一種發(fā)光二極管外延片的生長方法及發(fā)光二極管外延片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片的生長方法及發(fā)光二極管外延片。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN基III族氮化物是寬禁帶化合物半導(dǎo)體材料，在發(fā)光二極管(Light EmittingD1de，簡稱LED)、激光器、功率器件、紫外光探測器等領(lǐng)域被大量研宄和應(yīng)用。
[0003]目前GaN基LED外延片采用圖形化藍(lán)寶石襯底(Patterned Sapphire Substrate，簡稱PSS)作為襯底材料，現(xiàn)有的基于PSS的GaN的生長方法為在PSS上依次生長低溫緩沖層、三維GaN層、二維GaN層。其中，三維GaN層為呈三維島狀的GaN層，二維GaN層為呈平面狀的GaN層。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]在二維GaN層的生長過程中，二維GaN層在填平三維GaN層中各個(gè)三維島狀的GaN之間的空隙之后，在PSS凹陷部分內(nèi)沿著PSS凸出部分的側(cè)壁生長，由于平面狀的GaN與PSS之間存在較大的晶格失配，因此二維GaN層與PSS交界處會(huì)產(chǎn)生向上延伸的位錯(cuò)缺陷。又由于該位錯(cuò)缺陷的方向與LED中載流子的運(yùn)動(dòng)方向相同，因此會(huì)導(dǎo)致LED漏電、發(fā)光效率降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)二維GaN層與PSS交界處會(huì)產(chǎn)生向上延伸的位錯(cuò)缺陷而導(dǎo)致LED發(fā)光效率降低的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法及發(fā)光二極管外延片。所述技術(shù)方案如下:
[0007]一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，所述生長方法包括:
[0008]在圖形化藍(lán)寶石襯底PSS上依次生長低溫緩沖層、第一三維層；
[0009]在第一設(shè)定條件下，在所述第一三維層上生長第一二維層；
[0010]在第二設(shè)定條件下，在所述第一二維層上生長第二三維層；
[0011 ] 在所述第二三維層上生長第二二維層；
[0012]其中，所述第一三維層和所述第二三維層為三維島狀的III族氮化物層，所述第一二維層和所述第二二維層為平面狀的III族氮化物層；
[0013]其特征在于，所述第一設(shè)定條件和所述第二設(shè)定條件滿足如下關(guān)系中的一種或多種:
[0014]所述第二設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度低50-200°C ;
[0015]所述第二設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度低10_50°C，所述第二設(shè)定條件中的生長壓力比所述第一設(shè)定條件中的生長壓力高，且所述第二設(shè)定條件中的生長壓力大于或等于200torr ；
[0016]所述第二設(shè)定條件中的生長壓力比所述第一設(shè)定條件中的生長壓力高，且所述第二設(shè)定條件中的生長壓力大于或等于300torr ；
[0017]所述第二設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度低至少10°C，所述第二設(shè)定條件中的V /III比比所述第一設(shè)定條件中的V /III比低，且所述第二設(shè)定條件中的V /III比大于200O
[0018]在本發(fā)明一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述III族氮化物層中的III族氮化物為BN、A1N、GaN, InN, TlN中任一種，或者BN、A1N、GaN、InN, TIN中至少兩種的二元或多元合晶。
[0019]在本發(fā)明另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述第一三維層和所述第一二維層的總厚度小于所述PSS凸出部分與所述PSS凹陷部分之間的距離。
[0020]在本發(fā)明又一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，在所述在第二條件下，在所述第一二維層上生長第二三維層之前，所述生長方法還包括:
[0021]在第三設(shè)定條件下，在所述第一二維層上生長三維誘導(dǎo)層；
[0022]其中，所述第三設(shè)定條件與所述第一設(shè)定條件滿足如下關(guān)系中的一種或多種:
[0023]所述第三設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度高至少10°C ;
[0024]所述第三設(shè)定條件中的生長壓力比所述第一設(shè)定條件中的生長壓力高，且所述第三設(shè)定條件中的生長壓力大于或等于500torr ；
[0025]所述第三設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度低至少150。。。
[0026]在本發(fā)明又一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述生長方法還包括:
[0027]在所述第二二維層上進(jìn)行至少一次所述第二三維層和所述第二二維層的生長；
[0028]其中，每次進(jìn)行所述第二三維層和所述第二二維層的生長，包括:
[0029]在所述第二設(shè)定條件下，在所述第二二維層上再次生長所述第二三維層；
[0030]在再次生長的所述第二三維層上再次生長所述第二二維層。
[0031]可選地，每次進(jìn)行所述第二三維層和所述第二二維層的生長之前的所述第一三維層、所述第一二維層、所述第二三維層和所述第二二維層的總厚度，小于所述PSS凸出部分與所述PSS凹陷部分之間的距離。
