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GaN基发光二极管领域。发光二极管外延片包括：衬底、在所述衬底上顺次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，所述低温应力释放层为第一InGaN子层与第一GaN子层交替生长的周期性结构，所述第一InGaN子层的厚度为1～2nm，所述第一GaN子层的厚度为5～10nm，所述第一InGaN子层或所述第一GaN子层的数量为10～30。

【技术实现步骤摘要】
一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法
本专利技术涉及GaN基发光二极管领域，特别涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法。
技术介绍
GaN(氮化镓)基LED(LightEmittingDiode，发光二极管)一般包括外延片和在外延片上制备的电极。外延片通常包括：衬底、以及在衬底上生长的GaN基外延层，外延层包括顺次层叠的缓冲层、非掺杂GaN层、N型GaN层、低温应力释放层、MQW(MultipleQuantumWell，多量子阱)层、电子阻挡层、P型GaN层和接触层。当有电流注入GaN基LED时，N型GaN层等N型区的电子和P型GaN层等P型区的空穴进入MQW有源区并且复合，发出可见光。其中，低温应力释放层可以是低温生长的GaN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：当衬底为蓝宝石衬底时，GaN与蓝宝石衬底之间存在较大的晶格失配使外延层积累大量的应力，会有一部分应力在低温生长低温应力释放层时得到释放引发穿透位错形成V型坑(V-Pits)。V型坑中间的穿透位错中心将会成为载流子的泄露通道，进而捕获少部分的载流子形成非辐射复合中心，导致LED的发光效率下降。
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及其制备方法，能够实现应力释放的同时又能够有效阻挡载流子进入V型坑形成非辐射复合中心。所述技术方案如下：第一方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括：衬底、在所述衬底上顺次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，所述低温应力释放层为第一InGaN子层与第一GaN子层交替生长的周期性结构，所述第一InGaN子层的厚度为1～2nm，所述第一GaN子层的厚度为5～10nm，所述第一InGaN子层或所述第一GaN子层的数量为10～30。可选地，所述第一InGaN子层为InaGa1-aN层，0<a<0.5。可选地，所述低温应力释放层的厚度为100～120nm。可选地，所述浅阱层为第二InGaN子层与第二GaN子层交替生长的周期性结构，所述第二InGaN子层的厚度为1nm，所述第二GaN子层的厚度为10nm，所述第二InGaN子层或所述第二GaN子层的数量为5～10。可选地，所述多量子阱层包括第一复合层，所述第一复合层为第三InGaN子层与第三GaN子层交替生长的周期性结构，所述第三InGaN子层的厚度为2～4nm，所述第三GaN子层的厚度为8～20nm。可选地，所述多量子阱层还包括第二复合层，所述第二复合层位于所述第一复合层与所述电子阻挡层之间，所述第二复合层为第四InGaN子层与第四GaN子层交替生长的周期性结构，所述第四InGaN子层的厚度为2～4nm，所述第三GaN子层的厚度大于所述第四GaN子层的厚度，所述第三GaN子层的厚度与所述第四GaN子层的厚度的比值为1.2～1.7：1，所述第三InGaN子层与所述第三GaN子层的交替生长周期数量为n1，所述第四InGaN子层与所述第四GaN子层交替生长周期数量为n2，5<n1+n2<15，n1≥n2。可选地，所述第三InGaN子层为InxGa1-xN层，所述第四InGaN子层为InyGa1-yN层，x/y＝0.5～0.8，0<y<1。可选地，所述第三GaN子层和所述第四GaN子层均为Si掺杂GaN子层，所述第三GaN子层中的Si掺杂浓度小于所述第四GaN子层中的Si掺杂浓度，所述第三GaN子层中的Si掺杂浓度与所述第四GaN子层中的Si掺杂浓度的比值为1：1.05～1.3，所述第四GaN子层中的Si掺杂浓度为1016～1017cm-3。可选地，所述电子阻挡层包括顺次层叠在所述多量子阱层上的第一段、第二段和第三段，所述第一段、所述第二段和所述第三段均为AlGaN子层与第五InGaN子层交替生长的周期结构，所述第一段、所述第二段和所述第三段的厚度顺次增加，所述AlGaN子层为AlcGa1-cN子层，所述第五InGaN子层为IndGa1-dN子层，0.1<c<0.5，0.1<d<0.6。第二方面，提供了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：提供衬底；在所述衬底上顺次沉积缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，所述低温应力释放层为第一InGaN子层与第一GaN子层交替生长的周期性结构，所述第一InGaN子层的厚度为1～2nm，所述第一GaN子层的厚度为5～10nm，所述第一InGaN子层或所述第一GaN子层的数量为10～30。