一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体发光二极管领域。该方法包括：在衬底上依次生长缓冲层、n型GaN层、应力调控层、多量子阱层、p型GaN层、以及p型欧姆接触层，该应力调控层为多周期结构，生长多周期结构的每个周期包括：以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层，在应力调控InGaN子层生长结束后，在第二生长温度下向反应腔内通入氢气，对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理，第二生长温度与第一生长温度不同。本发明专利技术通过对应力调控InGaN子层进行上述处理，能在应力调控InGaN子层与应力调控GaN子层之间形成一个平整的接触面，防止缺陷继续延伸。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体发光二极管领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片制备方法及制备的外延片。
技术介绍
半导体发光二极管(Light-Emitting D1des，简称“LED”)具有诸多的优良特性而备受关注，如节能环保、可靠性高、使用寿命长等。近年来随着LED的广泛应用，增加LED的发光效率显得越来越重要。常规的GaN基LED外延片的结构包括:衬底和由缓冲层、N型氮化镓层、多量子阱层、以及P型氮化镓层构成的外延层。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题:由于衬底同外延层间存在着晶格失配和热膨胀系数差异，因而会导致LED的多量子阱层中存在较大的应力，这些应力会引发压电极化效应，产生极化电场，进而引起多量子阱层能带结构的剧烈扭曲，降低了 LED的内量子效率，进而降低LED的发光效率。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片制备方法及制备的外延片，可以解决由衬底同外延层间存在着晶格失配和热膨胀系数差异，而导致多量子阱层中存在较大的应力，进而引发压电极化效应，降低了 LED的发光效率的问题。所述技术方案如下:一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片制备方法，所述方法包括:在衬底上依次生长低温缓冲层、重结晶成核层、变速缓冲恢复层、u型GaN层、η型GaN层、应力调控层、多量子讲层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型欧姆接触层，所述多量子阱层的In掺杂量高于所述应力调控层的In掺杂量，所述应力调控层为多周期结构，生长所述多个周期结构的每个周期包括:以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层；在所述应力调控InGaN子层生长结束后，在第二生长温度下向反应腔内通入氢气，对所述应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理，所述第二生长温度与所述第一生长温度不问；在所述刻蚀处理结束后，以所述第一生长温度在所述应力调控InGaN子层上生长一层应力调控GaN子层。具体地，所述第二生长温度与所述第一生长温度之间差值不小于10°C。进一步地，所述第二生长温度的取值范围为800?1100°C。具体地，当对所述应力调控InGaN子层进行刻蚀处理时，在保障通入所述应力调控层的总气体流量不变的条件下，所述氢气的通入量的取值范围为2?25L。进一步地，所述应力调控GaN子层与所述应力调控InGaN子层的生长厚度的比值范围为2?50。另一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，所述外延片包括:衬底和依次覆盖在所述衬底上的低温缓冲层、重结晶成核层、变速缓冲恢复层、u型GaN层、η型GaN层、多量子阱层、低温P型GaN层、电子阻挡层、高温P型GaN层、以及P型欧姆接触层，所述外延片还包括:设于所述η型GaN层和所述多量子阱层之间的应力调控层，所述应力调控层为多周期结构，所述多周期结构的每个周期包括:以第一生长温度生长并在生长结束后进行刻蚀处理的应力调控InGaN子层和生长在所述应力调控InGaN子层上的应力调控GaN子层，所述刻蚀处理为在所述应力调控InGaN子层生长结束后，在第二生长温度下向反应腔内通入氢气，对所述应力调控InGaN子层的表面进行的刻蚀处理，所述第二生长温度与所述第一生长温度不同，所述应力调控层的In掺杂量低于所述多量子阱层的In掺杂量。具体地，所述应力调控层包括5?10个周期结构。具体地，所述应力调控InGaN子层的生长厚度的范围为0.5?8nm，所述应力调控GaN子层的生长厚度的范围为10?30nm。进一步地，所述应力调控GaN子层与所述应力调控InGaN子层的生长厚度的比值范围为2?50。