一种发光二极管外延片的生长方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片的生长方法，属于半导体技术领域。所述生长方法包括：依次在衬底上生长低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、MQW层、P型层，所述MQW层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；量子阱层分成第一类量子阱、第二类量子阱、第三类量子阱三种，第一类量子阱中的量子阱层的生长温度逐层降低，第二类量子阱中的量子阱层的In含量逐层变化，第三类量子阱中的量子阱层的In含量和Ga含量的比值逐层减小，所有量子阱层沿发光二极管外延片的生长方向依次属于第一类量子阱、第二类量子阱、第三类量子阱。本发明专利技术可以有效提高电子波函数和空穴波函数的重叠程度，最终提高了LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】

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生长方法。
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。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED被迅速广泛地应用于交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。现有LED的外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、多量子阱(英文：MultipleQuantumWell，简称：MQW)层、P型层。其中，MQW层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层，各个量子阱层的生长条件相同，各个量子垒层的生长条件相同。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：MQW层的极化效应会在量子阱层中产生电场，使能带发生倾斜，改变子带能级和束缚态波函数，致使跃迁能量与强度发生改变。电场使得电子和空穴空间分离，减少了电子波函数与空穴波函数的重叠，降低了电子和空穴的辐射复合效率，大大降低了LED的发光效率。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法。所述技术方案如下：本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：依次在衬底上生长低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、MQW层、P型层，所述MQW层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；所述量子阱层分成第一类量子阱、第二类量子阱、第三类量子阱三种，所述第一类量子阱、所述第二类量子阱、所述第三类量子阱均包括至少两层相邻的所述量子阱层，所述第一类量子阱中的所述量子阱层的生长温度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层降低，所述第二类量子阱中的所述量子阱层的In含量沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层变化，所述第三类量子阱中的所述量子阱层的In含量和Ga含量的比值沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层减小，所有所述量子阱层沿所述发光二极管外延片的生长方向依次属于所述第一类量子阱、所述第二类量子阱、所述第三类量子阱。可选地，所述量子阱层的层数为至少12层，所述量子垒层的层数为至少12层。优选地，所述量子阱层的层数为12～16层，所述量子垒层的层数为12～16层。可选地，所述量子垒层分成第一类量子垒和第二类量子垒，所述第一类量子垒和所述第二类量子垒层均包括至少一层所述量子垒层，所述第一类量子垒中的所述量子垒层的中间区域的生长温度高于两侧区域的生长温度，所述第一类量子垒中的所述量子垒层的中间区域的生长速率高于两侧区域的生长速率，所述第二类量子垒中的所述量子垒层的生长温度保持不变，所述第二类量子垒中的所述量子垒层的生长速率保持不变，所有所述量子垒层中的部分所述量子垒层属于所述第一类量子垒，剩下的所述量子垒层属于所述第二类量子垒。优选地，所有所述量子垒层中至少一半的所述量子垒层属于所述第一类量子垒。优选地，所述第一类量子垒中的所述量子垒层的两侧区域的生长温度高于所述量子阱层的最高生长温度。优选地，所述第一类量子垒中的所述量子垒层的两侧区域的生长速率高于所述量子阱层的最快生长速率。可选地，所述P型层包括电子阻挡层和空穴提供层，所述电子阻挡层为掺杂Mg的AlyGa1-yN层，0.15≤y≤0.25，所述空穴提供层为掺杂高于设定浓度Mg的GaN层。可选地，所述N型层为掺杂高于设定浓度Si的GaN层。可选地，所述生长方法还包括：对衬底进行预处理。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在接近N型层段生长生长温度沿发光二极管外延片的生长方向逐层降低的量子阱层，使In分布由少到多，有利于InGaN和GaN的应力释放；在接近P型层段生长In含量和Ga含量的比值沿发光二极管外延片的生长方向逐层减小的量子阱层，使In逐步减少，InGaN和GaN之间的应力得到释放；两者都可以起到降低极化效应的作用，进而减小阱层的扭曲程度，提高电子波函数和空穴波函数的重叠程度，有效提高电子和空穴在量子阱中的辐射复合效率。而且第一类量子垒中的量子垒层的中间区域的生长温度高于两侧区域的生长温度，即接近阱层的温度低些，可以保护量子阱层，减少垒层高温时对其In的析出，同时中间高温的垒层既可以提高晶体质量，也不会对阱层造成很大的破坏。