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，属于光电子技术领域。该外延片包括依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、成核层、未掺杂GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，成核层包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1‑xN子层，由于AlxGa1‑xN与蓝宝石衬底、GaN的晶格匹配较好，AlxGa1‑xN层和SiN层交替层叠形成超晶格结构，GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配度降低，晶格缺陷减少，晶格质量提高。LED的可靠性和稳定性得以提升。而且可以避免应力的产生，改善外延片的翘曲度，提高发光效率和抗静电能力。另外，SiN层可以提供电子，有利于电流的扩展，降低外延片的正向电压，进一步提高发光效率。

LED epitaxial wafer and preparation method thereof

The invention discloses an epitaxial wafer of a light emitting diode and a preparation method thereof. The wafer includes sequentially stacked on a sapphire substrate buffer layer, core layer and undoped GaN layer, n layer, a multi quantum well layer and p layer, including nucleation layer alternately laminated SiN layer and AlxGa1 xN layer, because AlxGa1 xN and sapphire substrate, GaN lattice well, AlxGa1, xN layer and SiN layer are alternately stacked to form superlattice structure between GaN and sapphire substrate lattice mismatch is reduced, reducing the lattice defects, improve the quality of the lattice. LED reliability and stability can be improved. Moreover, the stress can be avoided, the warpage of the epitaxial wafer can be improved, and the luminous efficiency and the antistatic ability can be improved. In addition, the SiN layer can provide electrons, which is beneficial to the expansion of the current and the forward voltage of the epitaxial wafer, and further improves the luminous efficiency.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光电子
，特别涉及一种发光二极管的外延片及制备方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)作为光电子产业中极具影响力的新产品，具有体积小、使用寿命长、颜色丰富多彩、能耗低等特点，广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。芯片是LED的核心组件，它由外延片经过多道工序加工而成。通常外延片包括蓝宝石衬底和依次生长在蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、n型层、多量子阱层和p型层。蓝宝石的主要组分为Al2O3，Al2O3与GaN之间存在很大的晶格失配，虽然缓冲层可以起到一定的缓冲作用，减少Al2O3与GaN之间的晶格失配，但是外延片的生长过程中仍然会产生较多的晶格缺陷，导致外延片晶体质量较差，影响LED的可靠性和稳定性。
技术实现思路
为了解决GaN与蓝宝石衬底的晶格失配度较高导致外延片的生长过程中会产生较多的晶格缺陷的问题，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，所述外延片包括蓝宝石衬底和依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、成核层、未掺杂GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，所述成核层包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1-xN子层，其中0＜x＜1。优选地，0.1≤x≤0.3。进一步地，所述SiN子层的厚度为2～30nm，所述AlxGa1-xN子层的厚度为2～30nm。优选地，所述SiN子层和所述AlxGa1-xN子层的层数相同，且所述SiN子层的层数为10～80。优选地，所述成核层的厚度大于或等于200nm。另一方面，本专利技术实施例还提供了一种发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供一蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上外延生长缓冲层；在所述缓冲层上生长成核层；在所述成核层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长n型层；在所述n型层上生长多量子阱层；在所述多量子阱层上生长p型层，其中，所述成核层包括交替生长的SiN子层和AlxGa1-xN子层，其中0＜x＜1。进一步地，所述SiN子层的生长压力为300～900torr，所述AlxGa1-xN子层的生长压力为100～900torr。优选地，所述SiN子层和所述AlxGa1-xN子层的层数相同，且所述SiN子层的层数为10～80。可选地，所述在所述缓冲层上生长成核层，包括：在氢气气氛或氮氢混合气氛中生长所述成核层。可选地，所述在氢气气氛或氮氢混合气氛中生长所述成核层，包括：在氢气气氛中生长所述SiN子层，在氮氢混合气氛中生长所述AlxGa1-xN子层。