一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片的制作方法
【技术领域】
[0001]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】
[0002]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 EmittingD1de，简称LED)、激光器、功率器件、紫外光探测器等领域被大量研宄和应用。
[0003]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。
[0004]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:
[0005]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】
[0006]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:
[0007]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:
[0008]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；
[0009]在第一设定条件下，在所述第一三维层上生长第一二维层；
[0010]在第二设定条件下，在所述第一二维层上生长第二三维层；
[0011 ] 在所述第二三维层上生长第二二维层；
[0012]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；
[0013]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:
[0014]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°C ;
[0015]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°C，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 ；
[0016]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 ；
[0017]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°C，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200O
[0018]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、A1N、GaN, InN, TlN中任一种，或者BN、A1N、GaN、InN, TIN中至少两种的二元或多元合晶。
[0019]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。
[0020]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:
[0021]在第三设定条件下，在所述第一二维层上生长三维诱导层；
[0022]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:
[0023]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°C ;
[0024]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 ；
[0025]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。。。
[0026]在本发明又一种可能的实现方式中，所述生长方法还包括:
[0027]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；
[0028]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:
[0029]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；
[0030]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。
[0031]可选地，每次进行所述第二三维层和所述第二二维层的生长之前的所述第一三维层、所述第一二维层、所述第二三维层和所述第二二维层的总厚度，小于所述PSS凸出部分与所述PSS凹陷部分之间的距离。
[0032]可选地，在所述每次进行所述第二三维层和所述第二二维层的生长之前，所述生长方法还包括:
[0033]在第三设定条件下，在所述第二二维层上生长三维诱导层；
[0034]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:
[0035]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°C ;
[0036]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 ；
[0037]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。。。
[0038]另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括蓝宝石衬底PSS、以及依次层叠在所述PSS上的低温缓冲层、第一三维层和第一二维层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括依次层叠在所述第一二维层上的第二三维层和第二二维层，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，所述第一二维层的生长条件和所述第二三维层的生长条件满足如下关系中的一种或多种:
[0039]所述第二三维层的生长条件中的生长温度比所述第一二维层的生长条件中的生长温度低50-200 °C ；
[0040]所述第二三维层的生长条件中的生长温度比所述第一二维层的生长条件中的生长温度低10-50°C，所述第二三维层的生长条件中的生长压力比所述第一二维层的生长条件中的生长压力高，且所述第二三维层的生长条件中的生长压力大于或等于200torr ;
[0041]所述第二三维层的生长条件中的生长压力比所述第一二维层的生长条件中的生长压力高，且所述第二三维层的生长条件中的生长压力大于或等于300tOrr ;
[0042]所述第二三维层的生长条件中的生长温度比所述第一二维层的生长条件中的生长温度低至少10°C，所述第二三维层的生长条件中的V /III比比所述第一二维层的生长条件中的V /III比低，且所述第二三维层的生长条件中的V /III比大于200。
[0043]在本发明一种可能的实现方式中，所述发光二极管外延片还包括依次层叠在所述第二二维层上的至少一层所述第二三维层和所述第二二维层。
[0044]在本发明另一种可能的实现方式中，所述发光二极管外延片还包括至少一层三维诱导层，所述三维诱导层层叠在所述第一二维层和所述第二三维层之间，或者所述第二二维层和层叠在所述第二二维层上的所述第二三维层之间。
[0045]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0046]通过在第一二维层上再次生长第二三维层和第二二维层，由于三维层为三维岛状的III族氮化物层，III族氮化物层与PSS交界处产生的缺陷方向从垂直向上变为倾斜向上，相邻两个倾斜向上的缺陷会合后产生煙灭，降低了外延层的缺陷密度，提高了外延片的晶体质量、光电性能、以及LED的发光效率。而且再次生长第二三维层和第二二维层，将使外延片再一次实现横向生长，进一步提高了外延片的晶体质量、光电性能、以及发光效率。
【附图说明】
[0047]为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0048]图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
[0049]图2是本发明实施例一提供的PSS凸出部分的示意图；
[0050]图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
[0051]图4是本发明实施例二提供的GaN生长的原位反射率曲线；
[0052]图5是本发明实施例三提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
[0053]图6是本发明实施例三提供的GaN生长的原位反射率曲线；
[0054]图7是本发明实施例四提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
[0055]图8是本发明实施例四提供的GaN生长的原位反射率曲线；
[0056]图9是本发明实施例五提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0057]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
[0058]实施例一
[0059]本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，参见图1，该生长方法包括:
[0060]步骤101:在PSS上生长低温缓冲层。
[0061]步骤102:在低温缓冲层上生长第一三维层。
[0062]步骤103:在第一设定条件下，在第一三维层上生长第一二维层。
[0063]需要说明的是，在步骤103的执行过程中，外延片会出现明显的横向生