一种氮化物半导体的制备方法
【专利摘要】本发明提出了一种氮化物半导体的制备方法，通过在PVD法AlN薄膜层与CVD法氮化镓系列层之间沉积一CVD法AlxInyGa1-x-yN材料层，利用该材料层可减小AlN薄膜层与氮化镓系列层之间的应力作用，改善发光二极管的整体质量，从而最终改善发光效率。
【专利说明】一种氮化物半导体的制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及发光二极管制备【技术领域】，特别涉及一种氮化物半导体的制备方法。
【背景技术】
[0002] 物理气相沉积（Physical Vapor Deposition, PVD)技术是指在真空条件下，采用 物理方法，将材料源--固体或液体表面气化成气态原子、分子或部分电离成离子，并通过 低压气体(或等离子体）过程，在基体表面沉积具有某种特殊功能的薄膜的技术。物理气相 沉积方法主要包括：真空蒸镀、溅射镀膜、电弧等离子体镀、离子镀膜，及分子束外延等；其 不仅可以沉积金属膜、合金膜、还可以沉积化合物、陶瓷、半导体、聚合物膜等；该技术工艺 过程简单，对环境污染小，原材料消耗少，且成膜均匀致密，与基板的结合力强。
[0003] 鉴于PVD法的以上优势，在发光二极管（Light-emitting diode, LED)研究快速 发展的情况下，该法也被广泛应用与发光二极管的制备中。美国专利文献US2013/ 0285065 揭示了利用PVD法形成的A1N薄膜层表面平整，其粗糙度小于lnm ;晶格质量较优，其002半 峰宽小于200 ;后在此薄膜层上利用化学气相沉积法（CVD法)再沉积η型层、发光层和p型 层等氮化物层。而在实际制备中，后续利用化学气相沉积法沉积的晶体层与前述PVD法的 生长腔室环境差异加大，且材料组成为GaN系，其与Α1Ν薄膜层的晶格失配较大，因而造成 PVD法A1N薄膜层与CVD法氮化物层之间存在较大应力，从而易导致发光二极管质量变差， 发光效率降低。
【发明内容】
[0004] 针对上述问题，本发明提出了一种氮化物半导体的制备方法，通过在PVD法A1N薄 膜层与CVD法氮化物层之间沉积一 CVD法AlxInyGai_x_yN材料层，利用该材料层可减小A1N 薄膜层与氮化物层之间的应力作用，改善发光二极管的整体质量，从而最终改善发光效率。
[0005] 本发明解决上述问题的技术方案为：一种氮化物半导体的制备方法，包括以下步 骤： 步骤一：提供一衬底，利用物理气相沉积法（PVD法）在所述衬底上沉积一 A1N层，形成 第一缓冲层； 步骤二：在所述A1N层上利用化学气相沉积法（CVD)沉积一 AlxInyGai_x_yN (0〈x< 1， 〇 < y < 1)层，形成第二缓冲层；所述第二缓冲层与所述第一缓冲层组合构成底层； 步骤三：在所述氮化物底层上利用CVD法沉积η型氮化镓层、发光层和p型氮化镓系 层；该CVD法形成的AlxInyGai_x_ yN材料组成的第二缓冲层与所述Α1Ν材料组成的第一缓冲 层均为含铝材料层，故其材料系数相近，晶格失配较小；且因第二缓冲层的沉积方式与第三 步骤沉积层的沉积方式相同，可优选金属有机化学气相沉积（M0CVD)法，因而可减小步骤一 与步骤三之间的材料应力，从而改善底层的晶格层质量，改善整体外延结构质量。
[0006] 优选的，所述形成的第一缓冲层的厚度范围为5埃?350埃。
[0007] 优选的，所述形成的第二缓冲层的厚度范围为5埃?1500埃。
[0008] 优选的，所述形成的第二缓冲层的生长温度范围为400?1150°C。
[0009] 优选的，所述步骤三形成的η型氮化镓层为η型掺杂氮化镓层或无掺杂氮化镓层 与η型氮化镓层之组合层。
[0010] 优选的，所述形成的底层为无掺杂或掺杂有η型或ρ型杂质。
[0011] 优选的，所述η型杂质为硅或锡的其中一种。
[0012] 优选的，所述ρ型杂质为锌、镁、钙、钡的其中一种。
[0013] 优选的，所述η型或ρ型杂质的浓度范围为1017~102°/cm 3。
[0014] 优选的，所述第一缓冲层在PVD腔室中沉积形成；所述第二缓冲层在M0CVD腔室中 沉积形成。
[0015] 本发明至少具有以下有益效果：本发明方法中，该M0CVD法形成的AlxIn yGai_x_yN材 料组成的第二缓冲层与所述A1N材料组成的第一缓冲层晶格失配小，且其沉积腔室环境与 所述第三步骤沉积层生长环境一致，因而可减小步骤一与步骤三之间的材料应力，改善整 体外延结构质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0016] 附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实 施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。此外，附图数据是描述概要，不是按 比例绘制。
[0017] 图1~2为本发明之实施例的发光二极管结构示意图。
[0018] 图3为本发明之一种氮化物半导体的制备方法流程图。
[0019] 图中：1.衬底；2.底层；21.第一缓冲层；22.第二缓冲层；3. η型氮化镓层； 31.无掺杂氮化镓层；32. η型掺杂氮化镓层；4.发光层；5. ρ型氮化镓系层。
【具体实施方式】
