGaN 有源层为 2-5 个周期的 AlxGa1-xN/ AlyGa1-yN 多量子阱, 其中, 阱的厚度为 1-3nm, Al 组分 x 0-0.5 ; 垒的厚度为 5-10nm, Al 组。
13、 分 y 0.2-0.7, 其为发射深紫外光波段的量子阱。 0021 在有源层 3 和 n 型接触层 4 之间还包括 n 型电子阻挡层 5 和 n 型过渡层 6。优选 的, n 型电子阻挡层 5 为 n 型 AlGaN 层, n 型过渡层 6 为 n 型 AlGaN 过渡层。 0022 本发明的 GaN 基半导体发光二极管的制造方法, 包括形成 GaN 衬底, 以及在 GaN 衬 底上沉积 p 型接触层、 有源层、 n 型电子阻挡层、 n 型过渡层和 n 型接触层。 0023 其中形成 GaN 衬底的方法包括如下步骤 : 0024 (1) 在常温常压下, 将 GaN 晶片放入高温高压装置中, 。
14、在高温高压装置中加入传压 介质, 该传压介质为 NaCL 和液氮 ; 0025 (2)对 GaN 晶片加热的同时加压, 加热温度为 820 880, 加压压力为 4.14.6GPa, 保持 10 15 分钟 ; 此处的加压压力也可以称作加压压强。其中, 加热速率为 100 / 分钟, 加压速率为 0.2 0.3GPa/ 分钟。 0026 (3) 停止加热, 使 GaN 晶片冷却至常温 ; 同时缓慢卸压, 使 GaN 晶片恢复至常压。卸 压速度为 0.5 0.8GPa/ 分钟。 0027 (4) 在高温高压装置中退火 20 30 分钟后, 取出 GaN 晶片。 0028 本发明进行了 50 组不。
15、同温度和压力范围的实验, 对 GaN 晶片进行了高温高压处 理。实验数据表明, 对 GaN 晶片实施加热温度为 820 880, 加压压力为 4.14.6GPa 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 20 30, 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、 加压压力有 关, 且温度范围和压力范围其主要作用, 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力范围, 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 GaN 晶片作为衬底形。
16、成的发 说 明 书 CN 102856449 A 4 3/3 页 5 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。 0029 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力为7GPa。 其最高压力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。
17、处理衬底晶片。 0030 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。加热温度最高可达 1700 摄氏度。 0031 压力介质为氯化钠 (NaCl) 、 氧化镁 (MgO) 或液态氮气, 该介质可以使压力均匀分 布在晶体上, 使得非各向同性应力最小。 0032 NaCl 和 MgO 为低抗剪强度固体, 其内摩擦系数低于 0.2, 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。 0033 在 GaN 衬底上沉积 p 型接触层、 有源层、 n 型电子阻挡层、 n 型。
18、过渡层和 n 型接触层 的具体方法为 : 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, 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 p 型 AlGaN 层作 为 p 型接触层 ; 保持温度不变, 在 p 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 n 型 AlGaN 电子阻挡层和过渡层 ; 在 n 型 AlGaN 过渡层上生长 n 型 GaN 层作为 n 型接触层。 0034 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。 说 明 书 CN 102856449 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 102856449 A 6 。