[发明专利]一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片。

背景技术

GaN基Ⅲ族氮化物是宽禁带化合物半导体材料，在发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)、激光器、功率器件、紫外光探测器等领域被大量研究和应用。

目前GaN基LED外延片采用图形化蓝宝石衬底(Patterned Sapphire Substrate，简称PSS)作为衬底材料，现有的基于PSS的GaN的生长方法为在PSS上依次生长低温缓冲层、三维GaN层、二维GaN层。其中，三维GaN层为呈三维岛状的GaN层，二维GaN层为呈平面状的GaN层。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

在二维GaN层的生长过程中，二维GaN层在填平三维GaN层中各个三维岛状的GaN之间的空隙之后，在PSS凹陷部分内沿着PSS凸出部分的侧壁生长，由于平面状的GaN与PSS之间存在较大的晶格失配，因此二维GaN层与PSS交界处会产生向上延伸的位错缺陷。又由于该位错缺陷的方向与LED中载流子的运动方向相同，因此会导致LED漏电、发光效率降低。

发明内容

为了解决现有技术二维GaN层与PSS交界处会产生向上延伸的位错缺陷而导致LED发光效率降低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：

在图形化蓝宝石衬底PSS上依次生长低温缓冲层、第一三维层；

在第一设定条件下，在所述第一三维层上生长第一二维层；

在第二设定条件下，在所述第一二维层上生长第二三维层；

在所述第二三维层上生长第二二维层；

其中，所述第一三维层和所述第二三维层为三维岛状的Ⅲ族氮化物层，所述第一二维层和所述第二二维层为平面状的Ⅲ族氮化物层；

其特征在于，所述第一设定条件和所述第二设定条件满足如下关系中的一种或多种：

所述第二设定条件中的生长温度比所述第一设定条件中的生长温度低50-200℃；

所述第二设定条件中的生长温度比所述第一设定条件中的生长温度低10-50℃，所述第二设定条件中的生长压力比所述第一设定条件中的生长压力高，且所述第二设定条件中的生长压力大于或等于200torr；

所述第二设定条件中的生长压力比所述第一设定条件中的生长压力高，且所述第二设定条件中的生长压力大于或等于300torr；

所述第二设定条件中的生长温度比所述第一设定条件中的生长温度低至少10℃，所述第二设定条件中的Ⅴ/Ⅲ比比所述第一设定条件中的Ⅴ/Ⅲ比低，且所述第二设定条件中的Ⅴ/Ⅲ比大于200。

在本发明一种可能的实现方式中，所述Ⅲ族氮化物层中的Ⅲ族氮化物为BN、AlN、GaN、InN、TlN中任一种，或者BN、AlN、GaN、InN、TlN中至少两种的二元或多元合晶。

在本发明另一种可能的实现方式中，所述第一三维层和所述第一二维层的总厚度小于所述PSS凸出部分与所述PSS凹陷部分之间的距离。

在本发明又一种可能的实现方式中，在所述在第二条件下，在所述第一二维层上生长第二三维层之前，所述生长方法还包括：

在第三设定条件下，在所述第一二维层上生长三维诱导层；

其中，所述第三设定条件与所述第一设定条件满足如下关系中的一种或多种：

所述第三设定条件中的生长温度比所述第一设定条件中的生长温度高至少10℃；

所述第三设定条件中的生长压力比所述第一设定条件中的生长压力高，且所述第三设定条件中的生长压力大于或等于500torr；

所述第三设定条件中的生长温度比所述第一设定条件中的生长温度低至少150℃。

在本发明又一种可能的实现方式中，所述生长方法还包括：

在所述第二二维层上进行至少一次所述第二三维层和所述第二二维层的生长；

其中，每次进行所述第二三维层和所述第二二维层的生长，包括：

在所述第二设定条件下，在所述第二二维层上再次生长所述第二三维层；

在再次生长的所述第二三维层上再次生长所述第二二维层。