CN110379898B - 发光二极管外延片及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。外延片包括依次层叠的衬底、N型限制层、有源层、P型AlInP限制层、过渡层和P型GaP窗口层，过渡层包括交替层叠的(N+1)个第一子层和N个第二子层，每个第一子层为AlGaInP层，(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐减小，(N+1)个第一子层中Ga组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐增大；每个第二子层为GaP层，N个第二子层的总厚度为(N+1)个第一子层的总厚度的1/200～1/20。本发明可提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其生长方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种可以把电能转化成光能的半导体二极管，已经被广泛应用在显示、装饰、通讯等领域。通过采用不同的半导体材料，LED的发光波长能够覆盖从紫外到红外的全色范围，并使得LED的发光效率和发光亮度不断提高。
芯片是LED的核心组件，包括外延片和分别设置在外延片上的N型电极和P型电极。对于红黄光LED芯片来说，LED外延片包括依次层叠的GaAs衬底、N型AlInP限制层、AlGaInP有源层、P型AlInP限制层和P型GaP窗口层。GaAs衬底吸光，为了避免芯片射向出光面的光线被GaAs衬底吸收，可以先利用透明的二氧化硅将透明基板键合到P型GaP窗口层上作为芯片的出光面，再去除GaAs衬底，在N型AlInP限制层上开设延伸至P型AlInP限制层的凹槽，并在凹槽内的P型AlInP限制层上设置P型电极，在N型AlInP限制层上设置N型电极，形成倒装LED芯片。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
P型GaP窗口层和P型AlInP限制层之间存在晶格失配，晶格失配产生的应力和缺陷造成P型GaP窗口层的晶体质量变差。而P型GaP窗口层的晶体质量变差导致P型GaP窗口层的透光率降低，位于芯片出光侧的P型GaP窗口层会影响有源层辐射复合产生的光线射出芯片，降低LED的发光效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其生长方法，能够增大P型GaP窗口层透光率，提高LED的发光效率。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括依次层叠的衬底、N型限制层、有源层、P型AlInP限制层、过渡层和P型GaP窗口层，所述过渡层包括交替层叠的(N+1)个第一子层和N个第二子层，N为正整数；每个所述第一子层为AlGaInP层，所述(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐减小，所述(N+1)个第一子层中Ga组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐增大；每个所述第二子层为GaP层，所述N个第二子层的总厚度为所述(N+1)个第一子层的总厚度的1/200～1/20。
可选地，每个所述第一子层中Al组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐减小，每个所述第一子层中Ga组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐增大。
进一步地，各个所述第二子层两侧的第一子层最靠近所述第二子层的部分中Al组分的含量相等，各个所述第二子层两侧的第一子层最靠近所述第二子层的部分中Ga组分的含量相等。
可选地，所述N个第二子层的厚度沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐层增大。
可选地，所述(N+1)个第一子层中In组分的含量保持不变。
进一步地，每个所述第一子层中，In组分的含量等于Al组分的含量和Ga组分的含量之和。
更进一步地，所述(N+1)个第一子层最靠近所述P型GaP窗口层(60)的部分中Al组分的含量和Ga组分的含量之比为2:3。
可选地，所述衬底设有所述N型限制层的表面包括间隔分布的多个凸起部和位于各个所述凸起部之间的凹陷部。
可选地，所述发光二极管外延片还包括反射层，所述反射层设置在所述衬底和所述N型限制层之间；所述反射层包括交替层叠的多个AlAs层和多个AlGaAs层。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长N型限制层、有源层、P型AlInP限制层、过渡层和P型GaP窗口层；
