本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法。

背景技術(shù)：

半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱(chēng)LED)具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶(hù)外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。GaN基材料包括InGaN、GaN、AlGaN、AlInGaN合金，具有禁帶寬度大、電子漂移速度不易飽和、擊穿場(chǎng)強(qiáng)大、介電常數(shù)小、導(dǎo)熱性能好、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是LED的優(yōu)良材料。

GaN材料絕大多數(shù)生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上，GaN基材料與藍(lán)寶石襯底之間有較大的晶格失配度和較大的熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致GaN外延層內(nèi)產(chǎn)生高密度的缺陷。為了減少GaN外延材料的位錯(cuò)密度，會(huì)先對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行刻蝕，在藍(lán)寶石襯底上形成若干尺寸相同的凸塊，再在形成有凸塊的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)GaN材料。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：

GaN材料的生長(zhǎng)過(guò)程中，藍(lán)寶石襯底通過(guò)設(shè)置在其邊緣的載具懸在托盤(pán)的上方上，熱量從托盤(pán)傳遞到藍(lán)寶石襯底上。由于藍(lán)寶石襯底的邊緣經(jīng)過(guò)載具與托盤(pán)接觸，藍(lán)寶石襯底的中心經(jīng)過(guò)空氣與托盤(pán)接觸，因此藍(lán)寶石襯底的邊緣溫度會(huì)高于藍(lán)寶石襯底的中心溫度，造成LED的發(fā)光波長(zhǎng)不均勻，影響LED的良率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)LED的發(fā)光波長(zhǎng)不均勻的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在所述藍(lán)寶石襯底上的緩沖層、非摻雜GaN層、N型GaN層、應(yīng)力釋放層、發(fā)光層、P型電子阻擋層、P型GaN層，所述藍(lán)寶石襯底上設(shè)有若干凸起，所述藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與所述藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸不同。

可選地，所述凸起的尺寸包括所述凸起的底面寬度、所述凸起的高度、所述凸起的彎曲值，所述凸起的彎曲值為所述凸起的頂點(diǎn)和所述凸起的底面邊緣的連線(xiàn)與所述凸起的圓弧頂點(diǎn)的間距。

優(yōu)選地，所述凸起的底面寬度為2.6～2.9μm，所述凸起的高度為1.6～1.9μm，所述凸起的彎曲值為100～200nm。

可選地，所述藍(lán)寶石襯底的中心與所述藍(lán)寶石襯底的邊緣的長(zhǎng)度比為1:1～1:20。

優(yōu)選地，所述藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與所述藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸的差值比例為5％～50％。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制造方法，所述制造方法包括：

對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行刻蝕，在藍(lán)寶石襯底上形成若干凸起；

在形成有若干凸起的所述藍(lán)寶石襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、非摻雜GaN層、N型GaN層、應(yīng)力釋放層、發(fā)光層、P型電子阻擋層、P型GaN層；

所述藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與所述藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸不同。

可選地，所述凸起的尺寸包括所述凸起的底面寬度、所述凸起的高度、所述凸起的彎曲值，所述凸起的彎曲值為所述凸起的頂點(diǎn)和所述凸起的底面邊緣的連線(xiàn)與所述凸起的圓弧頂點(diǎn)的間距。

優(yōu)選地，所述凸起的底面寬度為2.6～2.9μm，所述凸起的高度為1.6～1.9μm，所述凸起的彎曲值為100～200nm。

可選地，所述藍(lán)寶石襯底的中心與所述藍(lán)寶石襯底的邊緣的長(zhǎng)度比為1:1～1:20。

可選地，所述藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與所述藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸的差值比例為5％～50％。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：

