本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片及其生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱LED)的核心部分是由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成的晶片，在p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體之間有一個(gè)過渡層，稱為pn結(jié)。在pn結(jié)中，p型半導(dǎo)體注入的空穴與n型半導(dǎo)體注入的電子復(fù)合，多余的能量以光的形式釋放出來(lái)，把電能直接轉(zhuǎn)換為光能。

以氮化鎵為代表的Ⅲ族氮化物是直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有電子飄移飽和速度高，熱導(dǎo)率好、強(qiáng)化學(xué)鍵、耐高溫以及抗腐蝕等優(yōu)良性能，廣泛應(yīng)用于LED。GaN材料絕大多數(shù)生長(zhǎng)在藍(lán)寶石襯底上，GaN基材料與藍(lán)寶石襯底之間有較大的晶格失配度和較大的熱膨脹系數(shù)差異，導(dǎo)致GaN外延層內(nèi)產(chǎn)生高密度的缺陷造成電子溢流，同時(shí)底層缺陷延伸至有源區(qū)造成電子空穴的有效復(fù)合效率降低，降低了LED的發(fā)光效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)電子溢流和底層缺陷延伸至有源區(qū)的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片及其生長(zhǎng)方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在所述藍(lán)寶石襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、淺阱層、多量子阱層、低溫P型GaN層、P型電子阻擋層、高溫P型GaN層、P型接觸層，所述發(fā)光二極管外延片還包括層疊在所述淺阱層和所述多量子阱層之間的復(fù)合插入層，所述復(fù)合插入層包括依次層疊在所述淺阱層上的非摻雜GaN層、InN層、Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.4。

可選地，所述非摻雜GaN層的厚度為5～20nm。

可選地，所述InN層的厚度為1～4nm。

可選地，所述Al_xGa_1-xN層的厚度為5～20nm。

可選地，0.15＜x＜0.25。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長(zhǎng)方法，所述生長(zhǎng)方法包括：

在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)緩沖層；

在所述緩沖層上生長(zhǎng)未摻雜GaN層；

在所述未摻雜GaN層上生長(zhǎng)N型GaN層；

在所述N型GaN層上生長(zhǎng)淺阱層；

在所述淺阱層上生長(zhǎng)復(fù)合插入層；

在所述復(fù)合插入層上生長(zhǎng)多量子阱層；

在所述多量子阱層上生長(zhǎng)低溫P型GaN層；

在所述低溫P型GaN層上生長(zhǎng)P型電子阻擋層；

在所述P型電子阻擋層上生長(zhǎng)高溫P型GaN層；

在所述高溫P型GaN層上生長(zhǎng)P型接觸層；

其中，所述復(fù)合插入層包括依次層疊在所述淺阱層上的非摻雜GaN層、InN層、Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.4。

可選地，所述非摻雜GaN層的厚度為5～20nm。

可選地，所述InN層的厚度為1～4nm。

可選地，所述Al_xGa_1-xN層的厚度為5～20nm。

可選地，所述復(fù)合插入層的生長(zhǎng)溫度為750～850℃，所述復(fù)合插入層的生長(zhǎng)壓力為100～300Torr，所述非摻雜GaN層的Ⅴ/Ⅲ比為500～2000，所述InN層的Ⅴ/Ⅲ比為2000～5000，所述Al_xGa_1-xN層的Ⅴ/Ⅲ比為300～2000。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是：

通過在淺阱層和多量子阱層插入非摻雜GaN層、InN層、Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.4，Al_xGa_1-xN能夠有效阻止底部形成的位錯(cuò)延伸至有源區(qū)，減少電子溢流，極大地提高了器件的發(fā)光效率，使發(fā)光更均勻；同時(shí)Al_xGa_1-xN層能夠有效地提高勢(shì)壘高度，使電子聚集在InN層，而且InN作為窄禁帶半導(dǎo)體，能夠形成低勢(shì)阱區(qū)，使電子容易集聚在InN層，形成高遷移率的二維電子氣，提高電子和空穴的復(fù)合效率，進(jìn)一步提高器件的發(fā)光效率。另外，非摻雜GaN層可以防止InN層中的In向底層擴(kuò)散而造成電子溢流。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長(zhǎng)方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，參見圖1，該發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底1、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底1上的緩沖層2、未摻雜GaN層3、N型GaN層4、淺阱層5、復(fù)合插入層6、多量子阱層7、低溫P型GaN層8、P型電子阻擋層9、高溫P型GaN層10、P型接觸層11。

在本實(shí)施例中，復(fù)合插入層6包括依次層疊在淺阱層上的非摻雜GaN層、InN層、Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.4。

具體地，緩沖層2為GaN層。淺阱層5包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和GaN層，0＜x＜0.1。多量子阱層7包括交替層疊的In_yGa_1-yN層和GaN層，0.2＜x＜0.5。P型電子阻擋層9為AlGaN層。