其中，所述过渡层包括交替层叠的(N+1)个第一子层和N个第二子层，N为正整数；每个所述第一子层为AlGaInP层，所述(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐减小，所述(N+1)个第一子层中Ga组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐增大；每个所述第二子层为GaP层，所述N个第二子层的厚度为所述(N+1)个第一子层的厚度的1/200～1/20。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过在P型AlInP限制层和P型GaP窗口层之间增加过渡层，过渡层包括(N+1)个第一子层，每个第一子层为AlGaInP层，并且(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐减小，Ga组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐增大，AlGaInP层的晶格常数可以从P型AlInP限制层的晶格常数逐渐转变为最靠近P型GaP窗口层的晶格常数；同时N个第二子层与(N+1)个AlGaInP层交替层叠，每个第二子层为GaP层，有利于引导外延片的晶格转向GaP，并且N个第二子层的总厚度为(N+1)个第一子层的总厚度的1/200～1/20，GaP层在过渡层中所占的比例很小，可以避免过渡层产生新的晶格失配。综上，过渡层可以有效缓解P型GaP窗口层和P型AlInP限制层之间的晶格失配，避免晶格失配产生的应力和缺陷影响P型GaP窗口层的晶体质量而造成P型GaP窗口层的透光率降低，有利于有源层辐射复合产生的光线射出，最终提高LED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一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的过渡层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制作方法的流程图。
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。
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片。图1为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。参见图1，该发光二极管外延片包括衬底10、N型限制层20、有源层30、P型AlInP限制层40、过渡层50和P型GaP窗口层60，N型限制层20、有源层30、P型AlInP限制层40、过渡层50和P型GaP窗口层60依次层叠在衬底10上。
图2为本发明实施例提供的过渡层的结构示意图。参见图2，过渡层50包括交替层叠的(N+1)个第一子层51和N个第二子层52，N为正整数。每个第一子层51为AlGaInP层，(N+1)个第一子层51中Al组分的含量沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐减小，(N+1)个第一子层51中Ga组分的含量沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐增大。每个第二子层52为GaP层，N个第二子层52的总厚度为(N+1)个第一子层51的总厚度的1/200～1/20。
例如，N＝2，过渡层50包括依次层叠的第一子层51a、第二子层52a、第一子层51b、第二子层52b和第一子层51c；第一子层51a中Al组分的含量、第一子层51b中Al组分的含量、第一子层51c中Al组分的含量逐层减小，第一子层51a中Ga组分的含量、第一子层51b中Ga组分的含量、第一子层51c中Ga组分的含量逐层增大，第二子层52a和第二子层52b的厚度之和为第一子层51a、第一子层51b、第一子层51c的厚度之和的1/200～1/20。
本发明实施例通过在P型AlInP限制层和P型GaP窗口层之间增加过渡层，过渡层包括(N+1)个第一子层，每个第一子层为AlGaInP层，并且(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐减小，Ga组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐增大，AlGaInP层的晶格常数可以从P型AlInP限制层的晶格常数逐渐转变为最靠近P型GaP窗口层的晶格常数；同时N个第二子层与(N+1)个AlGaInP层交替层叠，每个第二子层为GaP层，有利于引导外延片的晶格转向GaP，并且N个第二子层的总厚度为(N+1)个第一子层的总厚度的1/200～1/20，GaP层在过渡层中所占的比例很小，可以避免过渡层产生新的晶格失配。综上，过渡层可以有效缓解P型GaP窗口层和P型AlInP限制层之间的晶格失配，避免晶格失配产生的应力和缺陷影响P型GaP窗口层的晶体质量而造成P型GaP窗口层的透光率降低，有利于有源层辐射复合产生的光线射出，最终提高LED的发光效率。
