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1、(10)申请公布号 CN 104241473 A (43)申请公布日 2014.12.24 CN 104241473 A (21)申请号 201310248982.1 (22)申请日 2013.06.21 H01L 33/12(2010.01) H01L 33/00(2010.01) (71)申请人 晶能光电 ( 江西 ) 有限公司 地址 330096 江西省南昌市高新开发区艾溪 湖北路 699 号 (72)发明人 聂虎臣 叶明发 涂逵 (54) 发明名称 一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法 (57) 摘要 本发明公开了一种氮化镓基 LED 外延片的生 长方法， 该方法包括 ： 在蓝宝石衬。
2、底上生长掺 Al 的 GaN 缓冲层， 其中 Al 组分摩尔比小于 3% ； 在所 述掺 Al 的 GaN 缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构， 其中所述的铟镓铝氮多层结构包括 N 型 GaN 层， P 型 GaN 层以及位于 N 型层和 P 型层之间的多量子 阱发光层。本发明通过在衬底与外延层之间插入 掺 Al 的 GaN 缓冲层， 可改善 GaN 缓冲层的热膨胀 系数， 缓解蓝宝石衬底与 GaN 外延层的晶格失配 和热失配带给 GaN 外延层的应力， 使外延层生长 更平坦， 从而提高 LED 外延片的发光波长均匀性、 量子阱效率以及发光亮度的集中度等。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页。
3、 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 (10)申请公布号 CN 104241473 A CN 104241473 A 1/1 页 2 1. 一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法， 该方法包括 ： 在蓝宝石衬底上生长掺 Al 的 GaN 缓冲层 ； 在所述掺Al的GaN缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构， 其中所述铟镓铝氮多层结构包括 N 型 GaN 层， P 型 GaN 层以及位于 N 型层和 P 型层之间的多量子阱发光层 ； 其特征在于所述掺 Al 的 GaN 缓冲层中 Al 组分的摩尔比小于 3%。 2。
4、. 根据权利要求 1 所述的氮化镓基 LED 外延片的生长方法， 其特征在于所述掺 Al 的 GaN 缓冲层的厚度为 300-350。 3. 根据权利要求 1 所述的氮化镓基 LED 外延片的生长方法， 其特征在于所述掺 Al 的 GaN 缓冲层的生长温度在 550-650之间， 生长压力为 600mbar。 4. 一种使用氮化镓基 LED 外延片的生长方法制备的氮化镓基 LED 外延片， 其结构自下 而上依次为蓝宝石衬底、 掺 Al 的 GaN 缓冲层、 非掺杂氮化镓层、 N 型氮化镓层、 多量子阱层、 P 型铝镓氮层、 P 型氮化镓层、 高掺杂的 GaN 基电极接触层， 其特征在于所述掺 。
5、Al 的 GaN 缓 冲层中 Al 组分的摩尔比小于 3%。 权 利 要 求 书 CN 104241473 A 2 1/3 页 3 一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法 技术领域 0001 本发明属于半导体技术领域， 涉及一种 LED 外延片的生长方法， 特别是一种含有 GaN 缓冲层的 GaN 基 LED 外延片的生长方法。 背景技术 0002 GaN 基材料， 包括 InGaN、 GaN、 AlGaN、 AlInGaN 合金， 为直接带隙半导体， 且带隙从 1.86.2eV连续可调， 是生产高亮度蓝、 绿光和白光LED的首选材料， 产品广泛应用于大屏 幕彩色显示、 车辆及交通信号、 室内。
6、外装饰照明、 标示标牌指示、 太阳能路灯、 智能交通控制 和通用照明等工程以及手机、 电脑、 音响及家电产品的指示光源等。 0003 GaN 基材料绝大多生长在蓝宝石衬底上， 由于 GaN 基材料与蓝宝石衬底之间有 较大的晶格失配度， 约为 13.5%， 会在外延层中产生大量的位错与缺陷， 缺陷的密度高达 11010 11011/cm3。其次， 蓝宝石衬底和 GaN 之间较大的热膨胀系数差异导致较大的热 失配。蓝宝石的热膨胀系数为 7.510-6K-1， 而 GaN 的热膨胀系数为 5.5910-6K-1， 二者相 差很大， 造成高温生长后降温的过程中衬底和外延层之间产生较大的应力， 导致外延。
7、片的 翘曲、 龟裂等现象产生。 从而使得外延片的发光波长均匀度不高、 量子阱效率低及发光亮度 分散。 发明内容 0004 本发明所要解决的技术问题是 ： 提供一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法， 用来 降低现有技术中外延层与蓝宝石衬底之间的热失配与晶格失配问题。 0005 为了解决本发明的技术问题， 本发明提供一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法。 该方法包括在蓝宝石衬底上生长掺Al的GaN缓冲层， 其中掺入的Al组分摩尔比小于3%， 该 方法还包括在所述掺Al的GaN缓冲层上生长铟镓铝氮多层结构， 其中所述铟镓铝氮多层结 构包括 N 型 GaN 层， P 型 GaN 层以及位于 N 型。
