一种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发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述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缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，所述发光二极管外延片还包括导热薄膜，所述导热薄膜设置在所述衬底和所述缓冲层之间，所述导热薄膜的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上。本发明专利技术通过在衬底上先形成碳单质的原子个数在90％以上的导热薄膜，再在导热薄膜上依次层叠缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，由于碳单质的导热性很好，有利于多量子阱中铟原子的均匀分布，最终改善外延片的光电性能的一致性。

Light emitting diode epitaxial wafer and preparation method thereof

The invention discloses a light-emitting diode epitaxial wafer and a preparation method thereof, belonging to the semiconductor technology field. The light-emitting diode epitaxial sheet includes a substrate and a buffer layer, a N-type semiconductor layer, a multi-quantum well layer and a P-type semiconductor layer successively stacked on the substrate. The light-emitting diode epitaxial sheet also includes a thermal conductive film, the thermal conductive film is arranged between the substrate and the buffer layer, and the composition of the thermal conductive film. A substance includes a carbon element whose number of atoms accounts for more than 90% of the number of atoms in the thermal conductive film. By forming a thermal conductive film with more than 90% carbon atoms on the substrate, and then stacking buffer layers, N-type semiconductor layers, multi-quantum well layers and P-type semiconductor layers on the thermal conductive film in turn, the method is advantageous to uniform distribution of indium atoms in the multi-quantum well and ultimately improves epitaxy because of the good thermal conductivity of the carbon element. The photoelectric properties of the film are consistent.

