一种氮化镓基LED外延片及其生产方法技术

本发明专利技术提供了一种氮化镓基LED外延片及其生产方法，该外延片的结构自下而上依次为衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、多量子有源层、低温P型氮化镓层、P型铝镓氮层、高温P型氮化镓层和P型接触层，本发明专利技术还涉及前述的外延片的结构的生产方法，所述生长方法包括如下步骤：在高纯氮气的条件下，净化衬底，然后依次在净化后的衬底上生长低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、多量子有源层、低温P型氮化镓层、P型铝镓氮层、高温P型氮化镓层和P型接触层。本发明专利技术结构简单，方法容易实现，效果明显，其方法制得的产品具有外观表面具有岛状结构，表面粗化分布。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于半导体
，具体地，涉及一种氮化镓基LED外延片及其生产方法。
技术介绍
发光二极管(LED,Light Emitting Diode)是一种半导体固体发光器件,其利用半导体PN结作为发光材料，可以直接将电转换为光。当半导体PN结的两端加上正向电压后，注入PN结中的少数载流子和多数载流子发生复合，放出过剩的能量而引起光子发射，直接发出各种颜色的光。以氮化镓为代表的III族氮化物是直接带隙的宽禁带半导体材料，具有电子飘移饱和速度高，热导率好、强化学键、耐高温以及抗腐蚀等优良性能。其三元合金铟镓氮(InGaN)带隙从0.7eV氮化铟(InN)到3.4eV氮化镓(GaN)连续可调，发光波长覆盖了可见光和近紫外光的整个区域。LED发光效率是衡量LED器件好坏至关重要的指标之一，而提高LED器件的提取效率已经成为提高发光效率的主要因素。当光线由LED有源区射到空气的过程中，由于氮化镓材料折射率非常高等原因，会在界面发生全反射，全反射临界角很小，有源区产生的光只有少数逃逸出材料体外，同时氮化镓材料的出射率仅为4%，因此LED的光提取效率还有很大的提升空间。
技术实现思路
针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种氮化镓基LED外延片及其生产方法。第一方面，本专利技术提供一种氮化镓基LED外延片，所述外延片自下而上依次为衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、多量子有源层、低温P型氮化镓层、P型铝镓氮层、高温P型氮化镓层和P型接触层。优选地，所述高温P型氮化镓层由第一高温P型氮化镓层和第二高温P型氮化镓层构成。优选地，所述第一高温P型氮化镓层的厚度为100 400nm，所述第二高温P型氮化镓层的厚度为100 400nm。优选地，所述低温氮化镓缓冲层的厚度为20 30nm、非掺杂氮化镓层的厚度为0.5 2um、N型氮化镓层的厚度为1.2 4.2um、多量子阱层的厚度为2 5nm、多量子有源层的厚度为2 5nm、低温P型氮化镓层的厚度为10 100nm、P型铝镓氮层的厚度为10 50nm、高温P型氮化镓层的厚度为200 800nm、P型接触层的厚度为5 20nm。第二方面，本专利技术还涉及一种前述的氮化镓基LED外延片的生产方法，所述生产方法包括如下步骤:步骤I，在氢气或氮气的条件下，净化处理衬底；步骤2，在净化后的衬底上生长低温氮化镓缓冲层；步骤3，生长非掺杂氮化镓层；步骤4，生长N型氮化镓层；步骤5，生长多量子阱层；步骤6，生长多量子有源层；步骤7，生长低温P型氮化镓层；步骤8，生长P型铝镓氮层；步骤9，生长高温P型氮化镓层；步骤10，生长P型接触层；优选地，步骤I中，所述净化处理具体为:在1000 1200°C清洁处理，时间为5-20min，所述衬底为适合GaN基半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石、GaN和碳化硅(SiC)单晶。优选地，步骤2中，所述生长的温度为500 650°C，生长压力为300 760Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为10:1200。优选地，步骤3中，所述生长的温度为1000 1200°C，生长压力为100 500Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为150:2000。优选地，步骤4中，所述生长的温度为1000 1200°C，生长压力为100 600Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为100:2500。优选地，步骤5中，所述生长温度为720 920°C，生长压力为100 600Torr之间，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为200:5000，其中所述多量子阱层为2 15个周期的InxGai_xN/GaN (0<x<0.4)多量子阱组成，I个周期的InxGai_xN/GaN量子阱厚度为2 5nm。优选地，步骤6中，所述生长温度在820 920°C，生长压力为100 500 Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为300:5000，所述多量子有源层中的In的摩尔组分含量与多量子阱层的相同，在10%-50%之间；垒层厚度不变。优选地，步骤7中，所述生长温度在620 820°C，生长时间为5 35min，生长压力为100 500Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为300:4800。优选地，步骤8中，所述生长温度在900 1100°C，生长时间为5 15min，压力在50 500Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为5:800，Al的摩尔组分含量俄日10% 30%。优选地，步骤9中，所述生长温度在850 950°C，生长时间为3 15min，生长压力在100 500Torr之间，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为200:600，氨气的流量为10 60升每/min，三甲基镓的摩尔流量为2.31X 10_4 5.20X 10_3摩尔/min，二茂镁的摩尔流量为2.7 X Kr4 7.72 X Kr3摩尔/min。优选地，步骤10中，所述生长温度在850 1050°C，生长时间为I lOmin，压力在100 500Torr，其中生产过程中，五族元素与三族元素的摩尔比为1000:4000，氨气的流量为10 40升/min。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果:本专利技术通过外延结构生长过程中采用光面粗化技术，制得的产品具有变化的外观表面，可以减少光线在出光表面的全反射，增加光子逃逸机会，可以大大提高光子逃逸出LED器件的概率，有效提高器件的发光效率。具体实施例方式下面结合具体实施例对本专利技术进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本专利技术，但不以任何形式限制本专利技术。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本专利技术的保护范围。实施例本实施例涉及一种氮化镓基LED外延片，所述外延片自下而上依次为衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、多量子有源层、低温P型氮化镓层、P型铝镓氮层、高温P型氮化镓层和P型接触层。进一步地，所述高温P型氮化镓层由第一高温P型氮化镓层和第二高温P型氮化镓层构成。进一步地，所述第一高温P型氮化镓层的厚度为100 400nm，所述第二高温P型氮化镓层的厚度为100 400nm。进一步地，所述低温氮化镓缓冲层的厚度为20 30nm、非掺杂氮化镓层的厚度为0.5 2um、N型氮化镓层的厚度为1.2 4.2um、多量子阱层的厚度为2 5nm、多量子有源层的厚度为2 5nm、低温P型氮化镓层的厚度为10 100nm、P型铝镓氮层的厚度为10 50nm、高温P型氮化镓层的厚度为200 800nm、P型接触层的厚度为5 20nm。本实施例还涉及一种前述的氮化镓基LED外延片的生产方法，所述生产方法包括如下步骤:步骤1，在氢气或氮气的条件下，在1000 1200°C清洁处理，时间为5 20min，进而达到净化处理衬底的目的，其中衬底选为适合GaN基半导体外延材料生长的材料，如蓝宝石、GaN和碳化硅(SiC)单晶等。步骤2，在净化后的衬底上，同时在生长的温度为500 650°C，生长压力为300 760Torr，其中生产过程中，五本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基LED外延片，其特征在于，所述外延片自下而上依次为衬底、低温氮化镓缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、多量子有源层、低温P型氮化镓层、P型铝镓氮层、高温P型氮化镓层和P型接触层。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：郭丽彬，李刚，刘仁锁，蒋利民，
申请(专利权)人：合肥彩虹蓝光科技有限公司，
类型：发明
国别省市：