8、层和 P 型层之间的多量子阱发光层。 0006 优选的， 所述掺 Al 的 GaN 缓冲层的厚度为 300-350。 0007 优选的， 所述掺 Al 的 GaN 缓冲层的生长温度在 550-650之间， 生长压力为 600mbar。 0008 本发明还提供一种氮化镓基 LED 外延片， 其结构自下而上依次为蓝宝石衬底、 掺 Al 的 GaN 缓冲层、 非掺杂氮化镓层、 N 型氮化镓层、 多量子阱层、 P 型铝镓氮层、 P 型氮化镓 层、 高掺杂的 GaN 基电极接触层， 其特征在于所述掺 Al 的 GaN 缓冲层中 Al 组分的摩尔比小 于 3%。 0009 本发明的有益效果 ： 相比现有技。
9、术， 本发明通过在衬底与外延层之间插入掺 Al 的 GaN 缓冲层， 其中掺入的 Al 组分摩尔比小于 3%。GaN 缓冲层的 Al 由于量很少， 一方面能维持原本的 GaN 缓冲层的一 些优良特性， 又能改善GaN缓冲层的热膨胀系数， 缓解蓝宝石衬底与GaN外延层的晶格失配 和热失配带给 GaN 外延层的应力， 使外延在衬底上生长过程中产生的应力大幅度降低， 使 说 明 书 CN 104241473 A 3 2/3 页 4 外延的生长更加平坦， 从而使生长得到的 LED 外延片的发光波长均匀性提高， 波长的标准 差降低。 附图说明 0010 图 1 为外延片主要结构示意图。 0011 100。
10、 ： 蓝宝石衬底 ； 101 ： 掺 Al 的 GaN 缓冲层 ； 102 ： 非掺杂氮化镓层 ； 103 ： N 型氮化镓 ； 104 ： 多量子阱层 ； 105 ： P 型铝镓氮 ； 106 ： P 型氮化镓 ； 107 ： 高掺杂的 GaN 基电极接触层。 具体实施方式 0012 本发明采用金属有机物化学气相沉积法 （MOCVD, Metalorganic Chemical Vapor deposition） 生长， 衬底选用 （0001） 晶向的蓝宝石， 金属有机源是三甲基镓 （TMGa） 、 三甲基 铟 （TMIn） 、 三乙基镓 （TEGa） 、 三甲基铝 （TMAl） ， 氮源为。
11、氨气 （NH3） ， N型掺杂剂为200ppm的H2 携载的硅烷 （SiH4） ， P 型掺杂剂为二茂镁 （Cp2Mg） 。 0013 实施例 1 提供一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法， 包括如下步骤 ： 将 （0001） 晶向的蓝宝石衬底放入 MOCVD 反应室中， 然后在 H2环境中升温至 1180， 稳定 10 分钟， 对衬底进行高温净化。降温至 550， 在 600mbar 下生长 30nm 厚的低温 Al0.01Ga0.99N 缓冲层。升温至 1150生长 2.5um 厚的非掺杂 GaN 层。在 1150生长 3um 厚 的 n 型 GaN 层。在 N2环境中生长 12 个周期。
12、的多量子阱层， GaN 垒层 ： 厚度为 13nm， 生长 温度为 850 ； InGaN 阱层 ： 厚度为 2nm， 生长温度为 760。升温至 1000生长 60nm 厚的 p-Al0.08Ga0.92N 层。在 980生长 160nm 厚的 p 型 GaN 层。在 980生长 25nm 厚的高掺杂 p 型 GaN 电极接触层。降温至室温， 生长结束。 0014 本实施例生长的GaN基LED外延片， 降低了外延层的位错密度， 线缺陷密度可降低 至 1X108/CM3以下， 晶圆上的芯片 （chip on wafer， 简称 COW） 亮度从 102mw 提高到 104mw， 2 英寸外延片。
13、的波长标准差从 1.5nm 下降到 1.2nm。 0015 实施例 2 提供一种氮化镓基 LED 外延片的生长方法， 包括如下步骤 ： 将 （0001） 晶向的蓝宝石衬底放入反应室中， 然后在 H2环境中升温至 1180， 稳定 10 分钟， 对衬底进行高温净化。降温至 550， 在 600mbar 下生长 10nm 厚的低温 Al0.02Ga0.98N 缓冲层。在 550下生长 20nm 厚的低温 GaN 缓冲层。升温至 1150生长 2.5um 厚的非掺 杂 GaN 层。在 1150生长 3um 厚的 n 型 GaN 层。在 N2环境中生长 12 个周期的多量子阱 层， GaN 垒层 ： 。
14、厚度为 13nm， 生长温度为 850； InGaN 阱层 ： 厚度为 2nm， 生长温度为 760。 升温至 1000生长 60nm 厚的 p-Al0.08Ga0.92N 层。在 980生长 160nm 厚的 p 型 GaN 层。在 说 明 书 CN 104241473 A 4 3/3 页 5 980生长 25nm 厚的高掺杂 p 型 GaN 电极接触层。降温至室温， 生长结束。 0016 本实施例生长的GaN基LED外延片， 降低了外延层的位错密度， 线缺陷密度可降低 至 1X108/CM3以下， COW 亮度从 102mw 提高到 105mw， 2 英寸外延片的波长标准差从 1.5nm 下 降到 1.1nm。 0017 以上所述， 仅为本发明中的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任 何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内， 可轻易想到的变换或替换都应涵盖在本 发明的保护范围之内。因此， 本发明的保护范围应该以权力要求书的保护范围为准。 说 明 书 CN 104241473 A 5 1/1 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104241473 A 6 。