一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法技术

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作方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，低温缓冲层、三维成核层和二维恢复层依次层叠在衬底上，未掺杂氮化镓层的第一表面铺设在二维恢复层上，未掺杂氮化镓的第二表面设有多个凹坑，每个凹坑呈倒圆锥状，多个凹坑间隔分布在未掺杂氮化镓层的第二表面上；N型半导体层的第一表面铺设在多个凹坑内和未掺杂氮化镓层的第二表面上，N型半导体层的第二表面为平面，有源层和P型半导体层依次层叠在N型半导体层的第二表面上，第二表面为与第一表面相反的表面。本发明专利技术可提高LED的发光效率。

Gallium nitride based light emitting diode epitaxial wafer and manufacturing method thereof

The invention discloses a gallium nitride-based light-emitting diode epitaxy sheet and a manufacturing method thereof, belonging to the semiconductor technical field. Epitaxial layers include substrate, cryogenic buffer layer, three-dimensional nucleation layer, two-dimensional recovery layer, undoped gallium nitride layer, N-type semiconductor layer, active layer and P-type semiconductor layer. Cryogenic buffer layer, three-dimensional nucleation layer and two-dimensional recovery layer are successively stacked on the substrate. The first surface of the undoped gallium nitride layer is laid on the two-dimensional recovery layer. The second surface of the doped gallium nitride is provided with a plurality of pits, each of which is an inverted cone, and the pits are spaced on the second surface of the undoped gallium nitride layer; the first surface of the N-type semiconductor layer is laid in a plurality of pits and the second surface of the undoped gallium nitride layer; the second surface of the N-type semiconductor layer is planar and active. The layers and P-type semiconductor layers are successively stacked on the second surface of the N-type semiconductor layer, and the second surface is the surface opposite to the first surface. The invention can improve the luminous efficiency of LED.

【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作方法
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作方法。
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。LED因具有节能环保、可靠性高、使用寿命长等优点而受到广泛的关注，近年来在背光源和显示屏领域大放异彩，并且开始向民用照明市场进军。对于民用照明来说，光效和使用寿命是主要的衡量标准，因此增加LED的发光效率和提高LED的抗静电能力对于LED的广泛应用显得尤为关键。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的复合发光，衬底用于为外延材料提供生长表面，缓冲层用于缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。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：衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层等的材料通常选择氮化镓，蓝宝石和氮化镓为异质材料，两者之间存在较大的晶格失配，晶格失配产生的应力和缺陷会随着外延生长而延伸，影响外延片整体的晶体质量，降低LED的发光效率。缓冲层虽然对晶格失配可以起到缓解作用，但是无法避免晶格失配产生应力和缺陷，导致外延片的晶体质量较差，LED的发光效率还有待提高。
技术实现思路
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作方法，能够解决现有技术异质材料晶格失配产生的应力和缺陷影响外延片晶体质量、导致LED发光效率低的问题。所述技术方案如下：一方面，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，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述低温缓冲层、所述三维成核层和所述二维恢复层依次层叠在所述衬底上，所述未掺杂氮化镓层的第一表面铺设在所述二维恢复层上，所述未掺杂氮化镓的第二表面设有多个凹坑，每个所述凹坑呈倒圆锥状，所述多个凹坑间隔分布在所述未掺杂氮化镓层的第二表面上，所述未掺杂氮化镓层的第二表面为与所述未掺杂氮化镓层的第一表面相反的表面；所述N型半导体层的第一表面铺设在所述多个凹坑内和所述未掺杂氮化镓层的第二表面上，所述N型半导体层的第二表面为平面，所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述N型半导体层的第二表面上，所述N型半导体层的第二表面为与所述N型半导体层的第一表面相反的表面。可选地，所述凹坑的深度为1.5μm～3.5μm。可选地，所述凹坑的开口大小为2.5μm～6μm。可选地，相邻两个所述凹坑之间的距离为0.1μm～1μm。可选地，所述凹坑的开口大小与相邻两个所述凹坑之间的距离之比为8～20。可选地，所述凹坑的开口大小与所述凹坑的深度之比为0.5～0.75。可选地，所述未掺杂氮化镓层的厚度为1.5μm～4μm。另一方面，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作方法，所述制作方法包括：采用化学气相沉积技术在衬底上依次生长低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层和未掺杂氮化镓层；采用激光刻蚀技术在所述未掺杂氮化镓层的表面形成多个凹坑，每个所述凹坑呈倒圆锥状，所述多个凹坑间隔分布在所述未掺杂氮化镓层的表面上；采用化学气相沉积技术在所述未掺杂氮化镓层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述N型半导体层将所述多个凹坑填平。可选地，所述激光刻蚀的脉冲频率为0.5kHz～1.5kHz。可选地，所述激光刻蚀的功率为0.02w～0.06w。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在未掺杂氮化镓层的表面间隔设置多个倒圆锥状的凹坑，并用N型半导体层填平，N型半导体层生长在未掺杂氮化镓层凹凸不平的表面上，可以有效释放蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力，同时凹坑呈倒圆锥状，蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的缺陷延伸到凹坑内生长的N型半导体层上时可以相互抵消，降低102半峰宽，有效提高外延片整体的晶体质量，提高LED的发光效率，增强光致发光强度。而且倒圆锥状的凹坑类似凹凸镜，可以改变光线的传播方向，提高LED的正向出光。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未掺杂氮化镓层的俯视图；图3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作方法的流程图；图4a-图4c是本专利技术实施例提供的氮化镓基发光二极管外延片在制作方法的执行过程中的结构示意图。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。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一种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、低温缓冲层21、三维成核层22、二维恢复层23、未掺杂氮化镓层24、N型半导体层30、有源层40和P型半导体层50。低温缓冲层21、三维成核层22和二维恢复层23依次层叠在衬底10上，未掺杂氮化镓层24的第一表面铺设在二维恢复层23上。未掺杂氮化镓层24的第二表面设有多个凹坑240，图2为未掺杂氮化镓层的俯视图，参见图2，每个凹坑240呈倒圆锥状，多个凹坑240间隔分布在未掺杂氮化镓层24的第二表面上，未掺杂氮化镓层24的第二表面为与未掺杂氮化镓层24的第一表面相反的表面。如图1所示，N型半导体层30的第一表面铺设在多个凹坑240内和未掺杂氮化镓层24的第二表面上，N型半导体层30的第二表面为平面，有源层40和P型半导体层50依次层叠在N型半导体层30的第二表面上，N型半导体层30的第二表面为与N型半导体层30的第一表面相反的表面。本专利技术实施例通过在未掺杂氮化镓层的表面间隔设置多个倒圆锥状的凹坑，并用N型半导体层填平，N型半导体层生长在未掺杂氮化镓层凹凸不平的表面上，可以有效释放蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力，同时凹坑呈倒圆锥状，蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的缺陷延伸到凹坑内生长的N型半导体层上时可以相互抵消，降低102半峰宽，有效提高外延片整体的晶体质量，提高LED的发光效率，增强光致发光强度。而且倒圆锥状的凹坑类似凹凸镜，可以改变光线的传播方向，提高LED的正向出光。可选地，如图1所示，凹坑的深度h可以为1.5μm～3.5μm。其中，凹坑的深度为凹坑上的各个点与未掺杂氮化镓层的第二表面之间距离的最大值，即圆锥的高度。如果凹坑的深度小于1.5μm，则可能由于凹坑的深度太小而无法有效释放蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力、抵消蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的缺陷；如果凹坑的深度大于3.5μm，则可能由于凹坑的深度太大而引入其它缺陷，同时也需要更多的N型半导体层材料填平凹坑，浪费材料，降低生产效率，增加制作成本。可选地，如图1所示，凹坑的开口大小r可以为2本文档来自技高网...

