一种发光二极管外延片的制备方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片的制备方法，属于半导体光电领域。在生长有源层时，将其分为第一子层、第二子层及第三子层进行生长。第一子层中GaN垒层的生长温度与InGaN阱层采用同一温度进行生长以避免InGaN阱层中In组分在高温下的分解流失，保证InGaN阱层中具有足够的富In区域，进而保证在InGaN阱层中进行复合的电子数量。同时，第二子层与第三子层中GaN垒层的生长温度在第一子层中GaN垒层的生长温度的基础上逐渐升高可在保证InGaN阱层中In组分含量的同时提高有源层的整体质量，进一步地，在包括有H2的混合气体条件下进行有源层中GaN垒层的生长，避免其在低温生长的条件下产生过多的晶体缺陷，最终得到质量提高且富In区域较多的有源层，提高发光二极管的发光效率。

A method for preparing epitaxial wafers of LED

The invention discloses a method for preparing a light-emitting diode epitaxial wafer, belonging to the semiconductor photoelectric field. When the active layer is grown, it is divided into the first sub layer, the second sub layer and the three sub layer. The growth temperature of GaN barrier layer in the first sub-layer is the same as that of InGaN well layer to avoid the decomposition and loss of InGaN component in InGaN well layer at high temperature, and to ensure that there are enough In-rich regions in InGaN well layer, thus ensuring the number of electrons compounded in InGaN well layer. At the same time, the growth temperature of GaN barrier layer in the second and third sub-layers increases gradually on the basis of the growth temperature of GaN barrier layer in the first sub-layer, which can improve the overall quality of active layer while guaranteeing the content of In component in InGaN well layer. Furthermore, the generation of GaN barrier layer in active layer can be carried out under the condition of mixed gas including H2. Long, avoid excessive crystal defects under low-temperature growth conditions, and ultimately get more In-rich active layer, improve the luminescence efficiency of light-emitting diodes.