可选地，所有相邻两个第一子层51中Al组分的含量之差可以相等，所有相邻两个第一子层51中Ga组分的含量之差可以相等，即任意相邻两个第一子层51中Al组分的含量之差均为某个定值，任意相邻两个第一子层51中Ga组分的含量之差均为另一个定值，两个定值可以相等，也可以不等。其中，任意相邻两个第一子层51是指过渡层50的所有第一子层51中的任意一个第一子层51和这个第一子层51相邻的一个第一子层51。通过限定所有相邻两个第一子层中Al组分的含量之差相等，所有相邻两个第一子层中Ga组分的含量之差相等，可以使AlGaInP层的晶格常数均匀变化，可以有效避免产生新的晶格失配。
例如，N＝2，过渡层50包括依次层叠的第一子层51a、第二子层52a、第一子层51b、第二子层52b和第一子层51c；第一子层51a中Al组分的含量与第一子层51b中Al组分的含量之差、第一子层51b中Al组分的含量与第一子层51c中Al组分的含量之差相等，第一子层51a中Ga组分的含量与第一子层51b中Ga组分的含量之差、第一子层51b中Ga组分的含量与第一子层51c中Ga组分的含量之差相等。
可选地，每个第一子层51中Al组分的含量可以沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐减小，每个第一子层51中Ga组分的含量可以沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐增大。单个第一子层内部Al组分的含量也沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐减小，Ga组分的含量也沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐增大，AlGaInP层的晶格常数逐渐变化，可以最大程度避免晶格失配的产生，提高LED的发光效率。
相应地，(N+1)个第一子层51中Al组分的含量沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐减小，是指(N+1)个第一子层51中Al组分的平均含量沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐减小；(N+1)个第一子层51中Ga组分的含量沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐增大，是指(N+1)个第一子层51中Ga组分的平均含量沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐增大。
在实际应用中，每个第一子层51中Al组分的含量和Ga组分的含量也可以保持不变，此时(N+1)个第一子层中Al组分的含量整体沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐层减小，(N+1)个第一子层中Ga组分的含量整体沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐层增大，也可以使AlGaInP层的晶格常数从P型AlInP限制层的晶格常数逐渐转变为最靠近P型GaP窗口层的晶格常数，避免晶格失配的产生，提高LED的发光效率。
进一步地，各个第一子层51中Al组分的含量的变化量可以相等，各个第一子层51中Ga组分的含量的变化量可以相等，使AlGaInP层的晶格常数均匀变化，可以有效避免产生新的晶格失配。
进一步地，各个第二子层52两侧的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Al组分的含量可以相等，各个第二子层52两侧的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Ga组分的含量可以相等。第二子层的第一子层中Al组分的含量和Ga组分的含量均相等，有利于Al组分含量和Ga组分含量的逐渐过渡，最大程度避免晶格失配的产生，提高LED的发光效率。
例如，N＝2，过渡层50包括依次层叠的第一子层51a、第二子层52a、第一子层51b、第二子层52b和第一子层51c；第一子层51a中Al组分的含量从0.5逐渐减小至0.4，Ga组分的含量从0逐渐增大至0.1；第一子层51b中Al组分的含量从0.4逐渐减小至0.3，Ga组分的含量从0.1逐渐增大至0.2；第一子层51c中Al组分的含量从0.3逐渐减小至0.2，Ga组分的含量从0.2逐渐增大至0.3。
第一子层51a、第一子层51b和第一子层51c中Al组分的含量都是沿过渡层的层叠方向逐渐减小，Ga组分的含量都是沿过渡层的层叠方向逐渐增大，即每个第一子层中Al组分的含量沿过渡层的层叠方向逐渐减小，Ga组分的含量沿过渡层的层叠方向逐渐增大。