通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上設(shè)置若干凸起，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸不同，對(duì)藍(lán)寶石襯底的邊緣上生長(zhǎng)的GaN材料和藍(lán)寶石襯底的中心上生長(zhǎng)的GaN材料產(chǎn)生不同的作用力，影響壘晶的質(zhì)量和內(nèi)部應(yīng)力的釋放，可以緩解由于藍(lán)寶石襯底的邊緣溫度會(huì)高于藍(lán)寶石襯底的中心溫度而造成LED的發(fā)光波長(zhǎng)不均勻的情況，提高LED的良率。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的凸起的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管外延片的制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，參見(jiàn)圖1，該發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底1、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底1上的緩沖層2、非摻雜GaN層3、N型GaN層4、應(yīng)力釋放層5、發(fā)光層6、P型電子阻擋層7、P型GaN層8。

在本實(shí)施例中，如圖1所示，藍(lán)寶石襯底1上設(shè)有若干凸起，藍(lán)寶石襯底1的中心11設(shè)置的凸起10a的尺寸與藍(lán)寶石襯底1的邊緣12設(shè)置的凸起10b的尺寸不同。

優(yōu)選地，藍(lán)寶石襯底1的中心11設(shè)置的凸起10a的尺寸可以小于藍(lán)寶石襯底1的邊緣12設(shè)置的凸起10b的尺寸。

可選地，參見(jiàn)圖2，凸起的尺寸可以包括凸起的底面寬度D、凸起的高度H、凸起的彎曲值R，凸起的彎曲值為凸起的頂點(diǎn)和凸起的底面邊緣的連線(xiàn)與凸起的圓弧頂點(diǎn)的間距。

優(yōu)選地，凸起的底面寬度可以為2.6～2.9μm，凸起的高度可以為1.6～1.9μm，凸起的彎曲值可以為100～200nm。例如，藍(lán)寶石襯底1的中心11設(shè)置的凸起10a的底面寬度為2.7～2.75μm，高度為1.7～1.75μm，彎曲值為240nm；藍(lán)寶石襯底1的邊緣12設(shè)置的凸起10b的底面寬度為2.7～2.75μm，高度為1.65～1.7μm，彎曲值為200nm。

可選地，如圖1所示，藍(lán)寶石襯底1的中心11與藍(lán)寶石襯底1的邊緣12的長(zhǎng)度比可以為1:1～1:20。例如，藍(lán)寶石襯底1的中心11與藍(lán)寶石襯底1的邊緣12的長(zhǎng)度比為9:1。

可選地，藍(lán)寶石襯底1的中心11設(shè)置的凸起10a的尺寸與藍(lán)寶石襯底1的邊緣12設(shè)置的凸起10b的尺寸的差值比例可以為5％～50％。例如，藍(lán)寶石襯底1的中心11設(shè)置的凸起10a的彎曲值為240nm，藍(lán)寶石襯底1的邊緣12設(shè)置的凸起10b的彎曲值為200nm，差值比例為(240nm-200nm)/240nm≈17％。

在本實(shí)施例中，緩沖層2為GaN層，應(yīng)力釋放層5交替層疊的InGaN層和GaN層，發(fā)光層6包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子壘層，P型電子阻擋層7為P型AlGaN層。

本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上設(shè)置若干凸起，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸不同，對(duì)藍(lán)寶石襯底的邊緣上生長(zhǎng)的GaN材料和藍(lán)寶石襯底的中心上生長(zhǎng)的GaN材料產(chǎn)生不同的作用力，影響壘晶的質(zhì)量和內(nèi)部應(yīng)力的釋放，可以緩解由于藍(lán)寶石襯底的邊緣溫度會(huì)高于藍(lán)寶石襯底的中心溫度而造成LED的發(fā)光波長(zhǎng)不均勻的情況，提高LED的良率。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制造方法，適用于制造實(shí)施例一提供的發(fā)光二極管的外延片，參見(jiàn)圖3，該制造方法包括：

步驟201：對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行刻蝕，在藍(lán)寶石襯底上形成若干凸起。

在本實(shí)施例中，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸不同。

優(yōu)選地，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸可以小于藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸。

