一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。包括衬底、以及依次层叠在衬底上的低温缓冲层、反射层、高温缓冲层、N型层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型层、P型电子阻挡层、高温P型层、P型接触层，反射层为SixN层，0＜x＜1，反射层中Si的浓度从靠近低温缓冲层的一侧开始到远离低温缓冲层的一侧逐渐降低。SixN反射层的折射率也会随着Si的浓度逐渐降低而逐渐减小，SixN反射层的折射率从光线入射的方向逐渐增大，反射率逐渐增大，从而使得多量子阱有源层产生的向下运行的部分光子被反射回来，从衬底反射的光线进入SixN反射层时，反射层的透过率逐渐增大，增加了LED的正面出光。

A gallium nitride based light-emitting diode epitaxial film and its manufacturing method

The invention discloses a gallium nitride based light-emitting diode epitaxial piece and a manufacturing method, which belongs to the field of semiconductor technology. Including a substrate, and sequentially stacked on a substrate of low temperature buffer layer, a reflection layer, high temperature buffer layer, N layer, shallow well layer, a multiple quantum well active layer, P layer, P type low temperature type electron blocking layer, P layer, P type high temperature type contact layer, the reflective layer is SixN layer, 0 < x < 1, Si concentration in the reflective layer from one side near the low temperature buffer layer to the side away from the low temperature buffer layer decreased gradually. The refractive reflective layer of SixN rate will be decreased gradually with the concentration of Si decreased gradually, the refractive reflective layer of SixN rate increased gradually from the direction of the incident light reflectance increases gradually, which makes the multi quantum well active layer have run down part of the photons reflected from the substrate, the reflection of the light reflection layer into SixN the reflective layer, the transmittance increases, an increase of LED positive light.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。其核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。现有LED包括衬底和设置在衬底上的外延层，外延层包括依次层叠在衬底上的低温缓冲层、高温缓冲层、N型层、有源层、电子阻挡层和P型层。其中N型层中电子和P型层中的空穴在有源层复合发光。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：当可见光从一个介质传播到另一个介质时，光可以被折射，折射角由下面的斯涅耳折射定律决定：n1sinθ1＝n2sinθ2，其中n1是介质1的折射率，n2是介质2的折射率，大于临界角θ＝sin-1(n1/n2)的角度入射的光不能进入介质2，而是返回介质1，这种反射通常称为全内反射，这样，由于GaN的折射率和空气的折射率相差很大，可能因为全内反射导致在有源层中产生的光会有一部分被限制在LED芯片中，不能够耦合出去，因此会抑制LED芯片的出光。
技术实现思路
为了解决现有技术中LED芯片出光效率低的问题，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、反射层、高温缓冲层、N型层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型层、P型电子阻挡层、高温P型层、P型接触层，所述反射层为SixN层，0＜x＜1，所述反射层中Si的浓度从靠近所述低温缓冲层的一侧开始到远离所述低温缓冲层的一侧逐渐降低。可选地，当0＜x＜0.3时，所述反射层的厚度为40-50nm。可选地，当0.3≤x≤0.5时，所述反射层的厚度为20-40nm。可选地，当0.5＜x＜1时，所述反射层的厚度为0-20nm。另一方面，本专利技术提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：提供一衬底；在衬底上依次生长低温缓冲层、反射层、高温缓冲层、N型层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型层、P型电子阻挡层、高温P型层、P型接触层，其特征在于，所述反射层为SixN层，0＜x＜1，所述反射层中Si的浓度从靠近所述低温缓冲层的一侧开始到远离所述低温缓冲层的一侧逐渐降低可选地，所述反射层的生长压力为100-500torr，生长温度为700-1100℃。可选地，所述反射层的生长转速为50-300r/min。