全文摘要
本发明公开了发光二极管外延片的制备方法，属于发光二极管制作领域。在多量子阱层的InGaN阱层与GaN垒层之间插入包括n个子层的GaN插入层。并控制GaN插入层中与InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于InGaN阱层的生长温度，与GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于GaN垒层的生长温度，低温可避免GaN插入层在InGaN阱层上生长时，InGaN阱层的表面出现较大的In析出现象，InGaN阱层中In的留存较为均匀，InGaN阱层中In的留存与分布较为均匀，二极管的发光均匀度有提高。析出的In进入GaN插入层而不是GaN垒层，可提高GaN垒层的质量。n个子层的生长温度沿n个子层的层叠方向逐渐升高，最后发光二极管的整体质量仍较好，发光二极管整体发光均匀度得到提高。
主设计要求
1.一种发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长n型层、多量子阱层与p型层，其特征在于，所述多量子阱层包括多个周期循环的复合结构，每个所述复合结构均包括依次层叠的InGaN阱层、GaN插入层及GaN垒层，所述GaN插入层包括n个子层，其中2≤n且n为整数，所述n个子层依次层叠在所述InGaN阱层上，与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于所述InGaN阱层的生长温度，与所述GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于所述GaN垒层的生长温度，所述n个子层的生长温度沿所述n个子层的层叠方向逐渐升高。
设计方案
1.一种发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长n型层、多量子阱层与p型层，
其特征在于，所述多量子阱层包括多个周期循环的复合结构，每个所述复合结构均包括依次层叠的InGaN阱层、GaN插入层及GaN垒层，所述GaN插入层包括n个子层，其中2≤n且n为整数，所述n个子层依次层叠在所述InGaN阱层上，
与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于所述InGaN阱层的生长温度，与所述GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于所述GaN垒层的生长温度，所述n个子层的生长温度沿所述n个子层的层叠方向逐渐升高。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，相接的两个所述子层的生长温度之差为10～25℃。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长温度与所述InGaN阱层的生长温度相等。
4.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述n个子层的生长厚度沿所述n个子层的层叠方向逐渐减小。
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长厚度为0.1～0.8nm。
6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，相接的两个所述子层的生长厚度之差为0.1～0.3nm。
7.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述GaN插入层的生长厚度小于所述InGaN阱层的生长厚度。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述GaN插入层的生长厚度为1～2.5nm。
9.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，所述GaN垒层的生长温度比与所述GaN垒层相接的一个子层的生长温度高50～100℃。
10.根据权利要求1～3任一项所述的制备方法，其特征在于，2≤n≤5。
设计说明书
技术领域
本发明涉及发光二极管制作领域，特别涉及一种发光二极管外延片的制备方法。
背景技术
LEDLight Emitting Diode，发光二极管是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等，提高芯片发光效率是LED不断追求的目标。
当前的发光二极管的外延片通常包括衬底及在衬底上依次生长的n型层、多量子阱层及p型层，多量子阱层包括交替层叠的InGaN阱层与GaN垒层。而通常GaN垒层需要在较高的温度下生长以保证多量子阱层整体的生长质量，GaN垒层以较高的生长温度在InGaN阱层的表面生长时，在高温下会使得InGaN阱层的表面析出大量的In到GaN垒层中，GaN垒层的质量受到影响，同时也会出现InGaN阱层中In分布不均，InGaN阱层发光波长不均的情况，最终影响发光二极管的发光效率。
发明内容
本发明实施例提供了发光二极管外延片的制备方法，能够提高发光二极管的发光效率。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长n型层、多量子阱层与p型层，
所述多量子阱层包括多个周期循环的复合结构，每个所述复合结构均包括依次层叠的InGaN阱层、GaN插入层及GaN垒层，所述GaN插入层包括n个子层，其中2≤n且n为整数，所述n个子层依次层叠在所述InGaN阱层上，
与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于所述InGaN阱层的生长温度，与所述GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于所述GaN垒层的生长温度，所述n个子层的生长温度沿所述n个子层的层叠方向逐渐升高。