可選地，凸起的尺寸可以包括凸起的底面寬度、凸起的高度、凸起的彎曲值，凸起的彎曲值為凸起的頂點(diǎn)和凸起的底面邊緣的連線(xiàn)與凸起的圓弧頂點(diǎn)的間距。

優(yōu)選地，凸起的底面寬度可以為2.6～2.9μm，凸起的高度可以為1.6～1.9μm，凸起的彎曲值可以為100～200nm。例如，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的底面寬度為2.7～2.75μm，高度為1.7～1.75μm，彎曲值為240nm；藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的底面寬度為2.7～2.75μm，高度為1.65～1.7μm，彎曲值為200nm。

可選地，藍(lán)寶石襯底的中心與藍(lán)寶石襯底的邊緣的長(zhǎng)度比可以為1:1～1:20。例如，藍(lán)寶石襯底的中心與藍(lán)寶石襯底的邊緣的長(zhǎng)度比為9:1。

可選地，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸的差值比例可以為5％～50％。例如，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的彎曲值為240nm，藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的彎曲值為200nm，差值比例為(240nm-200nm)/240nm≈17％。

步驟202：將形成有若干凸起的藍(lán)寶石襯底在溫度為1050℃的純氫氣氣氛里進(jìn)行退火，并進(jìn)行氮化處理。

在本實(shí)施例中，以高純氫氣(H₂)或氮?dú)?N₂)作為載氣，以三甲基稼(TMGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，用硅烷(SiH4)、二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。

步驟203：將溫度控制為540℃，在形成有若干凸起的藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為25nm的緩沖層。

步驟204：停止通入TMGa，將溫度控制在1040℃，對(duì)緩沖層在原位進(jìn)行8分鐘的退火處理。

步驟205：在緩沖層上生長(zhǎng)厚度為1μm的非摻雜GaN層。

步驟206：在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)厚度為2μm的N型GaN層。

步驟207：將壓力控制在300torr，在N型GaN層上生長(zhǎng)應(yīng)力釋放層。

在本實(shí)施例中，應(yīng)力釋放層包括交替層疊的InGaN層和GaN層，InGaN層和GaN層的層數(shù)均為6層，InGaN層的厚度為2nm，GaN層的厚度為30nm。

步驟208：在應(yīng)力釋放層上生長(zhǎng)發(fā)光層。

在本實(shí)施例中，發(fā)光層包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子壘層，InGaN量子阱層和GaN量子壘層的層數(shù)均為8～12層，InGaN量子阱層的厚度為2.5nm，GaN量子壘層的厚度為15nm。

步驟209：在發(fā)光層上生長(zhǎng)厚度為80nm的P型電子阻擋層。

在本實(shí)施例中，P型電子阻擋層為P型AlGaN層。

步驟210：在P型電子阻擋層上生長(zhǎng)0.2μm的P型GaN層。

步驟211：在P型GaN層上生長(zhǎng)厚度為15nm的P型接觸層。

需要說(shuō)明的是，在外延生長(zhǎng)工藝結(jié)束后，將反應(yīng)腔的溫度降至800℃，在純氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火處理10min，然后降至室溫，結(jié)束外延生長(zhǎng)。經(jīng)過(guò)清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工工藝制程后，將LED外延片分割成LED芯片。

本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)在藍(lán)寶石襯底上設(shè)置若干凸起，藍(lán)寶石襯底的中心設(shè)置的凸起的尺寸與藍(lán)寶石襯底的邊緣設(shè)置的凸起的尺寸不同，對(duì)藍(lán)寶石襯底的邊緣上生長(zhǎng)的GaN材料和藍(lán)寶石襯底的中心上生長(zhǎng)的GaN材料產(chǎn)生不同的作用力，影響壘晶的質(zhì)量和內(nèi)部應(yīng)力的釋放，可以緩解由于藍(lán)寶石襯底的邊緣溫度會(huì)高于藍(lán)寶石襯底的中心溫度而造成LED的發(fā)光波長(zhǎng)不均勻的情況，提高LED的良率。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。