[0020] 下面结合附图和实施例对本发明的【具体实施方式】进行详细说明。
[0021] 实施例1 请参看附图1~3, 一种氮化物半导体的制备方法，包括以下步骤： 步骤一：提供衬底1，衬底可为蓝宝石衬底或硅衬底，也可以是图形化衬底，将其置于 物理气相沉积腔室中，利用物理气相沉积法（PVD法）在衬底1上沉积厚度为5埃?350埃 的Α1Ν层，形成第一缓冲层21 ; 步骤二：将沉积有第一缓冲层21的衬底置于化学气相沉积（CVD)腔室中，利用CVD法 沉积一厚度范围为5埃?1500埃AlxInyGai_x_ yN (0〈χ彡1，0彡y彡1)层，调节Α1组分，使 其晶格常数介于A1N层与氮化镓系列层之间，形成第二缓冲层22,生长温度范围为400? 1150°C ;第二缓冲层22与所述第一缓冲层21组合形成底层2 ; 步骤三：继续在步骤二的CVD腔室中，调节温度、气流等生长参数，在底层2上利用CVD 法沉积η型氮化镓层3、发光层4和ρ型氮化镓系层5。其中，η型氮化镓层3依次为无掺 杂氮化镓层31和η型掺杂氮化镓层32组合层；此外η型氮化镓层3亦可直接为η型掺杂 氮化镓层32 (如图2所示)。
[0022] 在本实施例中，利用PVD法沉积第一缓冲层后，如直接进行步骤三在CVD腔室中 沉积η型氮化镓层3、发光层4和p型氮化物层5时，由于PVD腔室沉积环境与CVD腔室沉 积环境差异较大，其沉积的薄膜晶体状态有较大差异，且A1N层材料与后续氮化物层材料 晶格系数有较大差异，从而易造成底层2与后续氮化镓系列层3之间存在一定应力，进而 影响发光二极管的整体质量和性能。而当插入Al xInyGai_x_yN材料的第二缓冲层22时，因 AlxInyGai_x_yN材料与A1N及氮化镓系层之间材料晶格系数差异缩小，晶格匹配度增加，且该 层与后续层均在CVD腔室中沉积，沉积方式差异较小，因此可减小η型氮化镓层3及后续层 与Α1Ν层之间的应力，改善整体晶体质量。
[0023] 实施例2 本实施例与实施例1的区别在于：底层2中包含的第一缓冲层和第二缓冲层可掺杂有 η型杂质，优选硅杂质，掺杂浓度为1017~102°/cm3左右。
[0024] 实施例3 本实施例与实施例1的区别在于：底层2中包含的第一缓冲层和第二缓冲层可掺杂有 P型杂质，优选镁杂质，掺杂浓度为l〇17~l〇2°/cm3左右。
[0025] 应当理解的是，上述具体实施方案为本发明的优选实施例，本发明的范围不限于 该实施例，凡依本发明所做的任何变更，皆属本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 一种氮化物半导体的制备方法，包括以下步骤： 步骤一：提供一衬底，利用物理气相沉积法（PVD法）在所述衬底上沉积一 A1N层，形成 第一缓冲层； 步骤二：在所述A1N层上利用化学气相沉积法（CVD)沉积一 AlxInyGai_x_yN (0〈x < 1， 〇 < y < 1)层，形成第二缓冲层；所述第二缓冲层与所述第一缓冲层组合构成底层； 步骤三：在所述底层上利用化学气相沉积法沉积η型氮化镓层、发光层和p型氮化镓 层。
2. 根据权利要求1所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述第二步骤与第 三步骤沉积方式相同，均为金属有机化学气相沉积（MOCVD)法。
3. 根据权利要求1所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述形成的第一缓 冲层的厚度范围为5埃?350埃。
4. 根据权利要求1所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述形成的第二缓 冲层的厚度范围为5埃?1500埃。
5. 根据权利要求1所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述第二缓冲层的 生长温度范围为400?1150°C。
6. 根据权利要求1所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述步骤三中形成 的η型氮化镓层为η型掺杂氮化镓层或无掺杂氮化镓层与η型氮化镓层之组合层。
7. 根据权利要求1所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述形成的底层为 无掺杂或掺杂有η型或ρ型杂质。
8. 根据权利要求7所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述η型杂质为硅 或锡。
9. 根据权利要求7所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述ρ型杂质为锌 或镁或钙或钡的其中一种。
10. 根据权利要求7所述的氮化物半导体的制备方法，其特征在于：所述η型或ρ型杂 质的浓度范围为l〇17~l〇 2°/cm3。
【文档编号】H01L33/32GK104103720SQ201410354965
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】谢翔麟, 徐志波, 李政鸿, 林兓兓, 卓昌正, 张家宏 申请人:安徽三安光电有限公司