[发明专利]氮化物LED外延层结构及制造方法

说明书

本发明提出一种氮化物LED外延层结构及制造方法，其特征在于，包括：在表面形成有凸状图形的蓝宝石衬底、在所述蓝宝石衬底上形成的下部uGaN层、在所述下部uGaN层上形成的凸丘状或凹凸状氮化镓晶体构成的应力释放层、在所述应力释放层上形成的氮化硅插入层、在所述氮化硅插入层上形成的上部uGaN层、以及在所述上部uGaN层上形成的氮化镓基外延层。其不仅解决了在蓝宝石衬底上生长氮化镓半导体层时产生位错缺陷问题，同时还解决了脱位缺陷和裂纹的产生的问题，可以最大限度地减少由贯穿电势引发缺陷的形象，从而形成高质量外延层，同时，通过增加uGaN层厚度，可以防止裂纹的发生。

技术领域

本发明属于LED外延片制造领域，尤其涉及一种氮化物LED外延层结构及制造方法。

背景技术

当正向电压施加在半导体发光元件（LED）上的情况下，p型半导体层的空穴与n型半导体层的电子相结合，发射出与带隙能量相对应波长的光。氮化镓基半导体(AlxInyGa1-x-yN;0≤x≤1,0≤y≤1,0≤x+y≤1)通过改变其外延层当中铝、铟和镓的组成比，发出不同波长的光，并作为这样的一种发光元件材料受到瞩目。

氮化镓基外延层通过高温沉积过程生长获得，在制造过程如湿法蚀刻过程中，通过酸性或碱性的化学药品暴露出来。因此具有高熔点(2050℃)以及优秀的耐化学性的六方晶系构造的带有类似氮化镓基外延层晶体学构造的蓝宝石衬底被用作氮化镓基外延层的生长基板。但是，由于蓝宝石衬底和氮化镓半导体层的晶格常数差异造成的晶格失配情况较为严重，且界面之间的晶格不一致导致产生位错(dislocation)。这样的位错向外延层的内部扩散，这是降低发光二极管发光效率的关键因素。

在现有技术中，为了减少以上所述的位错缺陷已经研究出了一种无掺杂氮化镓(uGaN)底层的形成方法。但是随着uGaN底层厚度的增加，由于热膨胀系数差异容易产生裂纹，并不能真正稳妥地解决氮化镓半导体层的脱位缺陷和裂纹的产生的问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足和难以解决的技术缺陷，本发明提供了一种主要针对氮化物底层（Nitride template）结构进行改进的氮化镓基外延层结构方案，其具体采用以下技术方案：

一种氮化物LED外延层结构，其特征在于，包括：在表面形成有凸状图形的蓝宝石衬底、在所述蓝宝石衬底上形成的下部uGaN层、在所述下部uGaN层上形成的凸丘状或凹凸状氮化镓晶体构成的应力释放层、在所述应力释放层上形成的氮化硅插入层、在所述氮化硅插入层上形成的上部uGaN层、以及在所述上部uGaN层上形成的氮化镓基外延层。

优选地，所述氮化硅插入层的厚度为1nm-1.5nm。

优选地，所述氮化硅插入层中具有纳米孔结构。

优选地，所述蓝宝石衬底和下部uGaN层之间设置有种晶层，所述种晶层为包含氮化铝的氮化物底层。

一种氮化物LED外延层结构的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将蓝宝石衬底图形化，表面形成多个凸状图形；

步骤2：在所述蓝宝石衬底上形成下部uGaN层；

步骤3：在所述下部uGaN层上形成凸丘状或凹凸状氮化镓晶体构成的应力释放层；

步骤4：在所述应力释放层上形成氮化硅插入层；

步骤5：在所述氮化硅插入层上形成上部uGaN层；

步骤6：在所述上部uGaN层上形成氮化镓基外延层。

优选地，在步骤3中，形成凸丘状或凹凸状氮化镓晶体构成的应力释放层的温度条件为：800℃到900℃。