[0032]可選地，在所述每次進(jìn)行所述第二三維層和所述第二二維層的生長之前，所述生長方法還包括:
[0033]在第三設(shè)定條件下，在所述第二二維層上生長三維誘導(dǎo)層；
[0034]其中，所述第三設(shè)定條件與所述第一設(shè)定條件滿足如下關(guān)系中的一種或多種:
[0035]所述第三設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度高至少10°C ;
[0036]所述第三設(shè)定條件中的生長壓力比所述第一設(shè)定條件中的生長壓力高，且所述第三設(shè)定條件中的生長壓力大于或等于500torr ；
[0037]所述第三設(shè)定條件中的生長溫度比所述第一設(shè)定條件中的生長溫度低至少150。。。
[0038]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，所述發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底PSS、以及依次層疊在所述PSS上的低溫緩沖層、第一三維層和第一二維層，其特征在于，所述發(fā)光二極管外延片還包括依次層疊在所述第一二維層上的第二三維層和第二二維層，其中，所述第一三維層和所述第二三維層為三維島狀的III族氮化物層，所述第一二維層和所述第二二維層為平面狀的III族氮化物層，所述第一二維層的生長條件和所述第二三維層的生長條件滿足如下關(guān)系中的一種或多種:
[0039]所述第二三維層的生長條件中的生長溫度比所述第一二維層的生長條件中的生長溫度低50-200 °C ；
[0040]所述第二三維層的生長條件中的生長溫度比所述第一二維層的生長條件中的生長溫度低10-50°C，所述第二三維層的生長條件中的生長壓力比所述第一二維層的生長條件中的生長壓力高，且所述第二三維層的生長條件中的生長壓力大于或等于200torr ;
[0041]所述第二三維層的生長條件中的生長壓力比所述第一二維層的生長條件中的生長壓力高，且所述第二三維層的生長條件中的生長壓力大于或等于300tOrr ;
[0042]所述第二三維層的生長條件中的生長溫度比所述第一二維層的生長條件中的生長溫度低至少10°C，所述第二三維層的生長條件中的V /III比比所述第一二維層的生長條件中的V /III比低，且所述第二三維層的生長條件中的V /III比大于200。
[0043]在本發(fā)明一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述發(fā)光二極管外延片還包括依次層疊在所述第二二維層上的至少一層所述第二三維層和所述第二二維層。
[0044]在本發(fā)明另一種可能的實(shí)現(xiàn)方式中，所述發(fā)光二極管外延片還包括至少一層三維誘導(dǎo)層，所述三維誘導(dǎo)層層疊在所述第一二維層和所述第二三維層之間，或者所述第二二維層和層疊在所述第二二維層上的所述第二三維層之間。
[0045]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0046]通過在第一二維層上再次生長第二三維層和第二二維層，由于三維層為三維島狀的III族氮化物層，III族氮化物層與PSS交界處產(chǎn)生的缺陷方向從垂直向上變?yōu)閮A斜向上，相鄰兩個(gè)傾斜向上的缺陷會(huì)合后產(chǎn)生煙滅，降低了外延層的缺陷密度，提高了外延片的晶體質(zhì)量、光電性能、以及LED的發(fā)光效率。而且再次生長第二三維層和第二二維層，將使外延片再一次實(shí)現(xiàn)橫向生長，進(jìn)一步提高了外延片的晶體質(zhì)量、光電性能、以及發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0047]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，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。
[0048]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖；
[0049]圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的PSS凸出部分的示意圖；
[0050]圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖；
[0051]圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的GaN生長的原位反射率曲線；
[0052]圖5是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖；
[0053]圖6是本發(fā)明實(shí)施例三提供的GaN生長的原位反射率曲線；
[0054]圖7是本發(fā)明實(shí)施例四提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖；
[0055]圖8是本發(fā)明實(shí)施例四提供的GaN生長的原位反射率曲線；
[0056]圖9是本發(fā)明實(shí)施例五提供的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0057]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)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0058]實(shí)施例一
[0059]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，參見圖1，該生長方法包括:
[0060]步驟101:在PSS上生長低溫緩沖層。
[0061]步驟102:在低溫緩沖層上生長第一三維層。
[0062]步驟103:在第一設(shè)定條件下，在第一三維層上生長第一二維層。
[0063]需要說明的是，在步驟103的執(zhí)行過程中，外延片會(huì)出現(xiàn)明顯的橫向生