进一步地，所述应力调控GaN子层为η型掺杂或者不掺杂。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是:通过在η型GaN层上生长一层应力调控层，该应力调控层为多周期结构，生长每个周期结构包括:以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层；在应力调控InGaN子层生长结束后，在第二生长温度下向反应腔内通入氢气，对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理，第二生长温度与第一生长温度不同；在刻蚀处理结束后，以第一生长温度在应力调控InGaN子层上生长一层应力调控GaN子层。其中，通过对应力调控InGaN子层进行通入氢气的刻蚀处理，能够刻蚀掉应力调控InGaN子层表面多余的In组分含量，进而减缓应力调控InGaN子层表面的In聚集，使得应力调控InGaN子层与应力调控GaN子层之间具有一个平整的接触界面，而该平整的接触界面能有效减缓晶格缺陷的继续延伸，进而提高多量子阱层的生长质量，达到提高LED外延片质量的目的；同时，将反应腔的温度调节到第二生长温度，通过对应力调控InGaN子层进行变温处理，可以调节应力调控InGaN子层中In的分解速度，进而一方面可以调控应力调控InGaN子层表面的In组分，缓解应力调控InGaN子层表面的In聚集，另一方面可以通过调节应力调控InGaN子层表面的In组分含量，来调节应力调控层的In含量，使得应力调控层能更有效释放应力，进而减少多量子阱层中的由压电极化效应产生的极化电场，进而减缓多量子阱层能带结构的扭曲，提升LED的内量子效率，达到提升LED发光效率的目的。【附图说明】为了更清楚地说明本专利技术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专利技术的一些实施例，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。图1是本专利技术实施例一提供的一种GaN基发光二极管外延片制备方法流程图；图2是本专利技术实施例二提供的一种GaN基发光二极管外延片制备方法流程图；图3是本专利技术实施例三提供的一种GaN基发光二极管外延片结构示意图；图4是本专利技术实施例三提供的一种多量子阱层结构示意图。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种GaN基发光二极管外延片制备方法，适用于制备发出蓝绿光的GaN基发光二极管外延片，参见图1，该方法包括:步骤S11，在衬底上依次生长低温缓冲层、重结晶成核层、变速缓冲恢复层、u型GaN层、以及η型GaN层。在本实施例中，采用蓝宝石衬底。步骤S12，在η型GaN层上生长一层应力调控层。具体地，该应力调控层为多周期结构，生长该多周期结构的每个周期包括:以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层；在应力调控InGaN子层生长结束后，在第二生长温度下向反应腔内通入氢气，对应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理，第二生长温度与第一生长温度不同；在刻蚀处理结束后，以第一生长温度在应力调控InGaN子层上生长一层应力调控GaN子层。需要说明的是，在生长应力调控InGaN子层时，由于In的原子系数与Ga和N的原子系数差异过大，使得In在并入GaN中时，容易在应力调控InGaN子层表面形成高In组分的团簇(即In聚集)，导致In组分空间分布不均匀，使得应力调控InGaN子层的表面形成晶格缺陷(如表面坑等)，进而使得晶格缺陷继续向上生长，从而降低了应力调控层释放应力的效果。在本实施例中，在应力调控InGaN子层生长结束后，向反应腔内通入氢气，改变了反应腔内的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种GaN基发光二极管外延片制备方法，其特征在于，所述方法包括：在衬底上依次生长低温缓冲层、重结晶成核层、变速缓冲恢复层、u型GaN层、n型GaN层、应力调控层、多量子阱层、低温p型GaN层、电子阻挡层、高温p型GaN层、以及p型欧姆接触层，所述多量子阱层的In掺杂量高于所述应力调控层的In掺杂量，所述应力调控层为多周期结构，生长所述多周期结构的每个周期包括：以第一生长温度生长一层应力调控InGaN子层；在所述应力调控InGaN子层生长结束后，在第二生长温度下向反应腔内通入氢气，对所述应力调控InGaN子层的表面进行刻蚀处理，所述第二生长温度与所述第一生长温度不同；在所述刻蚀处理结束后，以所述第一生长温度在所述应力调控InGaN子层上生长一层应力调控GaN子层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，郭炳磊，葛永晖，董彬忠，李鹏，王江波，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32