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片的制备方法
本专利技术涉及半导体光电领域，特别涉及一种发光二极管外延片的制备方法。
技术介绍
发光二极管是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，具有体积小、寿命长、功耗低等优点，目前被广泛应用于汽车信号灯、交通信号灯、显示屏以及照明设备。而外延片是制作发光二极管的基础结构，外延片的结构包括衬底及在衬底上生长出的外延层。其中，外延层的结构主要包括：依次生长在衬底上的GaN缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、有源层及P型GaN层，有源层通常包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层。而在有源层的生长过程中，为了保证有源层的生长质量。通常InGaN阱层与GaN垒层采用不同的温度进行生长，其中GaN垒层的生长温度较InGaN阱层高出许多。但GaN垒层较高的生长温度会导致InGaN阱层中的In分解流失，导致InGaN阱层的势垒升高，进而影响到电子在InGaN阱层中与空穴的复合，最终影响发光二极管的发光效率。
技术实现思路
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，能够提高发光二极管的发光效率。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制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层；在所述有源层上生长电子阻挡层；在所述电子阻挡层上生长P型GaN层，其中，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层均包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层，所述第一子层中InGaN阱层的生长温度、所述第二子层中InGaN阱层的生长温度与所述第三子层中InGaN阱层的生长温度相同，所述第一子层中GaN垒层的生长温度采用所述第一子层中InGaN阱层的生长温度，所述第二子层中GaN垒层的生长温度大于第一子层中GaN垒层的生长温度，所述第三子层中GaN垒层的生长温度大于所述第二子层中GaN垒层的生长温度，所述第一子层中的GaN垒层、所述第二子层中的GaN垒层与所述第三子层中的GaN垒层均在包括有H2的气体氛围下生长。可选地，在生长所述有源层中InGaN阱层时，向反应室内通入NH3及N2；在生长所述有源层中GaN垒层时，向反应室内通NH3、N2及H2。可选地，生长所述有源层的GaN垒层时，向所述反应室内通入的N2与H2的流量比值为2:1～5:1。可选地，生长所述有源层的InGaN阱层时通入的NH3的流量与生长所述有源层的GaN垒层时通入的NH3的流量比值为1.5:1～3:1。可选地，所述第三子层中GaN垒层的生长温度与所述第一子层中GaN垒层的生长温度的差值为30～50℃。可选地，所述第三子层中GaN垒层的生长温度与所述第二子层中GaN垒层的生长温度的差值等于所述第二子层中GaN垒层的生长温度与所述第一子层中GaN垒层的生长温度的差值。可选地，所述第一子层的生长温度为720～830℃。可选地，所述有源层中GaN垒层的生长压力均大于所述有源层中InGaN阱层的生长压力。可选地，所述在所述N型GaN层上生长有源层包括：在所述N型GaN层上交替生长L个GaN垒层和L个InGaN阱层，形成第一子层，1≤L≤2且L为整数；在所述第一子层上交替生长M个GaN垒层和M个InGaN阱层，形成第二子层，2≤M≤3且M个整数；在所述第二子层上交替生长N个GaN垒层和N个InGaN阱层，形成第三子层，3≤N≤4且N为整数。可选地，所述有源层中GaN垒层的厚度与所述有源层中InGaN阱层的厚度的比值为2.5:1～5:1。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在生长有源层时，将其分为第一子层、第二子层及第三子层进行生长，其中第一子层、第二子层及第三子层均包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层。第一子层中GaN垒层的生长温度与InGaN阱层采用同一温度进行生长以避免InGaN阱层中In组分在高温下的分解流失，保证InGaN阱层中具有足够的富In区域，进而保证在InGaN阱层中进行复合的电子数量。同时，第二子层与第三子层中GaN垒层的生长温度在第一子层中GaN垒层的生长温度的基础上逐渐升高可在保证InGaN阱层中In组分含量的同时提高有源层的整体质量，进一步地，在包括有H2的混合气体条件下进行有源层中GaN垒层的生长，避免其在低温生长的条件下产生过多的晶体缺陷，最终得到质量提高且富In区域较多的有源层，提高发光二极管的发光效率。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制备方法流程图；图2～图4是本专利技术实施例提供的一种实施例的外延片结构流程图。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。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制备方法流程图，以下结合图1对本专利技术实施例进行说明，需要说明的是，本专利技术实施例通过VeecoK465iorC4MOCVD(MetalOrganicChemicalVaporDeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现该外延片的生长，但本专利技术并不受其限制。如图1所示，该制备方法包括：S1：提供一衬底。其中，衬底可使用蓝宝石衬底。可选地，本制备方法还可包括，对衬底进行退火处理。以获得表面质量较好的较为干净的衬底，有利于保证在衬底上生长的外延层的质量。其中，对衬底进行退火可包括：在氢气气氛下对衬底进行高温处理5～6min，处理的温度为1000℃～1100℃，对衬底进行处理时反应室的压力为200Torr～500Torr。S2：在衬底上生长GaN缓冲层。其中，GaN缓冲层的厚度可为15～30nm。GaN缓冲层的生长温度可为530～560℃，GaN缓冲层的生长压力可为200～500torr。在此条件下生长得到的GaN缓冲层的质量较好。S3：在GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层。其中，未掺杂GaN层的生长温度可为1000℃-1100℃，生长压力可为200Torr～600Torr。在此条件下生长得到的未掺杂GaN层的质量较好。未掺杂GaN层的厚度可为2～3.5um。S4：在未掺杂GaN层上生长N型GaN层。N型GaN层的厚度可为2-3um。N型GaN层的生长温度可为1100℃～1150℃，生长压力可为200～300Torr。在此条件下得到的N型GaN层的质量较好。可选地，N型GaN层的掺杂元素可为Si元素。执行完步骤S4之后的外延片的结构可见图2，此时外延片包括衬底1及依次层叠在衬底1上的GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型GaN层4。S5：在N型GaN层上生长有源层。其中，有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层。其中，第一子层、第二子层、第三子层均包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层。第一子层中InGaN阱层的生长温度、第二子层中InGaN阱层的生长温度与第三子层中InGaN阱层的生长本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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：提供一衬底；在所述衬底上生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层；在所述有源层上生长电子阻挡层；在所述电子阻挡层上生长P型GaN层，其中，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层均包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层，所述第一子层中InGaN阱层的生长温度、所述第二子层中InGaN阱层的生长温度与所述第三子层中InGaN阱层的生长温度相同，所述第一子层中GaN垒层的生长温度采用所述第一子层中InGaN阱层的生长温度，所述第二子层中GaN垒层的生长温度大于第一子层中GaN垒层的生长温度，所述第三子层中GaN垒层的生长温度大于所述第二子层中GaN垒层的生长温度，所述第一子层中的GaN垒层、所述第二子层中的GaN垒层与所述第三子层中的GaN垒层均在包括有H2的气体氛围下生长。

【技术特征摘要】
1.一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：提供一衬底；在所述衬底上生长GaN缓冲层；在所述GaN缓冲层上生长未掺杂GaN层；在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；在所述N型GaN层上生长有源层，所述有源层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层；在所述有源层上生长电子阻挡层；在所述电子阻挡层上生长P型GaN层，其中，所述第一子层、所述第二子层、所述第三子层均包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层，所述第一子层中InGaN阱层的生长温度、所述第二子层中InGaN阱层的生长温度与所述第三子层中InGaN阱层的生长温度相同，所述第一子层中GaN垒层的生长温度采用所述第一子层中InGaN阱层的生长温度，所述第二子层中GaN垒层的生长温度大于第一子层中GaN垒层的生长温度，所述第三子层中GaN垒层的生长温度大于所述第二子层中GaN垒层的生长温度，所述第一子层中的GaN垒层、所述第二子层中的GaN垒层与所述第三子层中的GaN垒层均在包括有H2的气体氛围下生长。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，在生长所述有源层中InGaN阱层时，向反应室内通入NH3及N2；在生长所述有源层中GaN垒层时，向反应室内通NH3、N2及H2。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，生长所述有源层的GaN垒层时，向所述反应室内通入的N2与H2的流量比值为2:1～5:1。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，生长...

【专利技术属性】
技术研发人员：从颖，姚振，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