发光二极管芯片以及其制备方法技术

本申请提供一种发光二极管芯片以及其制备方法。缓冲层远离衬底的表面设置有多个三维岛状结构。第二无掺杂氮化镓子层设置于多个三维岛状结构表面，将多个三维岛状结构覆盖。第二无掺杂氮化镓子层为二维层状结构。此时，通过多个三维岛状结构和第二无掺杂氮化镓子层可以形成三维/二维交替的结构。从而，非辐射缺陷会在三维岛状结构到二维层状结构交替的界面处发生方向转向，进而使得部分缺陷转向合并湮灭。并且，通过无掺杂氮化镓层包括多个子氮化镓层，可以实现多层次的三维/二维交替结构，使得大部分非辐射缺进行方向转向，并合并湮灭，进而很大程度的减少了底层缺陷，获得高晶体质量外延片，提高了芯片的发光效率。

LED chip and its preparation method

【技术实现步骤摘要】
发光二极管芯片以及其制备方法
本申请涉及半导体
，特别是涉及一种发光二极管芯片以及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(Light-EmittingDiode，LED)是一种能发光的半导体电子元件。因具有体积小、能耗低、寿命长、驱动电压低等优点而倍受欢迎，广泛用于指示灯、显示屏等领域。外延片的晶体质量是影响芯片亮度的重点所在，因此，改善晶体质量，提高芯片的发光效率，是目前制备高亮度、高光效LED器件的关键。传统的GaN基外延片生长方法为使用化学气相沉积的方法在衬底层依次生长Buffer-缓冲层、无掺杂的uGaN层、N型nGaN层、多量子阱发光层和P型pGaN层。传统的发光二极管芯片结构由于衬底基板和外延层(GaN)的晶格失配和热失配导致存在大量的非辐射缺陷。非辐射缺陷一直延伸到发光量子阱形成深的复合中心导致非辐射发光，从而影响发光效率，使得传统的发光二极管芯片的发光效率偏低。
技术实现思路
基于此，有必要针对传统的发光二极管芯片的发光效率偏低的问题，提供一种发光效率高的发光二极管芯片以及其制备方法。本申请提供一种发光二极管芯片包括衬底、缓冲层以及无掺杂氮化镓层。所述衬底表面设置有所述缓冲层。所述无掺杂氮化镓层设置于所述缓冲层远离所述衬底的表面。所述无掺杂氮化镓层包括多个子氮化镓层。所述多个子氮化镓层依次设置于所述缓冲层远离所述衬底的表面。每个所述子氮化镓层包括第一无掺杂氮化镓子层与第二无掺杂氮化镓子层。所述第一无掺杂氮化镓子层设置于所述缓冲层远离所述衬底的表面。所述第二无掺杂氮化镓子层设置于所述第一无掺杂氮化镓子层远离所述缓冲层的表面。所述第一无掺杂氮化镓子层包括多个三维岛状结构。所述多个三维岛状结构依次排列设置于所述缓冲层远离所述衬底的表面。所述第二无掺杂氮化镓子层设置于所述多个三维岛状结构远离所述缓冲层的表面。在一个实施例中，所述第二无掺杂氮化镓子层为二维层状结构，设置于所述多个三维岛状结构远离所述缓冲层的表面。在一个实施例中，每个所述子氮化镓层还包括氮化硅层。所述氮化硅层设置于所述第二无掺杂氮化镓子层远离所述第一无掺杂氮化镓子层的表面。在一个实施例中，每个所述子氮化镓层还包括第三无掺杂氮化镓子层。所述第三无掺杂氮化镓子层设置于所述氮化硅层远离所述第二无掺杂氮化镓子层的表面。在一个实施例中，每个所述子氮化镓层还包括热处理层。所述热处理层设置于所述第三无掺杂氮化镓子层远离所述氮化硅层的表面。在一个实施例中，所述多个子氮化镓层中相邻两个所述子氮化镓层的所述第一无掺杂氮化镓子层设置于所述热处理层远离所述第三无掺杂氮化镓子层的表面。在一个实施例中，所述无掺杂氮化镓层包括5个～50个所述子氮化镓层。在一个实施例中，一种发光二极管芯片制备方法包括：S10，提供衬底，所述衬底表面制备缓冲层；S20，在温度1070℃～1110℃与压力250torr～450torr的环境下，根据第一预设温度与第一预设压力在所述缓冲层远离所述衬底的表面制备第一无掺杂氮化镓子层；S30，在温度1100℃～1140℃与压力100torr～250torr的变温变压环境下，在所述第一无掺杂氮化镓子层远离所述缓冲层的表面制备第二无掺杂氮化镓子层；S40，在温度1100℃～1140℃与压力100torr～250torr的环境下，根据第二预设温度与第二预设压力在所述第二无掺杂氮化镓子层远离所述第一无掺杂氮化镓子层的表面制备氮化硅层；S50，在温度1100℃～1140℃与压力100torr～250torr的环境下，根据第三预设温度与第三预设压力在所述氮化硅层远离所述第二无掺杂氮化镓子层的表面制备第三无掺杂氮化镓子层；S60，在温度1130℃～1170℃与压力100torr～250torr的环境下，根据第四预设温度与第四预设压力在所述第三无掺杂氮化镓子层远离所述氮化硅层的表面制备热处理层。在一个实施例中，所述发光二极管芯片制备方法还包括：S70，根据所述步骤S20～S60，在所述热处理层远离所述第三无掺杂氮化镓子层的表面依次循环制备所述第一无掺杂氮化镓子层、所述第二无掺杂氮化镓子层、所述氮化硅层、所述第三无掺杂氮化镓子层以及所述热处理层。在一个实施例中，在所述步骤S30中，在温度1100℃～1140℃与压力100torr～250torr的环境下，温度逐渐升高且压力逐渐降低的变温变压环境下，在所述第一无掺杂氮化镓子层远离所述缓冲层的表面制备所述第二无掺杂氮化镓子层。本申请提供一种上述发光二极管芯片。所述缓冲层远离所述衬底的表面设置有所述多个三维岛状结构，同时所述第二无掺杂氮化镓子层设置于所述多个三维岛状结构表面，将所述多个三维岛状结构覆盖。所述第二无掺杂氮化镓子层为二维层状结构。此时，通过所述多个三维岛状结构和所述第二无掺杂氮化镓子层可以形成三维/二维交替的结构，即从岛状到层状生长形式交替。从而，非辐射缺陷会在三维岛状结构到二维层状结构交替的界面处发生方向转向，进而使得部分缺陷转向合并湮灭，获得更高晶体质量的LED结构，增加了所述发光二极管芯片的发光效率。并且，通过所述无掺杂氮化镓层包括多个子氮化镓层，可以实现多层次的三维/二维交替结构，使得大部分非辐射缺进行方向转向，并合并湮灭，进而很大程度的减少了底层缺陷，获得高晶体质量外延片，提高了芯片的发光效率。附图说明图1为本申请提供的发光二极管芯片的无掺杂氮化镓层的结构示意图；图2为本申请提供的三维岛状结构的截面结构示意图；图3为本申请提供的三维岛状结构的俯视结构示意图；图4为本申请提供的发光二极管芯片制备方法的工艺流程示意图；图5为本申请提供的一个实施例中无掺杂氮化镓层的结构示意图。附图标记说明发光二极管芯片、衬底10、缓冲层20、无掺杂氮化镓层30、子氮化镓层310、第一无掺杂氮化镓子层311、第二无掺杂氮化镓子层312、三维岛状结构3111、氮化硅层313、第三无掺杂氮化镓子层314、热处理层315、N型半导体层40、多量子阱层50、P型半导体层60。具体实施方式为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下通过实施例，并结合附图，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接(联接)。在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。在本本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：/n衬底(10)，所述衬底(10)表面设置有缓冲层(20)；/n无掺杂氮化镓层(30)，设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面；/n所述无掺杂氮化镓层(30)包括多个子氮化镓层(310)，所述多个子氮化镓层(310)依次设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面；/n每个所述子氮化镓层(310)包括第一无掺杂氮化镓子层(311)与第二无掺杂氮化镓子层(312)，所述第一无掺杂氮化镓子层(311)设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面，所述第二无掺杂氮化镓子层(312)设置于所述第一无掺杂氮化镓子层(311)远离所述缓冲层(20)的表面；/n所述第一无掺杂氮化镓子层(311)包括多个三维岛状结构(3111)，所述多个三维岛状结构(3111)依次排列设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面，所述第二无掺杂氮化镓子层(312)设置于所述多个三维岛状结构(3111)远离所述缓冲层(20)的表面。/n

