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硅衬底，设于硅衬底背面的热应力补偿层，依次设于硅衬底正面的非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；其中，所述热应力补偿层为TiScSi层。实施本发明专利技术，可有效提升外延片的成品率和发光效率。外延片的成品率和发光效率。外延片的成品率和发光效率。

【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]相比于蓝宝石和SiC衬底，硅衬底具有诸多优势，如结晶质量高、尺寸大、价格便宜等。但由于Si和半导体材料之间存在较大的晶格失配、热失配等问题，导致外延薄膜出现翘曲、表面形貌不均匀等缺陷，从而影响了发光二极管的成品率、发光效率。

技术实现思路

[0003]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成品率、发光效率。
[0004]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。
[0005]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，其包括硅衬底，设于硅衬底背面的热应力补偿层，依次设于硅衬底正面的非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；其中，所述热应力补偿层为TiScSi层。
[0006]作为上述技术方案的改进，所述热应力补偿层包括靠近所述硅衬底设置的第一热应力补偿层和远离所述硅衬底设置的第二热应力补偿层，所述第一热应力补偿层为Ti
a
Sc
b
Si层，所述第二热应力补偿层为Ti
α
Sc
β
Si层；其中，a为0.003
‑
0.1，b为0.02
‑
0.1，α为0.005
‑<br/>0.2，β为0.04
‑
0.1，且a＜α，b＜β。
[0007]作为上述技术方案的改进，所述第一热应力补偿层的厚度为15
‑
100nm，第二热应力补偿层的厚度为10
‑
100nm。
[0008]作为上述技术方案的改进，所述硅衬底与所述非掺杂AlGaN层之间设有插入层，所述插入层包括依次层叠于所述硅衬底上的第一子层和第二子层；其中，第一子层为Sc层，第二子层包括依次层叠于所述第一子层上的AInGaN层和BGaN层，其中，A为硼或铝。
[0009]作为上述技术方案的改进，所述第一子层的厚度为1
‑
6nm，所述第二子层的厚度为2
‑
20nm；所述AInGaN层的厚度为1
‑
8nm，所述BGaN层的厚度为1
‑
8nm。
[0010]作为上述技术方案的改进，所述第二子层为周期性结构，周期数为2
‑
5；单个AInGaN层的厚度为1
‑
2nm，单个BGaN层的厚度为1
‑
2nm。
[0011]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的发光二极管外延片，其包括：提供硅衬底，在所述硅衬底背面生长热应力补偿层，在所述硅衬底的正面依次生长非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；其中，所述热应力补偿层为TiScSi层，其制备方法为：在20
‑
100torr、700
‑
850℃下
向MOCVD反应室中通入Si源和Ti源，沉积5
‑
30s后通入Sc源，在100
‑
600℃下沉积2
‑
30s。
[0012]作为上述技术方案的改进，所述热应力补偿层包括靠近所述硅衬底设置的第一热应力补偿层和远离所述硅衬底设置的第二热应力补偿层；所述第一热应力补偿层的制备方法为：在20
‑
100torr、800
‑
850℃下向MOCVD反应室中通入Si源和Ti源，沉积10
‑
30s后通入Sc源，在400
‑
600℃下沉积5
‑
30s；所述第二热应力补偿层的制备方法为：在20
‑
100torr、700
‑
750℃下向MOCVD反应室中通入Si源和Ti源，沉积10
‑
30s后通入Sc源，在200
‑
400℃下沉积5
‑
30s。
[0013]作为上述技术方案的改进，所述硅衬底与所述非掺杂AlGaN层之间设有插入层，所述插入层包括依次层叠于所述硅衬底上的第一子层和第二子层；其中，第一子层为Sc层，第二子层包括依次层叠于第一子层上的AInGaN层和BGaN层，其中，A为硼或铝；所述第一子层通过PVD制成，其溅射功率为2
‑
5kW，溅射温度为300
‑
850℃，溅射压力为1
‑
50torr；所述第二子层通过MOCVD制成，其生长温度为600
‑
1000℃，生长压力50
‑
500torr。
[0014]相应的，本专利技术还公开了一种发光二极管，其包括上述的发光二极管外延片。
[0015]实施本专利技术，具有如下有益效果：1. 本专利技术的发光二极管外延片，在硅衬底背面设置了热应力补偿层，该热应力补偿层为TiScSi层，由于TiScSi的热膨胀系数比Si大，会在硅衬底中引入一定的压缩应力，达到降低翘曲，提升成品率的目的。同时，降低翘曲也提升了外延层整体的质量，提升了基于该外延片的发光二极管的发光效率。
[0016]2. 本专利技术的发光二极管外延片中，在硅衬底与非掺杂AlGaN层之间设有插入层，插入层包括依次层叠于硅衬底上的第一子层（Sc层）和第二子层；第二子层包括层叠于第一子层上的AInGaN层（A为B或Al）和BGaN层。其中，第一子层（Sc层）的热导率要远远高于硅衬底，有利于发光二极管的散热，提高器件的性能，第二子层（AInGaN层和BGaN层）引入的Al、B原子体积较小，可以插入或填充位错造成的空白位置，降低进入多量子阱层的位错浓度，提升基于该外延片的发光二极管的发光效率。
[0017]3. 本专利技术的发光二极管外延片中，插入层的第二子层为周期性结构，该周期性结构可减少压应力所导致的位错和裂纹，提高外延层的生长质量，进一步提升发光二极管的发光效率。
附图说明
[0018]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热应力补偿层的结构示意图；图3是本专利技术另一实施例中发光二极管外延片的结构示意图；图4是本专利技术一实施例中插入层的结构示意图；图5是本专利技术另一实施例中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
[0019]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。
[0020]参考图1，本专利技术公开了一种发光二极管外延片，包括硅衬底1，设于硅衬底1背面的热应力补偿层2，依次设于硅衬底1正面的非掺杂AlGaN层3、N型AlGaN层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、P型AlGaN层本文档来自技高网...

【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，包括硅衬底，设于硅衬底背面的热应力补偿层，依次设于硅衬底正面的非掺杂AlGaN层、N型AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层、P型AlGaN层和P型接触层；其中，所述热应力补偿层为TiScSi层。2.如权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述热应力补偿层包括靠近所述硅衬底设置的第一热应力补偿层和远离所述硅衬底设置的第二热应力补偿层，所述第一热应力补偿层为Ti
a
Sc
b
Si层，所述第二热应力补偿层为Ti
α
Sc
β
Si层；其中，a为0.003
‑
0.1，b为0.02
‑
0.1，α为0.005
‑
0.2，β为0.04
‑
0.1，且a＜α，b＜β。3.如权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一热应力补偿层的厚度为15
‑
100nm，第二热应力补偿层的厚度为10
‑
100nm。4.如权利要求1
‑
3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述硅衬底与所述非掺杂AlGaN层之间设有插入层，所述插入层包括依次层叠于所述硅衬底上的第一子层和第二子层；其中，第一子层为Sc层，第二子层包括依次层叠于所述第一子层上的AInGaN层和BGaN层，其中，A为硼或铝。5.如权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度为1
‑
6nm，所述第二子层的厚度为2
‑
20nm；所述AInGaN层的厚度为1
‑
8nm，所述BGaN层的厚度为1
‑
8nm。6.如权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层为周期性结构，周期数为2
‑
5；单个AInGaN层的厚度为1
‑
2nm，单个BGaN层的厚度为1
‑
2nm。7.一种发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1
‑
6任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，包括：提供硅衬底，在所述硅衬底背面生长热...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑文杰，程龙，高虹，刘春杨，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：