可選地，非摻雜GaN層的厚度可以為5～20nm。

可選地，InN層的厚度可以為1～4nm。

可選地，Al_xGa_1-xN層的厚度可以為5～20nm。

可選地，0.15＜x＜0.25。

可選地，緩沖層2的厚度可以為2～8nm。

可選地，未摻雜GaN層3的厚度可以為1～2μm。

可選地，N型GaN層4的厚度可以為1.5～3.5μm。

可選地，淺阱層5中的In_xGa_1-xN層和GaN層的層數(shù)之和可以為10～40。

可選地，淺阱層5中的In_xGa_1-xN層的厚度可以為1～4nm。

可選地，淺阱層5中的GaN層的厚度可以為10～30nm。

可選地，多量子阱層7中的In_yGa_1-yN層和GaN層的層數(shù)之和可以為12～30。

可選地，多量子阱層7中的In_yGa_1-yN層的厚度可以為2～5nm。

可選地，多量子阱層7中的GaN層的厚度可以為5～15nm。

可選地，低溫P型GaN層8的厚度可以為30～120nm。

可選地，P型電子阻擋層9的厚度可以為50～150nm。

可選地，高溫P型GaN層10的厚度可以為50～150nm。

可選地，P型接觸層11的厚度可以為3～10nm。

本發(fā)明實(shí)施例通過在淺阱層和多量子阱層插入非摻雜GaN層、InN層、Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.4，Al_xGa_1-xN能夠有效阻止底部形成的位錯(cuò)延伸至有源區(qū)，減少電子溢流，極大地提高了器件的發(fā)光效率，使發(fā)光更均勻；同時(shí)Al_xGa_1-xN層能夠有效地提高勢(shì)壘高度，使電子聚集在InN層，而且InN作為窄禁帶半導(dǎo)體，能夠形成低勢(shì)阱區(qū)，使電子容易集聚在InN層，形成高遷移率的二維電子氣，提高電子和空穴的復(fù)合效率，進(jìn)一步提高器件的發(fā)光效率。另外，非摻雜GaN層可以防止InN層中的In向底層擴(kuò)散而造成電子溢流。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長(zhǎng)方法，適用于生長(zhǎng)實(shí)施例一提供的發(fā)光二極管外延片，參見圖2，該生長(zhǎng)方法包括：

步驟200：將藍(lán)寶石襯底在溫度為1000～1200℃的氫氣氣氛里進(jìn)行高溫清潔處理5～20min，并進(jìn)行氮化處理。

在本實(shí)施例中，以氮?dú)?N₂)或氫氣(H₂)作為載氣，以三甲基稼(TMGa)、三乙基稼(TEGa)、三甲基鋁(TMAl)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為Ga、Al、In和N源，用硅烷(SiH4)、二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。

步驟201：控制生長(zhǎng)溫度為500～650℃，生長(zhǎng)壓力為50～200Torr，V/III比為50～300，轉(zhuǎn)速為200～600r/min，在藍(lán)寶石襯底上生長(zhǎng)厚度為2～8nm的緩沖層，并控制生長(zhǎng)溫度為1000～1100℃進(jìn)行退火處理3～10min。

在本實(shí)施例中，緩沖層為GaN層。V/III比為Ⅴ價(jià)原子與Ⅲ價(jià)原子的摩爾比。

步驟202：控制生長(zhǎng)溫度為1000～1200℃，生長(zhǎng)壓力為100～500Torr，V/III比為200～3000，在緩沖層上生長(zhǎng)厚度為1～2μm的未摻雜GaN層。

步驟203：控制生長(zhǎng)溫度為950～1150℃，生長(zhǎng)壓力為300～500Torr，V/III比為400～3000，在未摻雜GaN層上生長(zhǎng)厚度為1.5～3.5μm的N型GaN層。

在本實(shí)施例中，N型GaN層采用Si摻雜且摻雜濃度保持不變。

步驟204：控制生長(zhǎng)壓力為100～500Torr，V/III比為500～10000，在N型GaN層上生長(zhǎng)淺阱層。

在本實(shí)施例中，淺阱層包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和GaN層，0＜x＜0.1。

可選地，淺阱層中的In_xGa_1-xN層和GaN層的層數(shù)之和可以為10～40。

可選地，淺阱層中的In_xGa_1-xN層的厚度可以為1～4nm。

可選地，淺阱層中的In_xGa_1-xN層的生長(zhǎng)溫度可以為750～850℃。

可選地，淺阱層中的GaN層的厚度可以為10～30nm。

可選地，淺阱層中的GaN層的生長(zhǎng)溫度可以為850～950℃。

步驟205：在淺阱層上生長(zhǎng)復(fù)合插入層。

在本實(shí)施例中，該步驟205可以包括：

控制生長(zhǎng)溫度為750～850℃，生長(zhǎng)壓力為100～300Torr，V/III比為500～2000，在淺阱層上生長(zhǎng)一層厚度為5～10nm的非摻雜GaN層；