可选地，相接的两个所述子层的生长温度之差为10～25℃。
可选地，与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长温度与所述InGaN阱层的生长温度相等。
可选地，所述n个子层的生长厚度沿所述n个子层的层叠方向逐渐减小。
可选地，与所述InGaN阱层相接的一个子层的生长厚度为0.1～0.8nm。
可选地，相接的两个所述子层的生长厚度之差为0.1～0.3nm。
可选地，所述GaN插入层的生长厚度小于所述InGaN阱层的生长厚度。
可选地，所述GaN插入层的生长厚度为1～2.5nm。
可选地，所述GaN垒层的生长温度比与所述GaN垒层相接的一个子层的生长温度高50～100℃。
可选地，2≤n≤5。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：在多量子阱层的InGaN阱层与GaN垒层之间插入包括n个子层的GaN插入层。并控制GaN插入层中与InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于InGaN阱层的生长温度，与GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于GaN垒层的生长温度，比GaN垒层低的生长温度可减小GaN插入层在InGaN阱层上生长时，InGaN阱层的表面会出现的In析出现象，InGaN阱层中In的留存较为均匀，后续GaN插入层的子层与GaN垒层生长时虽然温度较高，但由于后续GaN插入层的子层不是直接在InGaN阱层的表面上生长，所以InGaN阱层的表面的In析出反应较为轻微，In析出较少，InGaN阱层中In的留存与分布较为均匀，二极管的发光均匀度有提高。析出的In进入GaN插入层而不是GaN垒层，可提高GaN垒层的质量。再结合n个子层的生长温度沿n个子层的层叠方向逐渐升高，可以一定程度上保证GaN插入层本身的生长质量，抵消In析出到GaN插入层对GaN插入层造成的影响，最后发光二极管的多量子阱层的整体质量仍有提高，发光二极管整体发光均匀度得到提高，能够提高发光二极管的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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。
图1是本发明实施例提供的发光二极管外延片的制备方法流程图；
图2是本发明实施例提供的发光二极管外延片的另一种制备方法流程图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1是本发明实施例提供的发光二极管外延片的制备方法流程图，如图1所示，该制备方法包括：
S101：提供一衬底。
S102：在衬底上依次生长n型层、多量子阱层与p型层。多量子阱层包括多个周期循环的复合结构，每个复合结构均包括依次层叠的InGaN阱层、GaN插入层及GaN垒层，GaN插入层包括n个子层，其中2≤n且n为整数，n个子层依次层叠在InGaN阱层上。
与InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于InGaN阱层的生长温度，与GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于GaN垒层的生长温度，n个子层的生长温度沿n个子层的层叠方向逐渐升高。
在多量子阱层的InGaN阱层与GaN垒层之间插入包括n个子层的GaN插入层。并控制GaN插入层中与InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于InGaN阱层的生长温度，与GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于GaN垒层的生长温度，比GaN垒层低的生长温度可减小GaN插入层在InGaN阱层上生长时，InGaN阱层的表面会出现的In析出现象，InGaN阱层中In的留存较为均匀，后续GaN插入层的子层与GaN垒层生长时虽然温度较高，但由于后续GaN插入层的子层不是直接在InGaN阱层的表面上生长，所以InGaN阱层的表面的In析出反应较为轻微，In析出较少，InGaN阱层中In的留存与分布较为均匀，二极管的发光均匀度有提高。析出的In进入GaN插入层而不是GaN垒层，可提高GaN垒层的质量。再结合n个子层的生长温度沿n个子层的层叠方向逐渐升高，可以一定程度上保证GaN插入层本身的生长质量，抵消In析出到GaN插入层对GaN插入层造成的影响，最后发光二极管的多量子阱层的整体质量仍有提高，发光二极管整体发光均匀度得到提高，能够提高发光二极管的发光效率。
图2是本发明实施例提供的发光二极管外延片的另一种制备方法流程图，如图2所示，该制备方法包括：
S201：提供一衬底。
可选地，衬底可为蓝宝石。
示例性地，步骤S201可包括：
在氢气气氛下，高温处理衬底5～6min。其中，处理衬底时反应室的温度为1000～1100℃，反应室压力控制在200～500torr。这一步骤可去除一些衬底表面的杂质，保证在衬底上直接生长的外延片的质量。
S202：在衬底上生长n型层。
步骤S202可包括：在衬底上依次生长低温GaN缓冲层、高温GaN缓冲层与n型GaN层。
其中，低温GaN缓冲层可生长在蓝宝石衬底的[0001]面上。得到的外延片的质量较好。
示例性地，生长低温GaN缓冲层时，反应室的压力可为200～500torr，反应室的温度可为530～560℃。
低温GaN缓冲层的厚度可为15～30nm。
高温GaN缓冲层可以为不掺杂的GaN层，高温GaN缓冲层的厚度可为2～3.5um。生长高温GaN缓冲层时，反应室温度可为1000～1100℃，反应室压力控制在200～600torr。此时最终得到的外延片的质量较好。
