一种发光二极管的外延片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管的外延片及其制作方法，其中外延片包括：衬底、形成于所述衬底上的低温GaN缓冲层、形成于所述低温GaN缓冲层上的GaN非掺杂层、形成于所述GaN非掺杂层上的N型GaN层、形成于所述N型GaN层上的量子阱应力释放层、形成于所述量子阱应力释放层上的InxGa(1‑x)N/GaN有源层、形成于所述InxGa(1‑x)N/GaN有源层上的P型AlGaN层、形成于所述P型AlGaN层上的掺镁的P型GaN层；通过加入量子阱应力释放层，能有效改善量子阱的结晶质量，使量子阱的阱层和垒层界面更清晰、陡峭，提高量子阱对电子和空穴束缚作用，从而提高了LED芯片的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管的外延片及其制作方法
本专利技术涉及半导体
，尤其涉及一种发光二极管的外延片及其制作方法。
技术介绍
近年来，InGaN/GaN多量子阱(MQW)作为蓝绿光及近紫外范围发光二极管有源区的研究越来越广泛而深入。人们通过优化量子阱的生长温度、垒层的掺杂、阱和垒的厚度等改善了InGaN/GaN量子阱发光特性，由于优异的电化学性质，GaN基材料在微电子领域和光电子领域得到了广泛的应用。但随着社会发展的需求，人们对GaN基发光二极管的亮度要求越来越高。参考图1，现有的发光二极管的结构外延生长方法如下：步骤1、在1000-1300℃，反应腔压力维持在50-500torr的氢气气氛下高温处理蓝宝石衬底a，维持5-10分钟；步骤2、降温至550-650℃下，反应腔压力维持在100-500torr，在蓝宝石衬底1上生长厚度为10-40nm的低温GaN缓冲层b；步骤3、升高温度到1000-1200℃下，反应腔压力维持在100-500torr，持续生长2-4μm的GaN不掺杂层c；步骤4、温度控制在1000-1200℃，反应腔压力维持在100-500torr，持续生长2-4μm的N型GaN层d，其中Si掺杂浓度为5E+18-2E+19；步骤5、周期性生长10-15对InxGa(1-x)N/GaN有源层e。每个周期的生长步骤为：反应腔压力维持在200-400torr，温度控制在700-750℃，生长厚度为2.5-3.5nm的InxGa(1-x)N(x＝0.015-0.25)阱层，In掺杂浓度为1E+20-5E+20；然后升高温度至800-850℃，压力不变，生长厚度为8-12nm的GaN垒层；步骤6、再升高温度到900-1000℃，反应腔压力维持在100-500torr，持续生长20-60nm的P型AlGaN层f，Al掺杂浓度1E+20-3E+20，Mg掺杂浓度5E+18-1E+19。步骤7、再升高温度到930-950℃，反应腔压力维持在100-500torr，持续生长100-300nm的掺Mg的P型GaN层g，Mg掺杂浓度1E+19-1E+20。步骤8、最后降温至700-800℃，保温20-30min，接着炉内冷却。然而，利用上述方法制得的发光二极管外延片，量子阱的结晶质量低，即阱层对电子和空穴的束缚能力低。此外，会存在阱垒界面不清晰的现象，导致阱层对电子和空穴的束缚能力降低，阱层的In过多的扩散到垒层，影响量子阱的发光效率。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种发光二极管的外延片及其制作方法，解决了现有技术中量子阱的结晶质量低和阱垒界面不清晰的技术问题。一方面，本专利技术提供一种发光二极管外延片及其制作方法，包括：提供衬底；保持温度1000℃至1300℃之间、压力50torr至500torr之间，在氢气气氛下处理所述衬底5min至10min；降温到550℃至650℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述衬底上生长厚度为10nm至40nm的低温GaN缓冲层；升温到1000℃至1200℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述低温GaN缓冲层上持续生长厚度为2μm至4μm的GaN非掺杂层；保持温度1000℃至1200℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述GaN非掺杂层上持续生长厚度为2μm至4μm的N型GaN层；温度降低至700℃至900℃，压力100torr至500torr之间，在所述N型GaN层上生长厚度为100nm至600nm的量子阱应力释放层，所述量子阱应力释放层的结构为：nGaN单层，或者InGaN/nGaN超晶格，或者InGaN/AlGaN超晶格，或者InAlGaN/nGaN超晶格，或者nGaN单层、InGaN/nGaN超晶格、InGaN/AlGaN超晶格以及InAlGaN/nGaN超晶格的任意组合；其中nGaN的Si掺杂浓度为0-2E19，InGaN的In浓度为0-2E20，AlGaN的Al浓度为0-2E20，超晶格周期为0-200；在所述量子阱应力释放层上周期性生长10至15对InxGa(1-x)N/GaN有源层；升温到900℃至1000℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述InxGa(1-x)N/GaN有源层上持续生长厚度为20nm至60nm的P型AlGaN层；维持温度930℃至950℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述P型AlGaN层上生长厚度为100nm至300nm掺镁的P型GaN层；降温至700℃至800℃，保温20min至30min后进行冷却。进一步地，所述N型GaN层的Si的掺杂浓度为5E+18-2E+19。进一步地，在所述量子阱应力释放层上周期性生长的10至15对InxGa(1-x)N/GaN有源层，包括：每个周期内，保持温度700℃至750℃、压力200torr至400torr，生长厚度为2.5nm至3.5nm的InxGa(1-x)N(x＝0.015-0.25)阱层；升温至800℃至850℃、维持压力200torr至400torr，生长厚度为8nm至12nm的GaN垒层。进一步地，所述InxGa(1-x)N(x＝0.015-0.25)阱层的In掺杂浓度为1E+20-5E+20。进一步地，所述的P型AlGaN层的镁掺杂浓度为5E+18-1E+19，铝掺杂浓度为1E+20-3E+20。进一步地，所述P型GaN层的镁掺杂浓度为1E+19-1E+20。