第一子层51a、第一子层51b和第一子层51c中Al组分的平均含量依次为(0.5+0.4)/2＝0.45、(0.4+0.3)/2＝0.35、(0.3+0.2)/2＝0.25，过渡层中所有第一子层中Al组分的平均含量沿过渡层的层叠方向逐渐增大；第一子层51a、第一子层51b和第一子层51c中Ga组分的平均含量依次为(0+0.1)/2＝0.05、(0.1+0.2)/2＝0.15、(0.2+0.3)/2＝0.25，过渡层中所有第一子层中Ga组分的平均含量沿层叠过渡层的层叠方向逐渐减小。
第一子层51a、第一子层51b和第一子层51c中Al组分的变化量依次为0.5-0.4＝0.1、0.4-0.3＝0.1、0.3-0.2＝0.1，过渡层中所有第一子层中Al组分的变化量相等；第一子层51a、第一子层51b和第一子层51c中Ga组分的变化量依次为0.1-0＝0.1、0.2-0.1＝0.1、0.3-0.2＝0.1，过渡层中所有第一子层中Ga组分的变化量相等。
第二子层52a两侧的第一子层51a和第一子层51b最靠近第二子层52a的部分中Al组分的含量均为0.4，第二子层52b两侧的第一子层51b和第一子层51c最靠近第二子层52b的部分中Al组分的含量均为0.3，即各个第二子层两侧的第一子层最靠近第二子层的部分中Al组分的含量相等。第二子层52a两侧的第一子层51a和第一子层51b最靠近第二子层52a的部分中Ga组分的含量均为0.1，第二子层52b两侧的第一子层51b和第一子层51c最靠近第二子层52b的部分中Ga组分的含量均为0.2，即各个第二子层两侧的第一子层最靠近第二子层的部分中Ga组分的含量相等。
在实际应用中，各个第二子层52两侧的第一子层51中，靠近P型AlInP限制层40的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Al组分的含量，可以大于靠近P型GaP窗口层60的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Al组分的含量；靠近P型AlInP限制层40的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Ga组分的含量，可以小于靠近P型GaP窗口层60的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Ga组分的含量，此时(N+1)个第一子层中Al组分的含量整体沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐层减小，(N+1)个第一子层中Ga组分的含量整体沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐层增大，也可以使AlGaInP层的晶格常数从P型AlInP限制层的晶格常数逐渐转变为最靠近P型GaP窗口层的晶格常数，避免晶格失配的产生，提高LED的发光效率。
可选地，(N+1)个第一子层51中In组分的含量可以保持不变，有利于保证AlGaInP层晶格常数的稳定。
在实际应用中，(N+1)个第一子层51中In组分的含量也可以沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐渐减小，与Al组分含量的变化配合，共同使AlGaInP层的晶格常数从P型AlInP限制层的晶格常数逐渐转变为最靠近P型GaP窗口层的晶格常数，避免晶格失配的产生，提高LED的发光效率。
进一步地，每个第一子层51中In组分的含量可以等于Al组分的含量和Ga组分的含量之和，即每个第一子层51为(AlxGa1-x)0.5In0.5P层，0≤x≤1。第一子层中In组分的含量较多且保持不变，可以有效保证AlGaInP层晶格常数的稳定。
在实际应用中，每个第一子层51中In组分的含量也可以小于或者大于Al组分的含量和Ga组分的含量之和，此时对稳定AlGaInP层的晶格常数和避免晶格失配的产生都能起到一定的作用。
更进一步地，(N+1)个第一子层51最靠近P型GaP窗口层60的部分中Al组分的含量和Ga组分的含量之比可以为2:3，即第一子层51最后变为(Al0.4Ga0.6)0.5In0.5P层，此时AlGaInP层的晶格常数与P型GaP窗口层的晶格常数相同，与P型GaP窗口层的匹配度达到最佳。
更进一步地，(N+1)个第一子层51最靠近P型AlInP限制层40的部分中Al组分的含量和Ga组分的含量之比可以为1:0，即第一子层51最先为Al0.5In0.5P层，此时晶格常数与P型AlInP限制层的晶格常数最为接近，与P型AlInP限制层的匹配度达到最佳。
示例性地，(N+1)个第一子层51中Al组分的含量可以为0.2～0.5，(N+1)个第一子层51中Ga组分的含量可以为0～0.2，(N+1)个第一子层51中In组分的含量可以为0.5。