可选地，当0＜x＜0.3时，所述反射层的厚度为40-50nm。。可选地，当0.3≤x≤0.5时，所述反射层的厚度为20-40nm。可选地，当0.5＜x＜1时，所述反射层的厚度为0-20nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在缓冲层上生长一层SixN反射层，0＜x＜1，SixN反射层中Si的浓度从靠近低温缓冲层的一侧开始到远离低温缓冲层的一侧逐渐降低，由于SixN反射层的折射率随着Si掺杂的降低而逐渐减小，因此SixN反射层中从远离低温缓冲层的一侧开始到靠近低温缓冲层的一侧，折射率逐渐增大，反射率逐渐增大，从而使得多量子阱有源层产生的向下运行的部分光子被反射回来，增加了LED的正面出光，进一步地，从多量子阱有源层产生的向下运行的大部分光子到衬底后会被反射回来，由于从靠近低温缓冲层的一侧开始到远离低温缓冲层的一侧，SixN反射层的透过率逐渐增加，因此，被衬底反射的部分光子会从SixN反射层透过，进一步增加了LED的正面出光。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氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种氮化镓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。实施例一本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，图1是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该氮化镓基发光二极管包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的低温缓冲层2、反射层3、高温缓冲层4、N型层5、浅阱层6、多量子阱有源层7、低温P型层8、P型电子阻挡层9、高温P型层10、P型接触层11。其中，反射层3为SixN层，0＜x＜1，反射层3中Si的浓度从靠近低温缓冲层2的一侧开始到远离低温缓冲层2的一侧逐渐降低。在本实施例中通过在缓冲层上生长一层SixN反射层，0＜x＜1，SixN反射层中Si的浓度从靠近低温缓冲层的一侧开始到远离低温缓冲层的一侧逐渐降低，由于SixN反射层的折射率随着Si掺杂的降低而逐渐减小，因此SixN反射层中从远离低温缓冲层的一侧开始到靠近低温缓冲层的一侧，折射率逐渐增大，反射率逐渐增大，从而使得多量子阱有源层产生的向下运行的部分光子被反射回来，增加了LED的正面出光，进一步地，从多量子阱有源层产生的向下运行的大部分光子到衬底后会被反射回来，由于从靠近低温缓冲层的一侧开始到远离低温缓冲层的一侧，SixN反射层的透过率逐渐增加，因此，被衬底反射的部分光子会从SixN反射层透过，进一步增加了LED的正面出光。进一步地，当反射层3中的Si的浓度越高时，反射层3的反射率越高，反射层3的厚度越小，可以使得反射层3的反射效果更好。可选地，当0＜x＜0.3时，反射层3的厚度为40-50nm。可选地，当0.3≤x≤0.5时，反射层3的厚度为20-40nm。优选地，当0.3≤x≤0.4时，反射层的厚度为25-26nm，此时LED的正面出光效果最好。可选地，当0.5＜x＜1时，反射层3的厚度为0-20nm。在本实施例中，衬底1可以为蓝宝石衬底，低温缓冲层2和高温缓冲层4可以为不掺杂的GaN层，N型层5可以为掺Si的GaN层，浅阱层6可以为交替生长的InxGa1-xN(0&lt;x&lt;0.1)势阱层和GaN势垒层，多量子阱有源层7可以为交替生长的InyGa1-yN(0.2&lt;x&lt;0.5)势阱层和GaN势垒层，低温P型层8可以为GaN层、P型电子阻挡层9可以为AlGaN层、高温P型层10可以为GaN层、P型接触层11可以为掺杂Mg/ln的PlnGaN层。实施例二本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法，适用于实施例一提供的一种氮化镓基发光二极管外延片，图2是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法的流程图，如图2所示，该制造方法包括：步骤201、对衬底进行预处理。可选地，衬底为蓝宝石，厚度为630-650um。在本实施例中，采用VeecoK465iorC4MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDep本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、反射层、高温缓冲层、N型层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型层、P型电子阻挡层、高温P型层、P型接触层，其特征在于，所述反射层为SixN层，0＜x＜1，所述反射层中Si的浓度从靠近所述低温缓冲层的一侧开始到远离所述低温缓冲层的一侧逐渐降低。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、反射层、高温缓冲层、N型层、浅阱层、多量子阱有源层、低温P型层、P型电子阻挡层、高温P型层、P型接触层，其特征在于，所述反射层为SixN层，0＜x＜1，所述反射层中Si的浓度从靠近所述低温缓冲层的一侧开始到远离所述低温缓冲层的一侧逐渐降低。2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，当0＜x＜0.3时，所述反射层的厚度为40-50nm。3.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，当0.3≤x≤0.5时，所述反射层的厚度为20-40nm。4.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，当0.5＜x＜1时，所述反射层的厚度为0-20nm。5.一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：提供一衬底；在衬底上...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖云飞，刘春杨，胡加辉，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