一种发光二极管的外延片及制备方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管的外延片及制备方法，属于光电子制造技术领域。该外延片包括蓝宝石衬底、低温缓冲层、成核层、高温缓冲层、N型层、有源层和P型层，高温缓冲层为N型掺杂的氮化镓层，成核层包括层叠的多层N型AlxGa1‑xN层，通过将成核层设计为多层掺杂浓度逐层递增的N型AlxGa1‑xN层，高温缓冲层设计为掺杂浓度在成核层和N型层之间，有利于底层电流扩展，降低芯片正向电压，从而降低芯片的能耗。而且AlxGa1‑xN层可以有效缓解GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配，加上高温缓冲层的掺杂浓度在成核层和N型层之间，进一步提高成核层、高温缓冲层、N型层之间的晶格匹配度，改善外延片的翘曲度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子制造
，特别涉及一种发光二极管的外延片及制备方法。
技术介绍
LED(Light Emitting Diode，发光二极管)具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。LED的核心结构是外延片，GaN基外延片主要包括蓝宝石衬底、低温缓冲层、成核层、高温缓冲层、N型层、有源层和P型层。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：低温缓冲层、成核层、高温缓冲层均为非掺杂结构，当电流作用于LED芯片时，底层的电流扩展较差，导致芯片的正向电压较高，进而造成能耗和发热量较大，寿命较短。
技术实现思路
为了解决外延片的正向电压较高的问题，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延片及制备方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括依次层叠的蓝宝石衬底、低温缓冲层、成核层、高温缓冲层、N型层、有源层和P型层，所述高温缓冲层为N型掺杂的氮化镓层，所述成核层包括层叠的多层N型AlxGa1-xN层，其中，0≤X≤1，各层所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度不变，多层所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度沿所述外延片的层叠方向逐层递增，所述高温缓冲层的掺杂浓度大于或等于掺杂浓度最高的所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，且所述高温缓冲层的掺杂浓度小于或等于所述N型层的掺杂浓度。优选地，所述成核层还包括多层N型GaN层，所述N型GaN层与所述N型AlxGa1-xN层交替层叠。进一步地，所述N型GaN层与所述N型AlxGa1-xN层交替层叠的周期为3～10。可选地，所述高温缓冲层包括交替层叠的多层N型AlYGa1-YN层和多层N型GaN层，其中，X＜Y≤1。优选地，所述N型AlYGa1-YN层和所述N型GaN层交替层叠的周期为3～10。可选地，所述成核层的厚度大于或等于200nm。优选地，所述低温缓冲层的厚度为15～30nm。优选地，所述高温缓冲层的厚度为50～500nm。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上依次外延生长低温缓冲层、成核层、高温缓冲层、N型层、有源层和P型层，所述高温缓冲层为N型掺杂的氮化镓层，所述成核层包括层叠的多层N型AlxGa1-xN层，其中，0≤X≤1，各层所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度不变，多层所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度沿所述外延片的层叠方向逐层递增，所述高温缓冲层的掺杂浓度大于或等于掺杂浓度最高的所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，且所述高温缓冲层的掺杂浓度小于或等于所述N型层的掺杂浓度。进一步地，所述高温缓冲层包括交替层叠的多层N型AlYGa1-YN层和多层N型GaN层，其中，X＜Y≤1。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将成核层设计为多层掺杂浓度沿外延片的层叠方向逐层递增的N型AlxGa1-xN层，高温缓冲层设计为掺杂浓度在成核层和N型层之间，有利于底层的电流扩展，降低芯片的正向电压，从而可以降低芯片的能耗，延长芯片的使用寿命。而且AlxGa1-xN层可以有效缓解GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配，加上高温缓冲层的掺杂浓度在成核层和N型层之间，进一步提高成核层、高温缓冲层、N型层之间的晶格匹配度，减小对晶体质量的不良影响，改善外延片的翘曲度。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提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种成核层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的另一种成核层的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种高温缓冲层的结构示意图；图5是本专利技术实施例提供的一种外延片的制备方法流程图；图6是本专利技术实施例提供的另一种外延片的制备方法流程图。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。