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是利用半导体的PN结电致发光原理制成的一种半导体发光器件。外延片是发光二极管制备过程中的初级成品。现有的外延片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层。其中，多量子阱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，量子阱为铟镓氮层，量子垒为氮化镓层。当注入电流时，N型氮化镓层提供的电子和P型氮化镓层提供的空穴注入多量子阱层复合发光。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：蓝宝石衬底和氮化镓材料之间存在较大的晶格失配，晶格失配会产生位错和缺陷，导致外延片的晶体质量较差。由于蓝宝石的热导率较低，外延片上温度分布不均匀，加上蓝宝石衬底通常为图形化蓝宝石衬底(英文：PatternedSapphireSubstrate，简称：PSS)，PSS上各个图形之间基于工艺限制会存在一定的差异，因而导致外延片各个区域的晶体质量存在差异，造成多量子阱中铟原子的分布不均匀，最终影响到外延片的光电性能的一致性。
技术实现思路
为了解决现有技术蓝宝石的热导率较低，最终影响到外延片的光电性能的一致性的问题，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法。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，所述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缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，所述发光二极管外延片还包括导热薄膜，所述导热薄膜设置在所述衬底和所述缓冲层之间，所述导热薄膜的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上。可选地，所述碳单质包括金刚石和石墨，所述金刚石的原子个数超过所述碳单质的原子个数的50％。优选地，所述导热薄膜的组成物质还包括硅单质，所述硅单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的5％～10％。可选地，所述导热薄膜的厚度为2nm～30nm。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的制备方法，所述制备方法包括：采用脉冲激光沉积技术在衬底上形成导热薄膜，所述导热薄膜的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上；采用气相外延技术在所述导热薄膜上依次生长缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层。可选地，所述采用脉冲激光沉积技术在衬底上形成导热薄膜，包括：提供一设有石墨靶的真空室；将所述衬底放入所述真空室内，对所述真空室进行抽真空；向所述真空室内通入氢气，控制真空室内的温度为200℃～600℃，压力为10Pa～150Pa；采用激光对所述石墨靶进行溅射，在所述衬底上形成所述导热薄膜，所述导热薄膜中的碳单质包括金刚石和石墨，所述金刚石的原子个数超过所述碳单质的原子个数的50％。优选地，所述石墨靶中掺有硅单质，所述硅单质的原子个数占所述石墨靶的原子个数的5％～10％。优选地，所述制备方法还包括：当向所述真空室内通入氢气时，向所述真空室内通入含硅元素的气体。优选地，所述石墨靶与所述衬底之间的距离为4.5cm～6.5cm。可选地，所述导热薄膜的厚度为2nm～30nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在衬底上先形成碳单质的原子个数在90％以上的导热薄膜，再在导热薄膜上依次层叠缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，由于碳单质的导热性很好，因此预先在衬底上形成的导热薄膜可以使外延片上各个区域的温度分布均匀，避免导热薄膜上生长的缓冲层等由于温度分布不均匀而导致各个区域的晶体质量之间存在差异，有利于多量子阱中铟原子的均匀分布，最终改善外延片的光电性能的一致性。而且碳单质在衬底上形成的是薄膜，不会影响后续缓冲层等的形成。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结构示意图；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。本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，图1为本专利技术实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该发光二极管外延片包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的导热薄膜20、缓冲层30、N型半导体层40、多量子阱层50和P型半导体层60。在本实施例中，导热薄膜20的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上。本专利技术实施例通过在衬底上先形成碳单质的原子个数在90％以上的导热薄膜，再在导热薄膜上依次层叠缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，由于碳单质的导热性很好，因此预先在衬底上形成的导热薄膜可以使外延片上各个区域的温度分布均匀，避免导热薄膜上生长的缓冲层等由于温度分布不均匀而导致各个区域的晶体质量之间存在差异，有利于多量子阱中铟原子的均匀分布，最终改善外延片的光电性能的一致性。而且碳单质在衬底上形成的是薄膜，不会影响后续缓冲层等的形成。可选地，碳单质可以包括金刚石和石墨，金刚石的原子个数超过碳单质的原子个数的50％(优选为90％)。金刚石和石墨都是常见的碳单质，形成简单方便，因此碳单质包括金刚石和石墨，不会造成生产成本太高；同时金刚石的导热性能优于石墨，金刚石的原子个数超过一半，有利于温度分布均匀，以达到最佳效果。在实际应用中，金刚石的原子个数越多，导热薄膜的导热性能越好，温度分布越均匀，因此会尽可能提高导热薄膜中金刚石的原子个数，但受限于目前的工艺技术，金刚石的原子个数最多达到碳单质的原子个数的90％，此时温度分布均匀的效果达到最佳。具体地，导热薄膜20可以包括类金刚石膜。类金刚石(英文：Diamond-likeCarbon，简称：DLC)膜是含有金刚石相的非晶碳膜，其中的碳原子大部分处于金刚石的sp3杂化态，少部分处于石墨的sp2杂化态，其性质主要由sp3键含量及分布状态决定。由于含有一定数量的sp3键，类金刚石膜具有一系列类似于金刚石的性质，如热导率高。优选地，导热薄膜20的组成物质还可以包括硅单质，硅单质的原子个数占导热薄膜的原子个数的5％～10％(优选为6％)。通过在导热薄膜中掺硅，有利于在形成导热薄膜时增加导热薄膜中金刚石的原子个数，进而提高温度分布均匀的效果。具体地，导热薄膜20的厚度可以为2nm～30nm(优选为28nm)。若导热薄膜的厚度小于2nm，则可能由于导热薄膜的厚度太小而无法达到使温度分布均匀的效果；若导热薄膜的厚度大于30nm，则可能由于导热薄膜的厚度太大而影响后续缓冲层等的外延生长。在实际应用中，导热薄膜的厚度越大，导热性能越好，温度分布越均匀，因此会尽可能提高导热薄膜的厚度，但是导热薄膜的厚度太大，有可能会导致后续缓冲层无法在导热薄膜上进行外延生长，将导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，所述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缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括导热薄膜，所述导热薄膜设置在所述衬底和所述缓冲层之间，所述导热薄膜的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，所述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缓冲层、N型半导体层、多量子阱层和P型半导体层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括导热薄膜，所述导热薄膜设置在所述衬底和所述缓冲层之间，所述导热薄膜的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述碳单质包括金刚石和石墨，所述金刚石的原子个数超过所述碳单质的原子个数的50％。3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述导热薄膜的组成物质还包括硅单质，所述硅单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的5％～10％。4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述导热薄膜的厚度为2nm～30nm。5.一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：采用脉冲激光沉积技术在衬底上形成导热薄膜，所述导热薄膜的组成物质包括碳单质，所述碳单质的原子个数占所述导热薄膜的原子个数的90％以上；采用气相外延技术在所述导热薄膜上依次...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炳磊，王群，葛永晖，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32