第一类量子垒中的量子垒层的中间区域的生长速率高于两侧区域的生长速率，即接近阱层的生长速度低于高温段垒层的生长速率，亦即高温段的生长速率高，这样可以减少高温段对阱层的破坏，量子垒层和量子阱层的配合结构最终提升了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一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；图2是本专利技术实施例提供的MQW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。实施例本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，在本实施例中，采用VeecoK465iorC4金属有机化合物化学气相沉淀(英文：MetalOrganicChemicalVaporDeposition，简称：MOCVD)设备实现LED外延片的生长方法。采用高纯氢气(H2)或高纯氮气(N2)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力控制在100～600torr。参见图1，该生长方法包括：步骤201：对衬底进行预处理。在本实施例中，衬底为蓝宝石。具体地，该步骤201可以包括：在氢气气氛下，高温处理衬底5～6min。其中，反应室温度可以为1000～1100℃，反应室压力可以控制在200～500torr。步骤202：在衬底上生长低温缓冲层。在本实施例中，低温缓冲层为GaN层，厚度可以为15～30nm。生长低温缓冲层时，反应室温度可以为530～560℃，反应室压力可以控制在200～500torr。具体地，低温缓冲层生长在蓝宝石的[0001]面上。步骤203：在低温缓冲层上生长高温缓冲层。在本实施例中，高温缓冲层为不掺杂的GaN层，厚度可以为2～3.5μm。生长高温缓冲层时，反应室温度可以为1000～1100℃，反应室压力可以控制在200～600torr。步骤204：在高温缓冲层上生长N型层。在本实施例中，N型层为掺杂高于设定浓度Si的GaN层，厚度可以为1～2μm。生长N型层时，反应室温度可以为1000～1100℃，反应室压力可以控制在200～600torr。步骤205：在N型层上生长MQW层。在本实施例中，参见图2，MQW层50包括交替层叠的InGaN量子阱层510和GaN量子垒层520。量子阱层510分成第一类量子阱511、第二类量子阱512、第三类量子阱513三种，第一类量子阱511、第二类量子阱512、第三类量子阱513均包括至少两层相邻的量子阱层510，第一类量子阱511中的量子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：依次在衬底上生长低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、MQW层、P型层，所述MQW层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；其特征在于，所述量子阱层分成第一类量子阱、第二类量子阱、第三类量子阱三种，所述第一类量子阱、所述第二类量子阱、所述第三类量子阱均包括至少两层相邻的所述量子阱层，所述第一类量子阱中的所述量子阱层的生长温度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层降低，所述第二类量子阱中的所述量子阱层的In含量沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层变化，所述第三类量子阱中的所述量子阱层的In含量和Ga含量的比值沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层减小，所有所述量子阱层沿所述发光二极管外延片的生长方向依次属于所述第一类量子阱、所述第二类量子阱、所述第三类量子阱。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：依次在衬底上生长低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、MQW层、P型层，所述MQW层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层；其特征在于，所述量子阱层分成第一类量子阱、第二类量子阱、第三类量子阱三种，所述第一类量子阱、所述第二类量子阱、所述第三类量子阱均包括至少两层相邻的所述量子阱层，所述第一类量子阱中的所述量子阱层的生长温度沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层降低，所述第二类量子阱中的所述量子阱层的In含量沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层变化，所述第三类量子阱中的所述量子阱层的In含量和Ga含量的比值沿所述发光二极管外延片的生长方向逐层减小，所有所述量子阱层沿所述发光二极管外延片的生长方向依次属于所述第一类量子阱、所述第二类量子阱、所述第三类量子阱。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述量子阱层的层数为至少12层，所述量子垒层的层数为至少12层。3.根据权利要求2所述的生长方法，其特征在于，所述量子阱层的层数为12～16层，所述量子垒层的层数为12～16层。4.根据权利要求1～3任一项所述的生长方法，其特征在于，所述量子垒层分成第一类量子垒和第二类量子垒，所述第一类量子垒和所述第二类量子垒层均包括至少一层所述量子垒层，所述第一类量...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚振，从颖，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