[發明專利]一種藍寶石外延片結構及其制造方法

有效

• 申請號: 201110295120.5
• 申請日: 2011-09-28
• 公開（公告）號: CN103022294A
• 公開（公告）日: 2013-04-03
• 發明（設計）人: 吳明馳
• 申請（專利權）人: 比亞迪股份有限公司
• 主分類號: H01L33/12
• 分類號: H01L33/12;H01L33/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及半導體照明器件技術領域，具體涉及一種藍寶石外延片結構及其制造方法。

背景技術

LED照明作為第三代照明，具有功耗低、節能環保和壽命長等優點，而第三代半導體材料中的GaN基半導體材料，廣受人們的關注。三族氮化物（?III-V化合物）包括GaN、InN、AlN及三元和四元固溶體都是直接帶隙寬禁帶材料，其禁帶寬度從InN的0.7eV到AlN的6.28eV，GaN基半導體材料成為帶隙跨越最寬的材料系，在藍、綠、紫外波段的光電子器件方面獲得了廣泛應用。GaN晶體質量的好壞，直接影響其發光效率，因此生長高質量的GaN一直是人們研究的重點。

GaN同質襯底生長GaN外延層是最理想的襯底，但因為GaN熔點高（2800°C）和平衡蒸汽壓（4.5GPa）大，制備GaN體單晶極為困難，且GaN高昂的價格也制約了其的應用。目前常用的襯底是藍寶石（Al₂O₃），其缺點是與GaN晶格失配和熱失配大、不導電、熱導差。但其優點也顯著，化學穩定性和熱穩定性好，價格便宜，可批量生產。因此，基于藍寶石襯底生長高質量GaN外延層是研究熱點。

GaN的MOCVD（Metal-organic?Chemical?Vapor?Deposition，金屬有機化合物化學氣相沉淀）生長通常以TMGa（三甲基鎵）為III族源，以NH₃為氮源。在藍寶石襯底上從500°C到1100°C都可以生長。然而由于藍寶石和GaN兩者間晶格失配和化學性質的差異較大，直接在藍寶石襯底上生長GaN缺陷較多，嚴重影響晶體質量。

發明內容

本發明為解決現有技術中直接在藍寶石襯底上生長GaN產生的晶格失配的問題，從而提供了一種減少晶格失配、減少缺陷的一種藍寶石外延片結構及其制造方法。

為解決上述技術問題，本發明提供如下技術方案：

一種藍寶石外延片結構，包括：藍寶石襯底，設置于藍寶石襯底上的緩沖層，設置于緩沖層上的本征GaN層，設置于本征GaN層上的N型GaN層，設置于N型GaN層上的MQW發光層，設置于MQW發光層上的P型GaN層；其中，所述緩沖層包括：依次設置于藍寶石襯底上的摻Ge的InN層、摻Ge的GaN層、500～600°C溫度下形成的第一GaN層、1000～1100°C溫度下形成的第二GaN層。

一種藍寶石外延片的制造方法，包括以下步驟：提供藍寶石襯底；在藍寶石襯底上制作緩沖層，所述緩沖層的制作方法包括以下四步驟：在藍寶石表面生長摻Ge的InN層；升高溫度，在摻Ge的InN層表面生長摻Ge的GaN層；在500～600°C下于摻Ge的GaN層表面生長第一GaN層；然后，在1000～1100°C下于第一GaN層上生長第二GaN層；在第二GaN層上生長GaN本征層；在GaN本征層上沉積N型GaN層；在N型GaN層上制作MQW發光層；在MQW發光層上生長P型GaN層。

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：本發明提供的一種藍寶石外延片結構及其制造方法，在藍寶石襯底上制作緩沖層后再制作本征GaN層，并且緩沖層采用雙兩步外延生長法并且緩沖層的InN中摻雜少量的Ge，Ge擴散至InN間隙，能有效降低藍寶石與GaN間的晶格失配產生的應力，位錯得到有效的遏制，有效地阻斷大量缺陷延伸到N型GaN層甚至發光層，晶體質量顯著提高，多量子阱發光層內的非輻射復合發光減少，提高量子發光效率，發光強度更大。

附圖說明

圖1是本發明第一實施例藍寶石外延片結構示意圖。

圖2是本發明第二實施例藍寶石外延片結構示意圖。

圖3是本發明第三實施例藍寶石外延片結構示意圖。

圖4是本發明第四實施例藍寶石外延片結構示意圖。

圖5是本發明實施例藍寶石外延片制造方法流程圖。

圖6是本發明實施例GeH₄氣體流量示意圖。

具體實施方式

為了使本發明所解決的技術問題、技術方案及有益效果更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。