高光效的发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术提供一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法，该发光二极管外延片包括衬底以及在所述衬底上依次层叠设置的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层，在所述非掺杂GaN层和所述n型GaN层之间设有翘曲调控层，所述翘曲调控层包括张应变调控层和V型坑翘曲调变层。本发明专利技术通过沉积张应变调控层，将GaN外延层与异质衬底产生的应力抵消，降低极化效应；沉积V型坑翘曲调变层，可以缓冲有源区的失配应力。可以缓冲有源区的失配应力。可以缓冲有源区的失配应力。

【技术实现步骤摘要】
高光效的发光二极管外延片及其制备方法


[0001]本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着科学技术的不断进步，在半导体材料方面取得的成果也越来越明显，特别是Al、GaN、InN及其合金化合物等族氮化物半导体材料，更是得到了快速的发展。其中，GaN材料作为族化合物半导体材料的代表，由于其拥有着优良的物理、化学性质和十分广泛的应用前景，逐渐成为研宄的热点。
[0003]目前，主要的 LED 厂商和研究单位都以蓝宝石作为衬底材料。其主要缺点是蓝宝石与GaN之间存在高达13.3%晶格失配和25.5%的热膨胀系数失配。较大的晶格失配会使得 GaN 外延材料中产生约108cm
‑3密度的位错。这些位错可充当非辐射复合中心，使得载流子被缺陷所捕获，降低LED的发光效率。而较大的热失配在降温过程中使得外延层中存在巨大的压应力，严重时甚至会在外延片中产生大量裂纹，导致外延片碎片。通常引入缓冲层来缓解衬底与GaN外延层的压应力，缓冲层通常采用AlN结构，沉积的GaN外延层的缺陷密度较高，影响LED的发光性能。