本专利技术实施例提供了一种发光二极管的外延片，图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图，如图1所示，该外延片包括依次层叠的蓝宝石衬底10、低温缓冲层20、成核层30、高温缓冲层40、N型层50、有源层60和P型层70，其中，高温缓冲层40为N型掺杂的氮化镓层，图2是本专利技术实施例提供的一种成核层的结构示意图，如图2所示，成核层30包括层叠的多层N型AlxGa1-xN层(如图2中的N型AlxGa1-xN层31、32、33、34)，其中，0≤X≤1，各层N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度不变，多层N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度沿外延片的层叠方向逐层递增，高温缓冲层40的掺杂浓度大于或等于掺杂浓度最高的N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，且高温缓冲层40的掺杂浓度小于或等于N型层50的掺杂浓度。本专利技术实施例通过将成核层设计为多层掺杂浓度沿外延片的层叠方向逐层递增的N型AlxGa1-xN层，高温缓冲层设计为掺杂浓度在成核层和N型层之间，有利于底层的电流扩展，降低芯片的正向电压，从而可以降低芯片的能耗，延长芯片的使用寿命。而且AlxGa1-xN层可以有效缓解GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配，加上高温缓冲层的掺杂浓度在成核层和N型层之间，进一步提高成核层、高温缓冲层、N型层之间的晶格匹配度，减小对晶体质量的不良影响，改善外延片的翘曲度。需要说明的是，虽然图2中显示的成核层30包括4层N型AlxGa1-xN层，在其他实施例中，N型AlxGa1-xN层的层数也可以大于或小于4，本专利技术并不以此为限。可选地，低温缓冲层20的厚度为15～30nm，缓冲层20过厚和过薄都会影响到外延片的晶格质量。图3是本专利技术实施例提供的另一种成核层的结构示意图，如图3所示，成核层30还可以包括多层N型GaN层(如图3中的N型GaN层35a、36a、37a、38a)，N型GaN层与N型AlxGa1-xN层(如图3中的N型AlxGa1-xN层35b、36b、37b、38b)交替层叠，多层N型GaN层的层数与多层N型AlxGa1-xN层的层数可以相同，通过设置交替的N型GaN层和N型AlxGa1-xN层，可以进一步降低外延片中的晶格失配度，提升晶体质量，释放晶格失配所产生的应力。可选地，成核层30的厚度大于或等于200nm，成核层30厚度太薄则无法有效降低外延片内的应力，从而使得外延片翘曲度较大，晶格失配度高，降低了外延片的晶格质量。优选地，成核层30中N型GaN层与N型AlxGa1-xN层交替层叠的周期数为3～10，周期数过小，则释放应力的效果十分有限，无法充分释放晶格失配所产生的应力，周期数过大，则会造成成核层30的总厚度增加，从而导致成核层30电阻增大，电压偏高。进一步地，成核层30的厚度为200nm～500nm，成核层30厚度过厚会造成电阻过大，从而导致电压偏高。需要说明的是，N型GaN层和N型AlxGa1-xN层各层的厚度与周期数无关。如果保持成核层30的总厚度不变，降低单层N型Alx本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管的外延片，所述外延片包括依次层叠的蓝宝石衬底、低温缓冲层、成核层、高温缓冲层、N型层、有源层和P型层，其特征在于，所述高温缓冲层为N型掺杂的氮化镓层，所述成核层包括层叠的多层N型AlxGa1‑xN层，其中，0≤X≤1，各层所述N型AlxGa1‑xN层的掺杂浓度不变，多层所述N型AlxGa1‑xN层的掺杂浓度沿所述外延片的层叠方向逐层递增，所述高温缓冲层的掺杂浓度大于或等于掺杂浓度最高的所述N型AlxGa1‑xN层的掺杂浓度，且所述高温缓冲层的掺杂浓度小于或等于所述N型层的掺杂浓度。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的外延片，所述外延片包括依次层叠的蓝宝石衬底、低温缓冲层、成核层、高温缓冲层、N型层、有源层和P型层，其特征在于，所述高温缓冲层为N型掺杂的氮化镓层，所述成核层包括层叠的多层N型AlxGa1-xN层，其中，0≤X≤1，各层所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度不变，多层所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度沿所述外延片的层叠方向逐层递增，所述高温缓冲层的掺杂浓度大于或等于掺杂浓度最高的所述N型AlxGa1-xN层的掺杂浓度，且所述高温缓冲层的掺杂浓度小于或等于所述N型层的掺杂浓度。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述成核层还包括多层N型GaN层，所述N型GaN层与所述N型AlxGa1-xN层交替层叠。3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述N型GaN层与所述N型AlxGa1-xN层交替层叠的周期为3～10。4.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述高温缓冲层包括交替层叠的多层N型AlYGa1-YN层和多层N型GaN层，其中，X＜Y≤1。5.根据权利要求4所述的外延片，其特征在于，所述N型AlYGa1-YN层和所述N型Ga...

【专利技术属性】
技术研发人员：代露，万林，胡加辉，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33