關(guān)閉Ga源，打開In源，控制V/III比為2000～5000，在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)一層厚度為1～2nm的InN層；

關(guān)閉In源，打開Al源，控制V/III比為300～2000，在InN層上生長(zhǎng)一層厚度為5～20nm的Al_0.15Ga_0.85N層。

步驟206：控制生長(zhǎng)壓力為100～500Torr，V/III比為2000～20000，在復(fù)合插入層上生長(zhǎng)多量子阱層。

在本實(shí)施例中，多量子阱層包括交替層疊的In_yGa_1-yN層和GaN層，0.2＜x＜0.5。

可選地，多量子阱層中的In_yGa_1-yN層和GaN層的層數(shù)之和可以為12～30。

可選地，多量子阱層中的In_yGa_1-yN層的厚度可以為2～5nm。

可選地，多量子阱層中的In_yGa_1-yN層的生長(zhǎng)溫度可以為700～850℃。

可選地，多量子阱層中的GaN層的厚度可以為5～15nm。

可選地，多量子阱層中的GaN層的生長(zhǎng)溫度可以為850～950℃。

步驟207：控制生長(zhǎng)溫度為700～800℃，生長(zhǎng)壓力為100～600Torr，V/III比為1000～4000，生長(zhǎng)時(shí)間為3～15min，在多量子阱層上生長(zhǎng)厚度為30～120nm的低溫P型GaN層。

步驟208：控制生長(zhǎng)溫度為900～1000℃，生長(zhǎng)壓力為50～300Torr，V/III比為1000～10000，生長(zhǎng)時(shí)間為4～15min，在低溫P型GaN層上生長(zhǎng)厚度為50～150nm的P型電子阻擋層。

在本實(shí)施例中，P型電子阻擋層為P型AlGaN層。

步驟209：控制生長(zhǎng)溫度為900～1050℃，生長(zhǎng)壓力為100～500Torr，V/III比為500～4000，生長(zhǎng)時(shí)間為10～20min，在P型電子阻擋層上生長(zhǎng)50～150nm的高溫P型GaN層。

步驟210：控制生長(zhǎng)溫度為700～850℃，生長(zhǎng)壓力為100～500Torr，V/III比為10000～20000，生長(zhǎng)時(shí)間為0.5～5min，在高溫P型GaN層上生長(zhǎng)厚度為3～10nm的P型接觸層。

需要說明的是，在外延生長(zhǎng)工藝結(jié)束后，將反應(yīng)腔的溫度降至600～900℃，在PN₂氣氛下進(jìn)行退火處理10～30min，然后降至室溫，結(jié)束外延生長(zhǎng)。經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工工藝制程后，將LED外延片制成17*35mil的LED芯片。

本發(fā)明實(shí)施例通過在淺阱層和多量子阱層插入非摻雜GaN層、InN層、Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.4，Al_xGa_1-xN能夠有效阻止底部形成的位錯(cuò)延伸至有源區(qū)，減少電子溢流，極大地提高了器件的發(fā)光效率，使發(fā)光更均勻；同時(shí)Al_xGa_1-xN層能夠有效地提高勢(shì)壘高度，使電子聚集在InN層，而且InN作為窄禁帶半導(dǎo)體，能夠形成低勢(shì)阱區(qū)，使電子容易集聚在InN層，形成高遷移率的二維電子氣，提高電子和空穴的復(fù)合效率，進(jìn)一步提高器件的發(fā)光效率。另外，非摻雜GaN層可以防止InN層中的In向底層擴(kuò)散而造成電子溢流。

實(shí)施例三

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的生長(zhǎng)方法，該生長(zhǎng)方法與實(shí)施例二提供的生長(zhǎng)方法的不同之處在于，在淺阱層上生長(zhǎng)復(fù)合插入層，可以包括：

控制生長(zhǎng)溫度為750～850℃，生長(zhǎng)壓力為100～300Torr，V/III比為500～2000，在淺阱層上生長(zhǎng)一層厚度為10～20nm的非摻雜GaN層；

關(guān)閉Ga源，打開In源，控制V/III比為2000～5000，在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)一層厚度為2～4nm的InN層；

關(guān)閉In源，打開Al源，控制V/III比為300～2000，在InN層上生長(zhǎng)一層厚度為5～20nm的Al_0.25Ga_0.75N層。

經(jīng)過LED芯片測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，靜電釋放(Electro-Static discharge，簡(jiǎn)稱ESD)測(cè)試電壓為4000V時(shí)，實(shí)施例二的樣品的光效提升3.2％，實(shí)施例三的樣品的光效提升5％。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。