可选地，(N+1)个第一子层51的厚度可以沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐层减小。靠近P型AlInP限制层的AlGaInP层较厚，可以有效调节外延片的晶格常数，避免晶格失配的产生；靠近P型GaP窗口层的AlGaInP层较薄，有利于外延片的晶格向GaP过渡。
在实际应用中，(N+1)个第一子层51的厚度也可以相等，此时也可以利用第一子层改变晶格常数，避免晶格失配的产生。
可选地，N个第二子层52的厚度可以沿从P型AlInP限制层40到P型GaP窗口层60的方向逐层增大，可以逐步引导外延片的晶格向GaP趋近，最大程度避免晶格失配的产生，提高LED的发光效率。
在实际应用中，N个第二子层52的厚度也可以相等，此时也可以利用第二子层引导外延片的晶格转向GaP，实现与P型GaP窗口层的良好匹配。
示例性地，(N+1)个第一子层51的厚度可以为250nm～450nm，N个第二子层52的厚度可以为2nm～20nm。
例如，N＝2，过渡层50包括依次层叠的第一子层51a、第二子层52a、第一子层51b、第二子层52b和第一子层51c；第一子层51a的厚度、第一子层51b的厚度、第一子层51c的厚度逐层减小，依次为400nm、300nm、300nm；第二子层52a的厚度、第二子层52b的厚度逐层减小，依次为2nm、10nm。
示例性地，衬底10的材料可以采用GaAs。N型限制层20的材料可以采用N型掺杂的AlInP；N型限制层20的厚度可以为150nm～200nm；N型限制层20中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1*1018cm-3～2*1018cm-3。有源层30可以包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，量子阱和量子垒的材料可以均采用AlGaInP，量子阱中Al组分的含量小于量子垒中Al组分的含量；量子阱中Al组分的含量可以为0.08～0.12，如0.1；量子垒中Al组分的含量可以为0.4～0.6，如0.5；量子阱的厚度可以为4nm～6nm；量子垒的厚度可以为6nm～8nm；有源层30中量子阱的数量与量子垒的数量相等，有源层30中量子垒的数量可以为13个～17个，如15个。P型AlInP限制层40的厚度可以为150nm～200nm；P型AlInP限制层40中P型掺杂剂(如Mg)的掺杂浓度可以为5*1017cm-3～9*1017cm-3。P型GaP窗口层60的厚度可以为4μm～6μm，如5μm；P型GaP窗口层60中P型掺杂剂(如Mg)的掺杂浓度可以为1*1018cm-3～5*1018cm-3。
保持衬底、N型限制层、有源层、P型AlInP限制层和P型GaP窗口层的参数(包括材料、组分含量、掺杂浓度、厚度)不变，单纯改变过渡层的参数形成不同的发光二极管外延片，并将各个发光二极管外延片制成芯片检测发光效率，得到的结果如下表一所示：
表一
表一中各种实现方式均以N＝2，过渡层50包括依次层叠的第一子层51a、第二子层52a、第一子层51b、第二子层52b和第一子层51c为例。通过将采用不同实现方式(具体包括第一种实现方式-第六种实现方式)的过渡层形成的外延片制作成芯片，检测产品的发光效率。
在表一中，第一种实现方式至第六种实现方式中发光效率依次为57％、50％、55％、54％、54％、55％，各种实现方式不完全一样，其中第一种实现方式效果最佳。
以第一种实现方式为基准，首先对比第一种实现方式与第二种实现方式，单个第一子层51中Al组分的含量沿层叠方向逐渐减小，同时Ga组分的含量沿层叠方向逐渐增大，与单个第一子层51中Al组分的含量和Ga组分的含量均保持不变相比，发光效率多57％-50％＝7％。说明单个第一子层51中Al组分的含量和Ga组分的含量变化对发光效率的影响较大。
而且对比第一种实现方式和第四种实现方式，单个第一子层51中Al组分的含量和Ga组分的含量变化较大，与单个第一子层51中Al组分的含量和Ga组分的含量变化较小相比，发光效率多57％-54％＝3％。说明单个第一子层51中Al组分的含量和Ga组分的含量的变化幅度越大，发光效率越高。
其次对比第一种实现方式和第五种实现方式，第二子层52两侧的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Al组分的含量相等，与第二子层52两侧的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Al组分的含量不等相比，发光效率多57％-54％＝3％。说明第二子层52两侧的第一子层51最靠近第二子层52的部分中Al组分的含量是否相等，对LED发光效率的影响也较大。
最后对比第一种实现方式、第三种实现方式和第六种实现方式，第一子层51的厚度沿层叠方向有小幅度减小，同时第二子层52的厚度沿层叠方向有小幅度增大，与第一子层51的厚度和第二子层52的厚度均保持不变相比，发光效率的多57％-55％＝2％；或者与第一子层51的厚度沿层叠方向有大幅度减小，同时第二子层52的厚度沿层叠方向有大幅度增大相比，发光效率多57％-55％＝2％，发光效率多57％-55％＝2％。说明第一子层51和第二子层52的厚度变化情况对LED发光效率的影响较小。
