一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片，属于半导体技术领域。所述制备方法包括：提供一衬底，并将所述衬底放入反应腔内；在所述衬底上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的多个周期结构，每个所述周期结构包括量子阱和在所述量子阱上生长的量子垒；向所述反应腔内通入氢气，对所述有源层的表面进行处理；在所述有源层上生长P型半导体层。本发明专利技术通过在有源层生长之后，采用氢气对有源层的表面进行处理，可以有效改变V型凹面所在位置的电场分布，减小对载流子的束缚作用，有利于空穴注入有源层中，降低发光二极管的工作电压，提升整个发光二极管的光效。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等优良特性，使氮化镓(GaN)基LED受到越来越多的关注和研究。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。有源层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置。量子垒用于将电子和空穴限制在量子阱内，量子阱用于进行电子和空穴的复合发光，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，衬底用于为外延材料提供生长表面。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：量子阱的材料通常选择氮化铟镓，量子垒的材料通常选择氮化镓。量子阱中铟组分含量的多少与电子和空穴在量子阱中的复合发光密切相关。为了保证电子和空穴在量子阱中的复合发光，量子阱中铟组分的含量需要在一定的范围内。考虑到铟会在高温下解析，量子阱一般采用较低的生长温度生长，同时量子垒的生长温度也不高，以免较高的生长温度影响量子阱中铟组分的含量。但是晶体质量的好坏与生长温度的高低相关，量子阱的生长温度较低，造成量子阱的生长质量较差，容易产生缺陷。加上量子垒与量子阱为异质材料，量子垒和量子阱的晶格差异也会产生缺陷。产生的导致量子阱的表面出现较多的V型凹面(英文：pits或trench)。由于量子垒的生长温度也不高，原子的自由程不足以将V型凹面填平，因此量子垒的表面仍然存在V型凹面。V型凹面所在位置的极化和应力比较强，改变原子、分子和键团的电场，导致对载流子的束缚作用较强，发光二极管的工作电压提高。另外，注入有源层的电子数量远多于空穴数量。为了避免电子跃迁到P型半导体层中导致LED漏电，一般会在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层。电子阻挡层的材料通常采用氮化铝镓，电子阻挡层中的铝元素使得晶体在斜面上的长速大于在平面上的长速，会进一步加大V型凹面，严重影响空穴注入有源层，降低发光二极管的光效。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法及发光二极管外延片，能够解决现有技术量子垒的表面出现V型凹面提高发光二极管的工作电压、降低发光二极管的光效的问题。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外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底，并将所述衬底放入反应腔内；在所述衬底上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的多个周期结构，每个所述周期结构包括量子阱和在所述量子阱上生长的量子垒；向所述反应腔内通入氢气，对所述有源层的表面进行处理；在所述有源层上生长P型半导体层。可选地，每个所述周期结构的生长过程包括：生长量子阱；在所述量子阱上生长量子垒；向所述反应腔内通入氢气，对所述量子垒的表面进行处理。可选地，通入氢气的时长为2min～10min。优选地，通入氢气的总量为100L～300L。更优选地，通入氢气的流量为30L/min～300L/min。可选地，通入氢气时所述反应腔内的温度低于生长量子垒时所述反应腔内的温度。优选地，通入氢气时所述反应腔内的温度为700℃～900℃。可选地，通入氢气时所述反应腔内的压力等于生长量子垒时所述反应腔内的压力。优选地，通入氢气时所述反应腔内的压力为100torr～500torr。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述有源层的表面为经过氢气处理的表面。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在有源层生长之后，采用氢气对有源层的表面进行处理，可以有效改变V型凹面所在位置的电场分布，减小对载流子的束缚作用，有利于空穴注入有源层中，降低发光二极管的工作电压，提升整个发光二极管的光效。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外延片的制备方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图。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。本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法。图1为本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的制备方法的流程图。参见图1，该制备方法包括：步骤101：提供一衬底，并将衬底放入反应腔内。具体地，衬底的材料可以采用蓝宝石(主要材料为三氧化二铝)，如晶向为[0001]的蓝宝石。具体地，该步骤101可以包括：控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，在氢气气氛中对衬底进行6分钟～10分钟(优选为8分钟)的退火处理；对衬底进行氮化处理。采用上述步骤对衬底的表面进行清洗，避免杂质掺入外延片中，影响整体的晶体质量，降低LED的发光效率。步骤102：在衬底上生长N型半导体层。具体地，N型半导体层的材料可以采用N型掺杂(如硅)的氮化镓(GaN)。进一步地，N型半导体层的厚度可以为1μm～5μm，优选为3μm；N型半导体层中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018cm-3～1019cm-3，优选为5*1018cm-3。具体地，该步骤102可以包括：控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在衬底上生长N型半导体层。可选地，在步骤102之前，该制备方法还可以包括：在衬底上生长缓冲层。利用缓冲层缓解衬底材料与氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，并为氮化镓材料外延生长提供成核中心。相应地，N型半导体层生长在缓冲层上。具体地，缓冲层的材料可以采用氮化镓(GaN)。进一步地，缓冲层的厚度可以为15nm～35nm，优选为25nm。具体地，在衬底上生长缓冲层，可以包括：控制温度为400℃～600℃(优选为500℃)，压力为400torr～600torr(优选为500torr)，在衬底上生长缓冲层；控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为400Torr～600Torr(优选为500torr)，持续时间为5分钟～10分钟(优选为8分钟)，对缓冲层进行原位退火处理。优选地，在衬底上生长缓冲层之后，该制备方法还可以包括：在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。利用进一步缓解衬底材料与氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，为外延片主体结构提供晶体质量较好的生长表面。相应地，N型半导体层生长在未掺杂氮化镓层上。在具体实现时，缓冲层为首先在图形化衬底上低温生长的一层较薄的氮化镓，因此也称为低温缓冲层。再在低温缓冲层进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一衬底，并将所述衬底放入反应腔内；在所述衬底上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的多个周期结构，每个所述周期结构包括量子阱和在所述量子阱上生长的量子垒；向所述反应腔内通入氢气，对所述有源层的表面进行处理；在所述有源层上生长P型半导体层。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：提供一衬底，并将所述衬底放入反应腔内；在所述衬底上生长N型半导体层；在所述N型半导体层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的多个周期结构，每个所述周期结构包括量子阱和在所述量子阱上生长的量子垒；向所述反应腔内通入氢气，对所述有源层的表面进行处理；在所述有源层上生长P型半导体层。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每个所述周期结构的生长过程包括：生长量子阱；在所述量子阱上生长量子垒；向所述反应腔内通入氢气，对所述量子垒的表面进行处理。3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，通入氢气的时长为2min～10min。4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，通入氢气的总量为100L～300L。5.根据权利要求4所述的制备...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炳磊，王群，葛永晖，吕蒙普，李鹏，
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