n型GaN层可以为掺Si的GaN层，n型GaN层的厚度可为2～3um。生长n型GaN层时，反应室温度可为1000～1100℃，反应室压力可控制在200～300torr。
需要说明的是，此处所说明的n型层的结构仅为示例用，在本发明的其他实施例中，n型层也可包括AlN缓冲层与n型GaN层或者其他结构，本发明对此不做限制。
S203：在n型层上生长多量子阱层。多量子阱层包括多个周期循环的复合结构，每个复合结构均包括依次层叠的InGaN阱层、GaN插入层及GaN垒层，GaN插入层包括n个子层，其中2≤n且n为整数，n个子层依次层叠在InGaN阱层上。
与InGaN阱层相接的一个子层的生长温度大于或等于InGaN阱层的生长温度，与GaN垒层相接的一个子层的生长温度小于GaN垒层的生长温度，n个子层的生长温度沿n个子层的层叠方向逐渐升高。
可选地，与InGaN阱层相接的一个子层的生长温度与InGaN阱层的生长温度相等。此时InGaN阱层中会出现的In的析出量较少，得到的多量子阱的整体质量较好。
可选地，相接的两个子层的生长温度之差可为10～25℃。
相接的两个子层的生长温度之差为10～25℃时，GaN插入层整体起到的In组分稳定和均匀的作用较好，并且不会引起过多的In析出情况，得到的多量子阱的整体质量较好。
可选地，n个子层的生长厚度可沿n个子层的层叠方向逐渐减小。
n个子层的生长厚度可沿n个子层的层叠方向逐渐减小，这种设置可以减小n个子层生长时逐渐升温对InGaN阱层可能带来的影响，减小In析出的可能，同时也可有效避免InGaN阱层中析出的In渗入GaN垒层，最后整体得到的发光二极管的质量较好。
示例性地，与InGaN阱层相接的一个子层的生长厚度可为0.1～0.8nm。
此时与InGaN阱层相接的一个子层可有效起到稳定InGaN阱层中In组分的作用，减小后续生长的子层对InGaN阱层造成影响，也可有效阻止析出的In进入后续子层，提高多量子阱层的质量。
可选地，相接的两个子层的生长厚度之差可为0.1～0.3nm。
相接的两个子层的生长厚度之差在此范围内时，得到的多量子阱层的质量较好。
示例性地，GaN插入层的生长厚度可小于InGaN阱层的生长厚度。
GaN插入层的生长厚度小于InGaN阱层的生长厚度，一方面节约了生产成本，另一方面此时GaN插入层的生长厚度较为合理，发光二极管的发光效率的提升也较快。
可选地，GaN插入层的生长厚度可为1～2.5nm。
GaN插入层的生长厚度在此范围内时得到的外延片的质量相对较好。
示例性地，GaN插入层中的n可满足：2≤n≤5。
2≤n≤5可保证起到保护InGaN阱层和GaN垒层的作用，又不会增加较多的生产成本。
示例性地，多量子阱层中的GaN垒层的生长温度可比与GaN垒层相接的一个子层的生长温度高50～100℃。
GaN垒层的生长温度比与GaN垒层相接的一个子层的生长温度高50～100℃，可以保证GaN垒层的生长质量，多量子阱层的整体质量也较好。
S204：在多量子阱层上生长p型层。
步骤S204可包括：在多量子阱层上依次生长电子阻挡层与p型GaN层。
其中，电子阻挡层可为掺Al、掺Mg的Aly<\/sub>Ga1～y<\/sub>N(y＝0.15～0.25)，电子阻挡层的厚度可为30～50nm。
可选地，生长电子阻挡层时反应室温度可为930～970℃，反应室压力可控制在100torr。得到的外延片的整体质量较好。
可选地，p型GaN层的厚度可为50～80nm。
示例性地，生长p型GaN层时，反应室温度可为940～980℃，反应室压力可控制在200～600torr。
需要说明的是，在本实施例中，可采用Veeco K465i or C4 MOCVD(Metal OrganicChemical Vapor Deposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现上述发光二极管的生长方法。采用高纯H 2<\/sub>(氢气)或高纯N2<\/sub>(氮气)或高纯H2<\/sub>和高纯N2<\/sub>的混合气体作为载气，高纯NH3<\/sub>作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2<\/sub>Mg)作为P型掺杂剂。
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，执行完步骤S204之后的外延片可如图3所示，衬底1上依次生长有n型层2、多量子阱层3与p型层4。n型层2包括低温GaN缓冲层21、高温GaN缓冲层22及n型GaN层23，多量子阱层3包括多个复合结构31，每个复合结构31均包括InGaN阱层311、GaN插入层312与GaN垒层313，GaN插入层312包括n个子层312a。
p型层4可包括电子阻挡层41与p型GaN层42。
需要说明的是，图3中所示的发光二极管的结构仅为示例用，便于本领域技术人员进一步了解本发明，并不用于对本发明进行限制。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
设计图
相关信息详情
申请码:申请号:CN201910604905.2
申请日:2019-07-05
公开号:CN110518096A
公开日:2019-11-29
国家:CN
国家/省市:32(江苏)
授权编号:授权时间:主分类号:H01L33/00
专利分类号:H01L33/00;H01L33/06
范畴分类:38F;
申请人:华灿光电（苏州）有限公司
第一申请人:华灿光电（苏州）有限公司
申请人地址:215600 江苏省苏州市张家港市经济开发区晨丰公路
发明人:从颖;姚振;胡加辉;李鹏
第一发明人:从颖
当前权利人:华灿光电（苏州）有限公司
代理人:羊淑梅
代理机构:11138
代理机构编号:北京三高永信知识产权代理有限责任公司 11138
优先权:关键词:当前状态:审核中
类型名称:外观设计