在实际应用中，由于生长温度的不稳定，可能会导致衬底与外延材料之间存在一定的晶格失配，产生缺陷；而且衬底与外延材料交界面的化学键存在悬空(缺失或者多余)，也可能引入缺陷。
为了解决上述问题，衬底10设有N型限制层20的表面可以包括间隔分布的多个凸起部11和位于各个凸起部11之间的凹陷部12。利用凹凸不平的表面改变缺陷的延伸方向，使其相互作用而湮灭，提高外延片的晶体质量，最终提高LED的发光效率。
在实际应用中，凸起部11也可以采用氧化硅实现。
可选地，凸起部11可以呈圆台状、圆锥状或者棱锥状。
示例性地，凸起部11呈圆台状，圆台上表面的直径可以为3μm，圆台下表面的直径可以为6μm，圆台的高度可以为3μm。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括反射层70，反射层70设置在衬底10和N型限制层20之间；反射层70包括交替层叠的多个AlAs层和多个AlGaAs层，以对射向衬底的光线进行反射，使光线集中从出光面射出，最终提高LED的发光效率。
在实际应用中，可以利用AlAs层和AlGaAs层折射率的不同，使其交替层叠形成分布式布拉格反射镜(英文：Distributed Bragg Reflection，简称：DBR)。进一步地，相邻两个AlAs层71和AlGaAs层72的厚度之和可以为设定波长的四分之一的奇数倍，以有效反射有源层发出的光线。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括GaAs缓冲层81，GaAs缓冲层81设置在衬底10和N型限制层20之间，以对衬底中存在的缺陷进行横向修复，减少位错，最终提高外延片的晶体质量。
当该发光二极管外延片还包括反射层70时，GaAs缓冲层81设置在衬底10和反射层70之间。
示例性地，GaAs缓冲层81的厚度可以为280nm～320nm，如300nm。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括GaInP腐蚀停止层82，GaInP腐蚀停止层82设置在衬底10和N型限制层20之间，以便在去除衬底时对外延材料进行保护。
当该发光二极管外延片还包括GaAs缓冲层81时，GaInP腐蚀停止层82设置在GaAs缓冲层81和N型限制层20之间。
示例性地，GaInP腐蚀停止层82的厚度可以为180nm～220nm，如200nm。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括GaAs接触层83，GaAs接触层83设置在衬底10和N型限制层20之间，以便实现与N型电极之间的欧姆接触。
当该发光二极管外延片还包括GaInP腐蚀停止层82时，GaAs接触层83设置在GaInP腐蚀停止层82和N型限制层20之间。
示例性地，GaAs接触层83的厚度可以为30nm～60nm。GaAs接触层83中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为5*1018cm-3～8*1018cm-3。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括AlGaInP电流扩展层84，AlGaInP电流扩展层84设置在衬底10和N型限制层20之间，以扩展N型电极注入的电流。
当该发光二极管外延片还包括GaAs接触层83时，AlGaInP电流扩展层84设置在GaAs接触层83和N型限制层20之间。
示例性地，AlGaInP电流扩展层84的厚度可以为2μm～4μm，如3μm。AlGaInP电流扩展层84中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为2*1018cm-3～5*1018cm-3。
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，适用于制作图1所示的发光二极管外延片。图3为本发明实施例提供的一种发光二极管外延片的制作方法的流程图。参见图3，该制作方法包括：
步骤201：提供一衬底。
步骤202：在衬底上依次生长N型限制层、有源层、P型AlInP限制层、过渡层和P型GaP窗口层。
在本实施例中，过渡层包括交替层叠的(N+1)个第一子层和N个第二子层，N为正整数。每个第一子层为AlGaInP层，(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐减小，(N+1)个第一子层中Ga组分的含量沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐增大。每个第二子层为GaP层，N个第二子层的厚度为(N+1)个第一子层的厚度的1/200～1/20。