另一方面，本专利技术还提供一种发光二极管，包括：衬底；形成于所述衬底上的低温GaN缓冲层，所述低温GaN缓冲层的厚度为10nm至40nm；形成于所述低温GaN缓冲层上的GaN非掺杂层，所述GaN非掺杂层的厚度为2μm至4μm；形成于所述GaN非掺杂层上的N型GaN层，所述N型GaN层的厚度为2μm至4μm；形成于所述N型GaN层上的量子阱应力释放层，所述量子阱应力释放层的厚度为100nm至600nm，所述量子阱应力释放层的结构为：nGaN单层，或者InGaN/nGaN超晶格，或者InGaN/AlGaN超晶格，或者InAlGaN/nGaN超晶格，或者nGaN单层、InGaN/nGaN超晶格、InGaN/AlGaN超晶格以及InAlGaN/nGaN超晶格的任意组合；其中nGaN的Si掺杂浓度为0-2E19，InGaN的In浓度为0-2E20，AlGaN的Al浓度为0-2E20，超晶格周期为0-200；形成于所述量子阱应力释放层上的10至15对InxGa(1-x)N/GaN有源层；形成于所述InxGa(1-x)N/GaN有源层上的P型AlGaN层，所述P型AlGaN层的厚度为20nm至60nm；形成于所述P型AlGaN层上的掺镁的P型GaN层，所述P型GaN层的厚度为100nm至300nm。进一步地，所述衬底为蓝宝石衬底。进一步地，所述InxGa(1-x)N/GaN有源层包括厚度为2.5nm至3.5nm的InxGa(1-x)N(x＝0.015-0.25)阱层和厚度为8nm至12nm的GaN垒层。与现有技术相比，本专利技术提供的一种发光二极管的外延片及其制作方法，至少包括如下的有益效果：(1)通过在N型GaN层和InxGa(1-x)N/GaN有源层之间插入应力释放层改善本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底；保持温度1000℃至1300℃之间、压力50torr至500torr之间，在氢气气氛下处理所述衬底5min至10min；降温到550℃至650℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述衬底上生长厚度为10nm至40nm的低温GaN缓冲层；升温到1000℃至1200℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述低温GaN缓冲层上持续生长厚度为2μm至4μm的GaN非掺杂层；保持温度1000℃至1200℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述GaN非掺杂层上持续生长厚度为2μm至4μm的N型GaN层；温度降低至700℃至900℃，压力100torr至500torr之间，在所述N型GaN层上生长厚度为100nm至600nm的量子阱应力释放层，所述量子阱应力释放层的结构为：nGaN单层，或者InGaN/nGaN超晶格，或者InGaN/AlGaN超晶格，或者InAlGaN/nGaN超晶格，或者nGaN单层、InGaN/nGaN超晶格、InGaN/AlGaN超晶格以及InAlGaN/nGaN超晶格的任意组合；其中nGaN的Si掺杂浓度为0‑2E19，InGaN的In浓度为0‑2E20，AlGaN的Al浓度为0‑2E20，超晶格周期为0‑200；在所述量子阱应力释放层上周期性生长10至15对InxGa(1‑x)N/GaN有源层；升温到900℃至1000℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述InxGa(1‑x)N/GaN有源层上持续生长厚度为20nm至60nm的P型AlGaN层；维持温度930℃至950℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述P型AlGaN层上生长厚度为100nm至300nm掺镁的P型GaN层；降温至700℃至800℃，保温20min至30min后进行冷却。...

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，包括：提供衬底；保持温度1000℃至1300℃之间、压力50torr至500torr之间，在氢气气氛下处理所述衬底5min至10min；降温到550℃至650℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述衬底上生长厚度为10nm至40nm的低温GaN缓冲层；升温到1000℃至1200℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述低温GaN缓冲层上持续生长厚度为2μm至4μm的GaN非掺杂层；保持温度1000℃至1200℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述GaN非掺杂层上持续生长厚度为2μm至4μm的N型GaN层；温度降低至700℃至900℃，压力100torr至500torr之间，在所述N型GaN层上生长厚度为100nm至600nm的量子阱应力释放层，所述量子阱应力释放层的结构为：nGaN单层，或者InGaN/nGaN超晶格，或者InGaN/AlGaN超晶格，或者InAlGaN/nGaN超晶格，或者nGaN单层、InGaN/nGaN超晶格、InGaN/AlGaN超晶格以及InAlGaN/nGaN超晶格的任意组合；其中nGaN的Si掺杂浓度为0-2E19，InGaN的In浓度为0-2E20，AlGaN的Al浓度为0-2E20，超晶格周期为0-200；在所述量子阱应力释放层上周期性生长10至15对InxGa(1-x)N/GaN有源层；升温到900℃至1000℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述InxGa(1-x)N/GaN有源层上持续生长厚度为20nm至60nm的P型AlGaN层；维持温度930℃至950℃之间、压力100torr至500torr之间，在所述P型AlGaN层上生长厚度为100nm至300nm掺镁的P型GaN层；降温至700℃至800℃，保温20min至30min后进行冷却。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述N型GaN层的Si的掺杂浓度为5E+18-2E+19。3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，在所述量子阱应力释放层上周期性生长10至15对InxGa(1-x)N/GaN有源层，包括：每个周期内，保持温度700℃至750℃、压力200torr至400torr，生长厚度为2.5nm至3.5nm...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐平，
申请(专利权)人：湘能华磊光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南,43