技术实现思路

[0004]基于此，本专利技术的目的是提供一种高光效的发光二极管外延片及其制备方法，以至少解决上述相关技术中的不足。
[0005]本专利技术提出一种高光效的发光二极管外延片，包括衬底以及在所述衬底上依次层叠设置的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层，在所述非掺杂GaN层和所述n型GaN层之间设有翘曲调控层，所述翘曲调控层包括张应变调控层和V型坑翘曲调变层，所述张应变调控层靠近所述非掺杂GaN层设置。
[0006]进一步的，所述张应变调控层包括AlN层、AlGaN层、AlON层、BN层、BGaN层、BAlGaN层中一种或几种层叠结构。
[0007]进一步的，所述张应变调控层的晶格常数小于GaN晶格常数。
[0008]进一步的，所述V型坑翘曲调变层包括低温GaN层，低温AlGaN层、低温InGaN层、低温GaAs层、低温MgGaN层中一种或几种层叠结构。
[0009]进一步的，所述V型坑翘曲调变层的碳浓度大于1E16 atoms/cm3。
[0010]进一步的，所述张应变调控层厚度为1nm ~100nm，所述V型坑翘曲调变层的厚度为50nm ~500nm。
[0011]本专利技术还提出一种高光效的发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的高光效的发光二极管外延片，所述制备方法包括：提供一衬底，并在所述衬底上沉积缓冲层；对沉积缓冲层后的衬底进行预处理，并在所述缓冲层上沉积非掺杂GaN层；
在所述非掺杂GaN层上以预设参数沉积翘曲调控层，并在所述翘曲调控层上依次沉积n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型GaN层，以得到所述发光二极管外延片。
[0012]进一步的，所述预设参数中，所述翘曲调控层的生长气氛为包含有N2、H2及NH3或包含有N2和NH3的混合气氛，所述翘曲调控层的生长压力为50 torr ~500 torr。
[0013]进一步的，所述翘曲调控层包括张应变调控层以及V型坑翘曲调变层，所述张应变调控层靠近所述非掺杂GaN层设置，所述张应变调控层的生长温度为900℃~1200℃，所述V型坑翘曲调变层的生长温度为500℃~1000℃。
[0014]进一步的，所述多量子阱层为交替堆叠的InGaN量子阱层和AlGaN量子垒层，堆叠周期数为6~12个，其中，InGaN量子阱层的生长温度为790℃~810℃、厚度为2 nm ~5nm、生长压力为50 torr ~300 torr，AlGaN量子垒层生长温度为800℃~900℃、厚度为5 nm ~15nm、生长压力为50 torr ~300 torr，Al组分为0.01~0.1。
[0015]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：通过沉积张应变调控层，其张应变调控层小于GaN晶格常数的其他材料，对GaN外延层产生压应力，形成面对张应变，将GaN外延层与异质衬底产生的应力抵消，降低极化效应；沉积V型坑翘曲调变层，可以缓冲有源区的失配应力，改善InGaN量子阱中的In含量较高，InGaN量子阱与n型GaN层之间存在较大的失配应力，导致InGaN量子阱中的In组分并入难、晶体缺陷多和极化电场大等问题；由于其沉积温度较低，缓解衬底与GaN外延层的热膨胀应力，并且其高C浓度可以诱使位错在形成V型坑，载流子远离V形坑底部的位错，从而达到屏蔽位错，抑制非辐射复合的作用，空穴借道V 形坑侧壁注入至平台量子阱中所需克服的势垒高度要比空穴从平台量子阱正上方直接注入所需克服的势垒高度要低，V 形坑有利于空穴的注入，提高发光二极管的发光效率。
附图说明
[0016]图1为本专利技术第一实施例中高光效的发光二极管外延片的结构示意图；图2为本专利技术第二实施例中高光效的发光二极管外延片的制备方法的流程图。
[0017]主要元件符号说明：如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本专利技术。
具体实施方式
[0018]为了便于理解本专利技术，下面将参照相关附图对本专利技术进行更全面的描述。附图中给出了本专利技术的若干实施例。但是，本专利技术可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本专利技术的公开内容更加透彻全面。
[0019]需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
[0020]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本专利技术的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本专利技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本专利技术。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0021]实施例一请参阅图1，所示为本专利技术第一实施例中的高光效的发光二极管外延片，包括衬底100，在衬底100上依次沉积缓冲层200、非掺杂GaN层300、n型GaN层500、多量子阱层600、电子阻挡层700和P型GaN层800，在n型GaN层500下面插入一层翘曲调控层400，翘曲调控层400包括张应变调控层410和V型坑翘曲调变层420；其中，所述张应变调控层410靠近所述非掺杂GaN层300设置，所述张应变调控层410包括AlN层、AlGaN层、AlON层、BN层、BGaN层、BAlGaN层等的一种或几种层叠结构，所述V型坑翘曲调变层420为C（碳）浓度大于1E16 atoms/cm3外延层，其包括低温GaN层，低温AlGaN层、低温InGaN层、低温GaAs层、低温MgGaN层等的一种或几种层叠结构，所述张应变调控层410厚度1~100 nm，所述V型坑翘本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高光效的发光二极管外延片，其特征在于，包括衬底以及在所述衬底上依次层叠设置的缓冲层、非掺杂GaN层、n型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层和P型GaN层，在所述非掺杂GaN层和所述n型GaN层之间设有翘曲调控层，所述翘曲调控层包括张应变调控层和V型坑翘曲调变层，所述张应变调控层靠近所述非掺杂GaN层设置。2.根据权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述张应变调控层包括AlN层、AlGaN层、AlON层、BN层、BGaN层、BAlGaN层中一种或几种层叠结构。3.根据权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述张应变调控层的晶格常数小于GaN晶格常数。4.根据权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述V型坑翘曲调变层包括低温GaN层，低温AlGaN层、低温InGaN层、低温GaAs层、低温MgGaN层中一种或几种层叠结构。5. 根据权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述V型坑翘曲调变层的碳浓度大于1E16 atoms/cm3。6. 根据权利要求1所述的高光效的发光二极管外延片，其特征在于，所述张应变调控层厚度为1nm ~100nm，所述V型坑翘曲调变层的厚度为50nm ~500nm。7.一种高光效的发光二极管外延片的制备方法，用于制备权利要求1
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6任一项所述的高光效的发光二...

【专利技术属性】
技术研发人员：程龙，郑文杰，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：