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过低温应力释放层在生长过程中释放外延层生长积累的应力，低温应力释放层的生长温度较低，第一GaN子层的表面原子迁移率较低，使其横向外延能力较差，容易引起穿透位错形成V型坑，而当低温应力释放层为第一InGaN子层与第一GaN子层交替生长的周期性结构时，将促进释放外延层生长积累的大量应力、以及V型坑在低温应力释放层中的形成，形成的V型坑的开口朝向多量子阱层且在随后的外延层生长中开口大小会逐渐变大；而当第一InGaN子层的厚度为1～2nm，第一GaN子层的厚度为5～10nm时，所述第一InGaN子层或所述第一GaN子层的数量为10～30时，低温应力释放层具有一定的厚度，能够保证V型坑在多量子阱层中的开口大小在一定范围，而当V型坑在多量子阱层中的开口大小在一定范围时，位于V型坑中心的穿透位错中心到V型坑边缘的扩散距离与V型坑的倾斜面上的量子阱势垒高度处于一个较为平衡的状态，使得实现应力释放的同时又能够有效阻挡载流子进入V型坑形成非辐射复合中心，采用该外延片制得的LED的内量子效率较佳，由此提高LED的发光效率。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V型坑的示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种GaN基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多量子阱层的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的GaN基发光二极管外延片的部分透射电镜扫描图；图5是本专利技术实施例提供的电子阻挡层的结构示意图；图6和图7是本专利技术实施例提供的一种GaN基发光二极管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。为便于理解本专利技术实施例提供的技术方案，首先介绍一下V型坑。V型坑在GaN基外延层的生长过程中，生长温度较低时形成。在低温时，比如750～850℃，GaN横向外延能力变弱，会引发穿透位错形成V型坑。一般地，低温应力释放层的生长温度在800℃左右，远远低于外延层底层(包括缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层)1000℃以上的生长温度。因此，低温应力释放层的引入将形成V型坑。V型坑的开口方向朝外延层的生长方向。随本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括：衬底、在所述衬底上顺次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，所述低温应力释放层为第一InGaN子层与第一GaN子层交替生长的周期性结构，所述第一InGaN子层的厚度为1～2nm，所述第一GaN子层的厚度为5～10nm，所述第一InGaN子层或所述第一GaN子层的数量为10～30。

【技术特征摘要】
1.一种GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括：衬底、在所述衬底上顺次沉积的缓冲层、非掺杂GaN层、N型掺杂GaN层、低温应力释放层、浅阱层、多量子阱层、电子阻挡层、P型GaN层、以及P型接触层，所述低温应力释放层为第一InGaN子层与第一GaN子层交替生长的周期性结构，所述第一InGaN子层的厚度为1～2nm，所述第一GaN子层的厚度为5～10nm，所述第一InGaN子层或所述第一GaN子层的数量为10～30。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一InGaN子层为InaGa1-aN层，0<a<0.5。3.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述低温应力释放层的厚度为100～120nm。4.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述浅阱层为第二InGaN子层与第二GaN子层交替生长的周期性结构，所述第二InGaN子层的厚度为1nm，所述第二GaN子层的厚度为10nm，所述第二InGaN子层或所述第二GaN子层的数量为5～10。5.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱层包括第一复合层，所述第一复合层为第三InGaN子层与第三GaN子层交替生长的周期性结构，所述第三InGaN子层的厚度为2～4nm，所述第三GaN子层的厚度为8～20nm。6.根据权利要求5所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱层还包括第二复合层，所述第二复合层位于所述第一复合层与所述电子阻挡层之间，所述第二复合层为第四InGaN子层与第四GaN子层交替生长的周期性结构，所述第四InGaN子层的厚度为2～4nm，所述第三GaN子层的厚度大于所述第四GaN子层的厚度，所述第三GaN子层的厚度与所述第四GaN子层的厚度的比值为1.2～1.7：1，所述第三InGaN子层与所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旺平，乔楠，吕蒙普，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42