紫外LED外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种紫外LED外延片及其制备方法，其中，紫外LED外延片中包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。可有效减小紫外LED外延结构中n型AlGaN电流扩展层受到的张应力，避免外延层中的裂纹；及降低n型AlGaN电流扩展层中的晶体缺陷密度，提高紫外LED光效和可靠性。

UV LED epitaxial wafer and its preparation

The invention provides a UV LED epitaxial sheet and a preparation method thereof, wherein, the UV LED epitaxial sheet includes a growth substrate, a low defect density GaN layer, a graphics middle layer, an n-type AlGaN current expansion layer, an active region light-emitting layer and a p-type current expansion layer, and the low defect density GaN layer, a graphics middle layer, an n-type AlGaN current expansion layer, an active region light-emitting layer and a p-type current expansion layer are successively generated It is longer than the surface of the growing substrate, and the middle layer of the pattern is composed of Gan stripe patterns, with thickness of 1000-1500nm, width of 1-10 \u03bc m, and interval between adjacent stripe patterns of 1-10 \u03bc M. It can effectively reduce the tensile stress of n-type AlGaN current growth layer in the epitaxial structure of UV LED, avoid the cracks in the epitaxial layer, and reduce the density of crystal defects in the n-type AlGaN current growth layer, so as to improve the optical efficiency and reliability of UV LED.

