本發(fā)明涉及半導(dǎo)體制備領(lǐng)域，具體為一種發(fā)光二極管外延層及其制備方法。

背景技術(shù)：

GaN基LED因具有壽命長、耐沖擊、抗震、高效節(jié)能等優(yōu)異特性而在圖像顯示、信號(hào)指示、照明以及基礎(chǔ)研究等方面有著極為廣泛的應(yīng)用前景，并已經(jīng)成為氮化鎵領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一?，F(xiàn)有技術(shù)中大部分都是在襯底上生長非故意摻雜氮化鎵緩沖層，待緩沖層表面平整后再繼續(xù)生長N型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化鎵層。而為了獲得平整的表面，往往非故意摻雜氮化鎵緩沖層及N型氮化鎵層的厚度較厚達(dá)到2.5～3.5μm左右，其極大的影響了發(fā)光二極管的生長效率。同時(shí)，現(xiàn)有技術(shù)中，P型氮化鎵層生長于發(fā)光層之上，故為了避免高溫條件對(duì)發(fā)光層的破壞，其P型氮化鎵層無法采用較高的生長溫度，從而導(dǎo)致P型氮化鎵層的晶體質(zhì)量較差，易出現(xiàn)電性異常問題。此外，在發(fā)光層生長結(jié)束后再生長P型氮化鎵層，也易使P型氮化鎵層中的雜質(zhì)，常用為Mg，經(jīng)由擴(kuò)散的方式進(jìn)入發(fā)光層中，一方面破壞發(fā)光層的晶體質(zhì)量，另一方面容易造成非輻射復(fù)合，影響發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管外延層的制備方法，先于襯底上利用高溫條件生長P型氮化鎵層，獲得優(yōu)良的晶體質(zhì)量，隨后生長發(fā)光層，N型氮化鎵層。其中N型氮化鎵層的生長溫度采用與發(fā)光層中的壘層溫度相同的低溫條件進(jìn)行生長，避免破壞發(fā)光層的質(zhì)量，影響發(fā)光效率。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：一種發(fā)光二極管外延層的制備方法，其特征在于，包括如下步驟：

提供一氮化鎵襯底；

于所述襯底表面高溫、低壓及低速生長P型氮化鎵層；其生長溫度為高于或等于1000℃，生長壓力小于或等于100 torr，生長速率小于或等于0.6μm/h；

于所述P型氮化鎵層表面生長應(yīng)力釋放層；

于所述應(yīng)力釋放層上生長發(fā)光層，所述發(fā)光層包括量子壘層和量子阱層，所述發(fā)光層的生長溫度小于或等于850℃；

于所述發(fā)光層表面低溫生長N型氮化鎵層，其生長溫度與所述量子壘層的生長溫度相同，為提高低溫生長的N型氮化鎵層晶體質(zhì)量，生長用鎵源采用三乙基鎵；

所述P型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、發(fā)光層和N型氮化鎵層組成發(fā)光二極管外延層。

優(yōu)選的，于所述P型氮化鎵層和應(yīng)力釋放層之間增加高溫退火處理步驟，具體為：停止所述P型氮化鎵層的生長，將腔室溫度穩(wěn)定于950℃以上，對(duì)所述P型氮化鎵層進(jìn)行高溫退火處理，活化所述P型氮化鎵層中摻雜雜質(zhì)。

優(yōu)選的，所述P型氮化鎵層的生長溫度為1000～1200℃。

優(yōu)選的，所述N型氮化鎵層的生長溫度與所述發(fā)光層的壘層生長溫度相同，為750～850℃。

優(yōu)選的，所述N型氮化鎵層的生長壓力為100～200 torr。

優(yōu)選的，所述P型氮化鎵層的退火溫度為950～1100℃，退火時(shí)間為1～5min。

優(yōu)選的，所述P型氮化鎵層的厚度小于或等于200埃。

優(yōu)選的，所述P型氮化鎵層的雜質(zhì)濃度范圍為5×10¹⁸cm^-3～1×10²¹cm^-3。優(yōu)選的，所述N型氮化鎵層的厚度為0.5～1.5μm。

優(yōu)選的，所述N型氮化鎵層的雜質(zhì)濃度范圍為1×10¹⁹cm^-3～5×10²⁰cm^-3。

優(yōu)選的，所述發(fā)光二極管的外延層厚度為2.5～3μm。

本發(fā)明還提供一種發(fā)光二極管外延層，由一氮化鎵襯底及依次位于所述襯底上的P型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、發(fā)光層和N型氮化鎵層組成。

本發(fā)明至少具有以下有益效果：

本發(fā)明提出一種發(fā)光二極管外延層的制備方法，直接于氮化鎵襯底上利用高溫、低壓低生長速率生長P型氮化鎵層，獲得優(yōu)良的晶體質(zhì)量，同時(shí)高溫條件生長P型氮化鎵層中P型雜質(zhì)的摻雜效率提升，其空穴濃度提升，有效增強(qiáng)發(fā)光效率。隨后生長發(fā)光層、N型氮化鎵層，其中N型氮化鎵層的生長溫度采用與發(fā)光層中的壘層溫度相同的低溫條件進(jìn)行生長，避免因高溫條件破壞發(fā)光層的質(zhì)量而影響發(fā)光效率，進(jìn)一步提升發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度。

此外，由于P型雜質(zhì)，尤其是Mg原子具有較強(qiáng)的側(cè)向成長能力，當(dāng)P型氮化鎵層生長于襯底上時(shí)無需生長較大厚度（例如無需生長非故意摻雜氮化鎵層）即可獲得較平的表面，從而減薄發(fā)光二極管的厚度，有利于其性能均勻性的控制，同時(shí)縮短制備時(shí)間，提升生產(chǎn)效率。