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管芯片，其特征在于，包括：
衬底(10)，所述衬底(10)表面设置有缓冲层(20)；
无掺杂氮化镓层(30)，设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面；
所述无掺杂氮化镓层(30)包括多个子氮化镓层(310)，所述多个子氮化镓层(310)依次设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面；
每个所述子氮化镓层(310)包括第一无掺杂氮化镓子层(311)与第二无掺杂氮化镓子层(312)，所述第一无掺杂氮化镓子层(311)设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面，所述第二无掺杂氮化镓子层(312)设置于所述第一无掺杂氮化镓子层(311)远离所述缓冲层(20)的表面；
所述第一无掺杂氮化镓子层(311)包括多个三维岛状结构(3111)，所述多个三维岛状结构(3111)依次排列设置于所述缓冲层(20)远离所述衬底(10)的表面，所述第二无掺杂氮化镓子层(312)设置于所述多个三维岛状结构(3111)远离所述缓冲层(20)的表面。


2.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述第二无掺杂氮化镓子层(312)为二维层状结构，设置于所述多个三维岛状结构(3111)远离所述缓冲层(20)的表面。


3.如权利要求1所述的发光二极管芯片，其特征在于，每个所述子氮化镓层(310)还包括：
氮化硅层(313)，设置于所述第二无掺杂氮化镓子层(312)远离所述第一无掺杂氮化镓子层(311)的表面。


4.如权利要求3所述的发光二极管芯片，其特征在于，每个所述子氮化镓层(310)还包括：
第三无掺杂氮化镓子层(314)，设置于所述氮化硅层(313)远离所述第二无掺杂氮化镓子层(312)的表面。


5.如权利要求4所述的发光二极管芯片，其特征在于，每个所述子氮化镓层(310)还包括：
热处理层(315)，设置于所述第三无掺杂氮化镓子层(314)远离所述氮化硅层(313)的表面。


6.如权利要求5所述的发光二极管芯片，其特征在于，所述多个子氮化镓层(310)中相邻两个所述子氮化镓层(310)的所述第一无掺杂氮化镓子层(311)设置于所述热处理层(315)远离所述第三无掺杂氮化镓子层(314)的表面。


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【专利技术属性】
技术研发人员：王晟，
申请(专利权)人：芜湖德豪润达光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽;34