【技术实现步骤摘要】
紫外LED外延片及其制备方法
本专利技术涉及LED
，尤其是一种紫外LED外延片及其制备方法。
技术介绍
在波长短于385nm的(Al)GaN基紫外LED结构中，通常会使用n型AlGaN层替代n型GaN作为n型电流扩展层，以减少对有源区发射紫外光子的吸收。但是，由于Al原子的表面迁移率很低，在衬底上直接生长n型AlGaN比较困难，会导致高密度的晶体缺陷，制约紫外LED的发光效率和可靠性。为了减少紫外LED中n型AlGaN层的晶体缺陷，一般会在衬底上先生长一层低缺陷密度的GaN，之后再生长n型AlGaN电流扩展层。但由于晶格常数差异，AlGaN在GaN上会受到较大的张应力，很容易产生高密度的破坏性裂纹。另外，在波长短于385nm的(Al)GaN基紫外LED芯片的制程中，需要完全去掉n型AlGaN电流扩展层之前的GaN外延层以消除GaN对紫外光的强烈吸收。由于外延片内和外延片间的厚度并不均匀，设定刻蚀深度的传统方法并不能保证GaN外延层被刻蚀完全。
技术实现思路
为了克服以上不足，本专利技术提供了一种紫外LED外延片及其制备方法，有效缓解现有紫外LED外延片中出现的压应力较大等技术问题。本专利技术提供的技术方案为：一种紫外LED外延片，包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，所述低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于所述生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。本专利技术还提供了一种紫外LED外延片制备方法，包括：S1在MOCVD系统中，在生长衬底表面生长低缺陷密度GaN层；S2将生长有低缺陷密度GaN层的生长衬底从MOCVD系统中降温取出，采用光刻工艺在所述低缺陷密度GaN层上制备图形中间层；所述图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间；S3将表面制备有低缺陷密度GaN层和图形中间层的生长衬底放入MOCVD系统中，在高温、低压、高V/III比的外延横向生长条件下生长n型电流扩展层，同时保持图形中间层的条形柱子之间的中空结构，而后在n型AlGaN电流扩展层上依次生长有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外LED外延片的制备。在本专利技术提供的紫外LED外延片中，在生长衬底上生长一层低缺陷密度GaN层后在该GaN层上制作微米尺寸的图形中间层；之后，利用外延横向生长技术在GaN条状图形(图形中间层)上生长平整的n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层。可有效减小紫外LED外延结构中n型AlGaN电流扩展层受到的张应力，避免外延层中的裂纹；及降低n型AlGaN电流扩展层中的晶体缺陷密度，提高紫外LED光效和可靠性。再有，在后续的芯片制程粗化工艺中，相比于没有图形中间层的结构，腐蚀液对图形中间层沟槽的横向钻蚀可以更加精准的完全去除GaN层，并同时在芯片表面产生粗化形貌。附图说明图1为本专利技术中紫外LED外延片结构示意图；图2～4为本专利技术中紫外LED外延片制备流程图。附图标记：1-生长衬底，2-低缺陷密度GaN层，3-图形中间层，4-n型AlGaN电流扩展层，5-有源区发光层，6-p型电流扩展层。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术实施案例或现有技术中的技术方案，下面将对照附图说明本专利技术的具体实施方式。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，并获得其他的实施方式。如图1所示为本专利技术提供的紫外LED外延片结构示意图，包括：生长衬底1、低缺陷密度GaN层2、图形中间层3、n型AlGaN电流扩展层4、有源区发光层5(InGaN/AlGaN多量子阱结构)及p型电流扩展层6(AlGaN层)，低缺陷密度GaN层2、图形中间层3、n型AlGaN电流扩展层4、有源区发光层5及p型电流扩展层6依次生长于生长衬底表面，其中，图形中间层3由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。在生长过程中，首先，在MOCVD系统中，在生长衬底表面生长厚度在1000～1500nm之间的低缺陷密度GaN层，如图2所示；之后，将外延片从MOCVD系统中降温取出，采用光刻工艺在低缺陷密度GaN层上制备图形中间层(蚀刻低缺陷密度GaN层得到)，其中，图形中间层厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间，如图3所示；接着，将制有图形中间层的外延片放入MOCVD系统中，在图形中间层表面继续生长n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，完成紫外LED外延片的制备，如图4所示。以下通过一实例对紫外LED外延片的制备过程进行进一步说明：首先，将蓝宝石衬底放置到MOCVD反应室中，将反应室温度设定在800～1200℃，往反应室中通入三甲基镓(TMGa)、氨气(NH3)，在H2作为载气的条件下生长厚度为1200nm的低缺陷密度GaN层。接着，将MOCVD设备降温后取出外延片，并用BOE清洗液对外延片表面进行清洗；之后，使用光刻胶在外延片表面制备高度为2μm、宽度为10μm的条状图形，且条状图形之间的间隔为10μm。接着，对低缺陷密度GaN层进行ICP刻蚀，得到高度为1.5μm、宽度为10μm、间隔为10μm的GAN条状图形，完成图形中间层的制备。接着，将光刻后的外延片放回MOCVD设备，将反应时温度设定在1100℃左右，气压设定在70torr，往反应室中通入三甲基镓(TMGa)、三甲基铝(TMAl)及氨气(NH3)，以硅烷(SiH4)作为掺杂剂，掺杂浓度为8×1018cm-3，生长n型电流扩展层，生长出来的n型电流扩展层为Al组分7％的n型Al0.07Ga0.93N层，厚度3000nm。之后，以氮气(N2)作为载气，在800℃下生长In0.02Ga0.98N量子阱层，升温到950℃，生长Al0.15Ga0.85N势垒层，重复生长7对制备得到有源发光层。具体，有源发光层为7对In0.02Ga0.98N/Al0.15Ga0.85N(3nm/15nm)多量子阱结构，发光波长约为365nm，属于近紫外波段。Al0.15Ga0.85N势垒层中硅掺杂浓度为2×1018cm-3，In0.02Ga0.98N量子阱层为非故意掺杂。最后，以H2或者N2作为载气，通入TMAl、TMGa及NH3，且以二茂镁(Cp2Mg)作为掺杂剂在外延生长温度为900℃～1000℃的条件下生长p型电流扩展层5，厚度为80nm。应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是本专利技术的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种紫外LED外延片，其特征在于，包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，所述低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于所述生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。/n

【技术特征摘要】
1.一种紫外LED外延片，其特征在于，包括：生长衬底、低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层，所述低缺陷密度GaN层、图形中间层、n型AlGaN电流扩展层、有源区发光层及p型电流扩展层依次生长于所述生长衬底表面，其中，图形中间层由GaN条状图形组成，厚度在1000～1500nm之间，宽度在1～10μm，相邻条状图形之间的间隔在1～10μm之间。


2.如权利要求1所述的紫外LED外延片，其特征在于，所述低缺陷密度GaN层的厚度在1000～1500nm之间。


3.一种紫外LED外延片制备方法，其特征在于，包括：
S1在MOCVD系统中，在生长衬...

【专利技术属性】
技术研发人员：付羿，刘卫，刘乐功，彭翔，
申请(专利权)人：晶能光电江西有限公司，
类型：发明
国别省市：江西;36