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在缓冲层和未掺杂GaN层之间设置一层成核层，成核层包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1-xN子层，AlxGa1-xN与蓝宝石衬底、GaN的晶格匹配较好，AlxGa1-xN层和SiN层交替层叠形成超晶格结构，GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配度降低，晶格缺陷减少，晶格质量提高。LED的可靠性和稳定性得以提升。而且可以避免应力的产生，改善外延片的翘曲度，提高发光效率和抗静电能力。另外，SiN层可以提供电子，有利于电流的扩展，降低外延片的正向电压，进一步提高发光效率。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局部结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的一种多量子阱层的局部结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图；图5是本专利技术实施例提供的另一种发光二极管的外延片的制备方法的流程图。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。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在蓝宝石衬底10上的缓冲层20、成核层30、未掺杂GaN层40、n型层50、多量子阱层60和p型层70。图2是本专利技术实施例提供的一种成核层的局部结构示意图，如图2所示，成核层30包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1-xN子层，其中0＜x＜1。通过在缓冲层和未掺杂GaN层之间设置一层成核层，成核层包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1-xN子层，AlxGa1-xN与蓝宝石衬底、GaN的晶格匹配较好，AlxGa1-xN层和SiN层交替层叠形成超晶格结构，GaN和蓝宝石衬底之间的晶格失配度降低，晶格缺陷减少，晶格质量提高。LED的可靠性和稳定性得以提升。而且可以避免应力的产生，改善外延片的翘曲度，提高发光效率和抗静电能力。另外，SiN层可以提供电子，有利于电流的扩展，降低外延片的正向电压，进一步提高发光效率。优选地，0.1≤x≤0.3，例如x＝0.1，AlxGa1-xN子层32中，Al的组分过低会导致成核层电阻过大，使正向电压升高，Al的组分过高会降低晶格的质量。可选地，SiN子层的厚度可以为2～30nm，AlxGa1-xN子层的厚度可以为2～30nm。优选地，SiN子层31的厚度小于AlxGa1-xN子层32的厚度，有利于减小成核层30的总电阻，进一步降低正向电压。可选地，SiN子层31的厚度为6nm，AlxGa1-xN子层32的厚度为10nm。在本专利技术的另一种实现方式中，SiN子层31的厚度也可以等于AlxGa1-xN子层32的厚度，例如，SiN子层31的厚度和AlxGa1-xN子层32的厚度均为8nm。进一步地，成核层30的厚度大于或等于200nm，成核层30的厚度过薄则不能充分减少外延片中的晶格缺陷，同时会使得成核层30的方阻增大，不利于电流的横向扩展。可选地，SiN子层31和AlxGa1-xN子层32的层数相同，且SiN子层31的层数可以为10～80。优选地，SiN子层3的层数为40，SiN子层31和AlxGa1-xN子层32的层数过小无法有效降低外延片中的晶格缺陷，层数过大会使得生产过于复杂，增加制作成本。需要说明的是，图2中仅作为举例，示出了成核层中的部分结构，并不用以限制SiN子层和AlxGa1-xN子层交替的层数。此外，在生长SiN子层31时，控制流入反应腔的Si的流量为15毫升/分钟，流入反应腔的NH3的流量为30升/分钟。可选地，在生长SiN子层31时，可以控制流入反应腔的Si的流量为15～20毫升/分钟，提高Si的流量，可以提高生长出的SiN子层31中Si的组分，有利于降低成核层60的电阻，降低正向电压，但Si的组分过高也会导致晶格质量下降。图3是本专利技术实施例提供的一种多量子阱层的局部结构示意图，如图3所示，多量子阱层60包括多个交替的In0.2Ga0.8N阱层61和GaN垒层62。可选地，多量子阱层60的周期数为12～18，在本实施例中，多量子阱层60的周期数可以是15。进一步地，In0.2Ga0.8N阱层61的厚度可以为2nm，GaN垒层62的厚度可以为13.5nm。可选地，未掺本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述外延片包括蓝宝石衬底和依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、成核层、未掺杂GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，所述成核层包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1‑xN子层，其中0＜x＜1。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管的外延片，其特征在于，所述外延片包括蓝宝石衬底和依次层叠在所述蓝宝石衬底上的缓冲层、成核层、未掺杂GaN层、n型层、多量子阱层和p型层，所述成核层包括交替层叠的SiN子层和AlxGa1-xN子层，其中0＜x＜1。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，0.1≤x≤0.3。3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述SiN子层的厚度为2～30nm，所述AlxGa1-xN子层的厚度为2～30nm。4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述SiN子层和所述AlxGa1-xN子层的层数相同，且所述SiN子层的层数为10～80。5.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述成核层的厚度大于或等于200nm。6.一种发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一蓝宝石衬底；在所述蓝宝石衬底上外延生长缓冲层；在所述缓冲层上生长成核层；在所述成核...

【专利技术属性】
技术研发人员：吉亚莉，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