附圖說明

附圖用來提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實(shí)施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。此外，附圖數(shù)據(jù)是描述概要，不是按比例繪制。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例一之發(fā)光二極管外延層的制備方法流程圖。

圖2為本發(fā)明實(shí)施例之發(fā)光二極管外延層的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例二之發(fā)光二極管外延層的制備方法流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施方式，借此對(duì)本發(fā)明如何應(yīng)用技術(shù)手段來解決技術(shù)問題，并達(dá)成技術(shù)效果的實(shí)現(xiàn)過程能充分理解并據(jù)以實(shí)施。需要說明的是，只要不構(gòu)成沖突，本發(fā)明中的各個(gè)實(shí)施例以及各實(shí)施例中的各個(gè)特征可以相互結(jié)合，所形成的技術(shù)方案均在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

實(shí)施例1

參看圖1～2，對(duì)于本發(fā)明實(shí)施的二極管外延層制備方法，下面進(jìn)行詳細(xì)說明。

首先，提供氮化鎵襯底100，其中，氮化鎵襯底100為平片襯底100或者圖形化襯底100。

接著，將襯底100置入反應(yīng)腔室并對(duì)襯底100表面進(jìn)行清潔處理，調(diào)節(jié)腔室溫度為1000～1200℃，壓力為50～100 torr，采用速率小于或等于0.6μm/h的低速條件生長厚度小于或等于200埃的P型氮化鎵層200，本實(shí)施例優(yōu)選襯底100為平片襯底100，P型氮化鎵層200厚度為100～180埃；其中P型氮化鎵層200的摻雜雜質(zhì)優(yōu)選Mg原子，而由于Mg原子具有較強(qiáng)的側(cè)向成長能力，因此在氮化鎵平片襯底100表面僅需生長較薄的P型氮化鎵層（如本發(fā)明P型氮化鎵層厚度小于或等于200埃），即可獲得平整的上表面，而無需像現(xiàn)有技術(shù)中生長較厚的緩沖層（例如1～1.5μm）才能獲得所需的平整表面，以供后續(xù)外延層的生長，有效的縮短了生長時(shí)間，提升生產(chǎn)效率。此外，由于P型氮化鎵層200采用高溫條件生長，其晶體質(zhì)量相比于現(xiàn)有技術(shù)的低溫條件生長的晶體質(zhì)量優(yōu)良，同時(shí)，在高溫條件下Mg的活化效率增加，因此其雜質(zhì)的有效摻雜效率也得到提升，Mg雜質(zhì)濃度可達(dá)到5×10¹⁸cm^-3～1×10²¹cm^-3，在有效降低發(fā)光二極管電壓的前提下，減少了Mg源的通入量，從而避免了現(xiàn)有技術(shù)在生長過程中需通入大量的Mg源增加摻雜濃度的狀況，降低因腔室中Mg原子的殘留而破壞發(fā)光層晶體質(zhì)量的現(xiàn)象。

隨后，于P型氮化鎵層200表面生長應(yīng)力釋放層300和發(fā)光層400，其中，應(yīng)力釋放層300為AlxInyGaN/GaN超晶格結(jié)構(gòu)（0≤x＜1，0＜y＜1）材料層；發(fā)光層400為InGaN阱層和GaN壘層的超晶格結(jié)構(gòu)組成。

接著，于發(fā)光層400表面生長 N型氮化鎵層500，其生長溫度與發(fā)光層400的壘層生長溫度相同，為750～850℃，壓力為100～200 torr，避免了高溫條件對(duì)發(fā)光層400的破壞。同時(shí)本發(fā)明的N型氮化鎵層500的生長鎵源采用三乙基鎵，由于低溫條件下生長速率較慢，且利用三乙基鎵的分解特性，使得N型氮化鎵層具有良好的晶體質(zhì)量，其摻雜效率提升，在雜質(zhì)源通入量降低或與現(xiàn)有技術(shù)相同的條件下，其雜質(zhì)濃度仍可達(dá)到1×10¹⁹cm^-3～5×10²⁰cm^-3，有效降低了發(fā)光二極管的電壓。同時(shí)因晶體質(zhì)量優(yōu)良，則該層厚度相較于現(xiàn)有技術(shù)則偏薄，小于或等于1.5μm。同時(shí)，由于N型氮化鎵層采用低溫條件生長，抑制了前述P型氮化鎵層中Mg原子擴(kuò)散進(jìn)入發(fā)光層的現(xiàn)象，降低非輻射復(fù)合的概率，提升發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

利用本發(fā)明方法制備的發(fā)光二極管的外延層其厚度較現(xiàn)有技術(shù)明顯偏薄，為2.5～3μm。極大地節(jié)省了生長時(shí)間及源材料的消耗，提升生產(chǎn)效率及經(jīng)濟(jì)效益

實(shí)施例2

參看附圖2和3，本實(shí)施例與實(shí)施例1的區(qū)別在于，本實(shí)施例在P型氮化鎵層200和應(yīng)力釋放層300之間增加高溫退火處理步驟，具體為：停止P型氮化鎵層200的生長，將腔室溫度穩(wěn)定于950℃以上，對(duì)所述P型氮化鎵層進(jìn)行高溫退火處理，優(yōu)選退火溫度為950～1100℃，退火時(shí)間為1～5min，利用此高溫處理步驟活化P型氮化鎵層中摻雜雜質(zhì)，進(jìn)一步提高進(jìn)入發(fā)光層400的雜質(zhì)濃度，增強(qiáng)發(fā)光效率。

很明顯地，本發(fā)明的說明不應(yīng)理解為僅僅限制在上述實(shí)施例，而是包括利用本發(fā)明構(gòu)思的所有可能的實(shí)施方式。