发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管技术

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、发光二极管，涉及半导体光电器件领域。发光二极管外延片包括衬底和依次生长于衬底上的AlN缓冲层、复合插入层、U

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管


[0001]本专利技术涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种发光二极管外延片及其制备方法、发光二极管。

技术介绍

[0002]在GaN基发光二极管外延片制作过程中，目前通常采用异质衬底包括蓝宝石、SiC和Si等。由于异质外延生长时，GaN外延层与衬底之间存在极大的晶格失配和热失配，导致的位错和缺陷，严重影响外延片的表面平整度，并且由于缺陷进入多量子阱层中，成为非辐射复合中心，严重影响发光二极管的发光效率。
[0003]为了解决改善由于晶格失配带来的晶格质量下降问题，在外延生长前先在衬底上生长缓冲层，现在大多是用PVD方法制备AlN缓冲层，再通过MOCVD方法生长三维生长层、填平层、二维生长层、N型GaN层、多量子阱层和P型GaN层。但是用PVD法制备的AlN缓冲层较为平滑，导致三维生长的GaN层不容易生长，从而容易导致生长出的GaN三维岛大小不一致，分布不均匀，使得三维岛合并时产生的缺陷过多，从而影响外延片表面平整度、抗静电能力和发光强度。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管外延片及其制备方法，其可有效提升发光二极管的发光效率、抗静电能力。
[0005]本专利技术还要解决的技术问题在于，提供一种发光二极管，其发光效率高，抗静电能力强。
[0006]为了解决上述问题，本专利技术公开了一种发光二极管外延片，其包括衬底和依次生长于所述衬底上的AlN缓冲层、复合插入层、U
‑
GaN层、N
‑
GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
‑
GaN层；其中，所述复合插入层包括依次生长于所述AlN缓冲层上的In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层和Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层，所述In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层表面设有经H2刻蚀处理形成的粗化结构；其中，x为0.2
‑
0.5，y为0.05
‑
0.1，a为0.01
‑
0.05，b为0.1
‑
0.5；所述U
‑
GaN层包括依次生长于所述复合插入层上的三维生长层、填平层和二维生长层。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述复合插入层的总厚度为10
‑
30nm，所述In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层的厚度为5
‑
10nm，所述Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层的厚度为2
‑
15nm；所述三维生长层的厚度为0.3
‑
1μm，所述填平层的厚度为0.5
‑
1μm，所述二维生长层的厚度为0.5
‑
1.5μm。
[0008]作为上述技术方案的改进，H2刻蚀处理的温度为900
‑
1000℃，处理时间为2
‑
10s；所述Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层生长完成后采用NH3进行退火处理，其中，退火温度为800
‑
900℃，退火处理时间为2
‑
10s。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层包括2
‑
5个分次生长的子层，每个
进行处理，NH3处理可有效释放Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层生长时所积累的应力，使得形核岛的尺寸更加均匀，分布更加均匀，这种形核岛在长大合并后所产生的缺陷很小，有效减少了量子阱层的缺陷，提升了发光效率和抗静电能力。
附图说明
[0019]图1是本专利技术一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术一实施例中复合插入层的结构示意图；图3是本专利技术另一实施例中复合插入层的结构示意图；图4是本专利技术又一实施例中复合插入层的结构示意图；图5是本专利技术又一实施例中复合插入层的结构示意图；图6是本专利技术一实施例中发光二极管外延片的制备方法流程图。
具体实施方式
[0020]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本专利技术作进一步地详细描述。
[0021]参考图1和图2，本专利技术公开了一种发光二极管外延片，包括衬底1和依次生长于衬底1上的AlN缓冲层2、复合插入层3、U
‑
GaN层4、N
‑
GaN层5、多量子阱层6、电子阻挡层7和P
‑
GaN层8。其中，复合插入层3包括依次生长于AlN缓冲层2上的In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层31和Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层32，且In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层31表面设有经H2刻蚀处理形成的粗化结构。该粗化结构在后期Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层生长后形成了形核岛，为U
‑
GaN层4中的三维生长层41提供了良好的生长基础，使得三维生长层41产生的三维岛分布均匀，一致性强，累积应力小。进而在三维生长层41的岛与岛合并时界面处产生的位错缺陷少，从而提升了发光二极发光效率和抗静电能力，增加表面平整度。
[0022]其中，In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层31中In的原子半径较大，在后续H2刻蚀过程中会与H2发生反应脱附，进而形成粗化结构。此外，较大的In原子还会产生与AlN缓冲层2相反的压应力，降低In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层31产生的应力。具体的，In组分的占比（即x）为0.2
‑
0.5，当x＜0.2时，In占比过小，难以形成粗化结构；当x＞0.5时，与AlN缓冲层2之间的应力会增大，反而会降低发光效率。示例性的，x为0.25、0.3、0.35、0.4、0.45或0.48，但不限与此。
[0023]In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底和依次生长于所述衬底上的AlN缓冲层、复合插入层、U
‑
GaN层、N
‑
GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P
‑
GaN层；其中，所述复合插入层包括依次生长于所述AlN缓冲层上的In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层和Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层，所述In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层表面设有经H2刻蚀处理形成的粗化结构；其中，x为0.2
‑
0.5，y为0.05
‑
0.1，a为0.01
‑
0.05，b为0.1
‑
0.5；所述U
‑
GaN层包括依次生长于所述复合插入层上的三维生长层、填平层和二维生长层。2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述复合插入层的总厚度为10
‑
30nm，所述In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层的厚度为5
‑
10nm，所述Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层的厚度为2
‑
15nm；所述三维生长层的厚度为0.3
‑
1μm，所述填平层的厚度为0.5
‑
1μm，所述二维生长层的厚度为0.5
‑
1.5μm。3.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，H2刻蚀处理的温度为900
‑
1000℃，处理时间为2
‑
10s；所述Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层生长完成后采用NH3进行退火处理，其中，退火温度为800
‑
900℃，退火处理时间为2
‑
10s。4.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层包括2
‑
5个分次生长的子层，每个子层生长完成后均采用NH3进行退火处理，其中，退火温度为800
‑
900℃，退火处理时间为2
‑
10s。5.如权利要求1
‑
4任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述In
x
Al
y
N1‑
x
‑
y
层和Al
a
In
b
Ga1‑
a
‑
b
N层之间还生长有MgN层，所述MgN层中Mg组分的占比为0.05
‑
0.2，所述MgN层的厚度为1
‑
3nm。6.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1
‑
5任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：提供衬底，在所述衬底上依次生长AlN缓冲层、复合插入层、U
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：张彩霞，印从飞，程金连，胡加辉，金从龙，
申请(专利权)人：江西兆驰半导体有限公司，
类型：发明
国别省市：