复合N型GaN层及制备方法、外延片及LED与流程

本发明涉及半导体，特别涉及一种复合n型gan层及制备方法、外延片及led。

背景技术：

1、氮化镓(gan)是一种宽禁带、直接带隙半导体材料，常温下gan的禁带宽度大约为3.4 ev。并且gan基材料带隙宽度可调，适合用来制备光电子器件。目前已广泛应用于半导体发光二极管(led)、半导体激光器以及光电探测器等光电器件中。gan基led以其体积小、寿命长、亮度高、能耗低等优点，得到了广泛应用，并且逐渐取代传统白炽灯、日光灯等成为主要的照明光源。

2、现有技术中，gan外延层沉积在异质衬底上，因晶格失配较大，gan外延层承受较大的晶格失配应力，位错密度较高，晶体质量较差，同时，gan外延层与衬底的热失配较大，在降温过程中使得外延层中存在巨大的压应力， 严重时甚至会在外延片中产生大量裂纹，最终导致led的发光效率低。

技术实现思路

1、基于此，本发明的目的是提供一种复合n型gan层及制备方法、外延片及led，旨在解决现有技术中的gan外延层承受较大的晶格失配应力，以及巨大的压应力， 最终导致led的发光效率低。

2、本发明实施例是这样实现的：

3、一方面，本发明提出一种复合n型gan层制备方法，所述方法包括：

4、通入生长所需的源及生长气氛；

5、周期性依次交替生长多孔alinn层、aln层、ingan层、n型gan层，分别形成周期性层叠的第一复合子层、第二复合子层、第三复合子层以及第四复合子层以得到复合n型gan层；

6、其中，所述第一复合子层经过高温氢气处理，所述第二复合子层、第三复合子层的生长温度均为800~1000℃。

7、进一步的，上述复合n型gan层制备方法，其中，所述氢气处理温度为1100℃~1200℃。

8、进一步的，上述复合n型gan层制备方法，其中，所述第一复合子层的生长温度为900℃~1100℃；

9、所述第四复合子层的生长温度为1000℃~1200℃。

10、进一步的，上述复合n型gan层制备方法，其中，所述复合n型gan层的生长压力为50torr ~300 torr。

11、进一步的，上述复合n型gan层制备方法，其中，所述第二复合子层和第四复合子层均掺杂有si，所述第二复合子层的si掺杂浓度为1e+17 atoms/cm3~1e+18 atoms/cm3，所述第四复合子层的si掺杂浓度为1e+19 atoms/cm3~1e+20 atoms/cm3。

12、另一方面，本发明提出一种复合n型gan层，采用上述的复合n型gan层制备方法制备得到，所述复合n型gan层包括周期性交替层叠的第一复合子层、第二复合子层、第三复合子层以及第四复合子层；

13、其中，所述第一复合子层为多孔alinn层、第二复合子层为aln层、第三复合子层为ingan层、第四复合子层为n型gan层。

14、进一步的，上述复合n型gan层，其中，所述第一复合子层的厚度为1nm ~50nm；

15、所述第二复合子层的厚度为1nm ~10 nm；

16、所述第三复合子层的厚度为0.5nm ~5 nm；

17、所述第四复合子层的厚度为10nm ~500 nm。

18、进一步的，上述复合n型gan层，其中，所述第一复合子层的al组分为0.5~0.9；

19、所述第三复合子层的in组分0.01~0.3。

20、再一方面，本发明提出一种外延片，包括上述的复合n型gan层，所述外延片还包括衬底、缓冲层、非掺杂gan层、多量子阱层、电子阻挡层以及p型gan层；

21、所述缓冲层、非掺杂gan层、复合n型gan层、多量子阱层、电子阻挡层以及p型gan层依次层叠在所述衬底上。

22、再一方面，本发明还提出一种led，包括上述的外延片。

23、与现有技术相比，本发明实施例具有以下有益效果：

24、沉积多孔alinn层诱导使得位错在多孔alinn层中汇集，再通过高温处理使其湮灭，同时，aln层的晶格常数小于gan，引入压应力，缓冲衬底上沉积外延层积累的张应力，并且aln层沉积温度较低可以释放gan外延层的积累的热应力，ingan层的晶格常数大于gan，引入张应力，降低多量子阱层的极化效应，并且ingan层沉积温度较低可以释放gan外延层积累的热应力，设置n型gan层，压应力会通过堆垛层错释放，线缺陷减少，最后，通过周期结构压应力及张应力交替变化，释放外延层应力，降低多量子阱层极化效应，最终提高外延片的发光效率。

技术特征：

1.一种复合n型gan层制备方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的复合n型gan层制备方法，其特征在于，所述氢气处理温度为1100℃~1200℃。

3.根据权利要求1所述的复合n型gan层制备方法，其特征在于，所述第一复合子层的生长温度为900℃~1100℃；

4.根据权利要求1所述的复合n型gan层制备方法，其特征在于，所述复合n型gan层的生长压力为50torr ~300 torr。

5.根据权利要求1所述的复合n型gan层制备方法，其特征在于，所述第二复合子层和第四复合子层均掺杂有si，所述第二复合子层的si掺杂浓度为1e+17 atoms/cm3~1e+18atoms/cm3，所述第四复合子层的si掺杂浓度为1e+19 atoms/cm3~1e+20 atoms/cm3。

6.一种复合n型gan层，其特征在于，采用权利要求1至5中任一项所述的复合n型gan层制备方法制备得到，所述复合n型gan层包括周期性交替层叠的第一复合子层、第二复合子层、第三复合子层以及第四复合子层；

7.根据权利要求6所述的复合n型gan层，其特征在于，所述第一复合子层的厚度为1nm~50nm；

8.根据权利要求6所述的复合n型gan层，其特征在于，所述第一复合子层的al组分为0.5~0.9；

9.一种外延片，其特征在于，包括权利要求6至8中任一项所述的复合n型gan层，所述外延片还包括衬底、缓冲层、非掺杂gan层、多量子阱层、电子阻挡层以及p型gan层；

10.一种led，其特征在于，包括根据权利要求9所述的外延片。

技术总结
本发明提供一种复合N型GaN层及制备方法、外延片及LED，该制备方法包括：周期性依次交替生长多孔AlInN层、AlN层、InGaN层、N型GaN层，分别形成周期性层叠的第一复合子层、第二复合子层、第三复合子层以及第四复合子层以得到复合N型GaN层；其中，所述第一复合子层经过高温氢气处理，所述第二复合子层、第三复合子层的生长温度均为800~1000℃。本发明解决了现有技术中由于GaN外延层沉积在异质衬底上，晶格失配较大，导致GaN外延层承受较大的晶格失配应力，位错密度较高，以及GaN外延层与衬底的热失配较大，在降温过程中使得外延层中存在巨大的压应力，最终导致LED的发光效率低的问题。

技术研发人员：程龙,郑文杰,高虹,刘春杨,胡加辉,金从龙
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/29