【技术保护点】
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、低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述低温缓冲层、所述三维成核层和所述二维恢复层依次层叠在所述衬底上，其特征在于，所述未掺杂氮化镓层的第一表面铺设在所述二维恢复层上，所述未掺杂氮化镓的第二表面设有多个凹坑，每个所述凹坑呈倒圆锥状，所述多个凹坑间隔分布在所述未掺杂氮化镓层的第二表面上，所述未掺杂氮化镓层的第二表面为与所述未掺杂氮化镓层的第一表面相反的表面；所述N型半导体层的第一表面铺设在所述多个凹坑内和所述未掺杂氮化镓层的第二表面上，所述N型半导体层的第二表面为平面，所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述N型半导体层的第二表面上，所述N型半导体层的第二表面为与所述N型半导体层的第一表面相反的表面。

【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、低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层、未掺杂氮化镓层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述低温缓冲层、所述三维成核层和所述二维恢复层依次层叠在所述衬底上，其特征在于，所述未掺杂氮化镓层的第一表面铺设在所述二维恢复层上，所述未掺杂氮化镓的第二表面设有多个凹坑，每个所述凹坑呈倒圆锥状，所述多个凹坑间隔分布在所述未掺杂氮化镓层的第二表面上，所述未掺杂氮化镓层的第二表面为与所述未掺杂氮化镓层的第一表面相反的表面；所述N型半导体层的第一表面铺设在所述多个凹坑内和所述未掺杂氮化镓层的第二表面上，所述N型半导体层的第二表面为平面，所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述N型半导体层的第二表面上，所述N型半导体层的第二表面为与所述N型半导体层的第一表面相反的表面。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，所述凹坑的深度为1.5μm～3.5μm。3.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述凹坑的开口大小为2.5μm～6μm。4.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛永晖，郭炳磊，王群，吕蒙普，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