可选地，N个第二子层的生长温度可以为600℃～620℃。GaP层低温生长，生长质量较差，可以有效改善晶格失配产生的应力和缺陷，提高外延片整体的晶体质量。
示例性地，N个第二子层的生长速率可以为0.4埃/秒～0.6埃/秒，如0.5埃/秒。
进一步地，(N+1)个第一子层的生长温度可以沿从P型AlInP限制层到P型GaP窗口层的方向逐渐升高。第一子层靠近P型AlInP限制层的生长温度较低，以与低温生长的第二子层匹配；第一子层靠近P型GaP窗口层的生长温度较高，以与高温生长的P型GaP窗口层匹配。
示例性地，(N+1)个第一子层的生长温度可以为660℃～680℃。
例如，N＝2，过渡层50包括依次层叠的第一子层51a、第二子层52a、第一子层51b、第二子层52b和第一子层51c；第一子层51a的生长温度、第一子层51b的生长温度均为660℃，第一子层51c的生长温度为680℃。
示例性地，N型限制层的生长温度可以为680℃～700℃；生长N型限制层时，通入的TMAl流量可以为100sccm～120sccm，TMIn流量可以为800sccm～850sccm，磷烷流量可以为900sccm～1000sccm。有源层可以包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，量子阱的生长温度可以为660℃～680℃，量子垒的生长温度可以为680℃～700℃。P型AlInP限制层的生长温度可以为680℃～700℃。P型GaP窗口层的生长温度可以为695℃～710℃；生长P型GaP窗口层时，通入的TMGa流量可以为500sccm～600sccm，烷流量可以为400sccm～500sccm。
可选地，该生长方法还可以包括：
在衬底上涂布正性光刻胶；
在设定图形的掩膜版的遮挡下对正性光刻胶进行曝光；
对曝光后的正性光刻胶进行显影，形成设定图形的光刻胶；
在设定图形的光刻胶的保护下，湿法腐蚀衬底，在衬底的表面形成凸起部和凹陷部；
去除光刻胶。
利用正性光刻胶曝光溶解的特点，使得设定图形边缘的光刻胶上部分由于曝光而溶解，设定图形边缘的光刻胶下部分由于未曝光而保留，显影之后可以形成上部小下部大的结构，图形转移到衬底上，直接可以形成上部小下部大的凸起部，有利于外延材料沉积，并利用凹凸不平的表面改变缺陷的延伸方向，使其相互作用而湮灭，提高外延片的晶体质量，最终提高LED的发光效率。
示例性地，正性光刻胶可以为2μm，曝光可以投影式光刻机实现，设定图形可以由呈阵列分布的直径为7μm的圆形组成，湿法腐蚀可以采用弱碱性溶液实现。
可选地，该生长方法还可以包括：
在衬底上生长GaAs缓冲层。
示例性地，GaAs缓冲层的生长温度可以为380℃～420℃，如400℃；GaAs缓冲层的生长速率可以为6埃/秒～10埃/秒，如8埃/秒。
可选地，该生长方法还可以包括：
在衬底上生长GaInP腐蚀停止层。
示例性地，GaInP腐蚀停止层的生长温度可以为630℃～670℃，如650℃；生长GaInP腐蚀停止层时，通入的TMGa流量可以为50sccm～60sccm，TMIn流量可以为600sccm～650sccm，磷烷流量可以为900sccm～1000sccm。
可选地，该生长方法还可以包括：
在衬底上生长GaAs接触层。
示例性地，GaAs接触层的生长温度可以为680℃～720℃，如700℃。
可选地，该生长方法还可以包括：
在衬底上生长AlGaInP电流扩展层。
示例性地，AlGaInP电流扩展层的生长温度可以为670℃～685℃。
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。
Claims (9)
1.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片包括依次层叠的衬底(10)、N型限制层(20)、有源层(30)、P型AlInP限制层(40)、过渡层(50)和P型GaP窗口层(60)，所述过渡层(50)包括交替层叠的(N+1)个第一子层(51)和N个第二子层(52)，N为正整数；每个所述第一子层(51)为AlGaInP层，所述(N+1)个第一子层(51)中Al组分的含量沿从所述P型AlInP限制层(40)到所述P型GaP窗口层(60)的方向逐渐减小，所述(N+1)个第一子层(51)中Ga组分的含量沿从所述P型AlInP限制层(40)到所述P型GaP窗口层(60)的方向逐渐增大；每个所述第二子层(52)为GaP层，所述N个第二子层(52)的总厚度为所述(N+1)个第一子层(51)的总厚度的1/200～1/20，所述N个第二子层(52)的厚度沿从所述P型AlInP限制层(40)到所述P型GaP窗口层(60)的方向逐层增大。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，每个所述第一子层(51)中Al组分的含量沿从所述P型AlInP限制层(40)到所述P型GaP窗口层(60)的方向逐渐减小，每个所述第一子层(51)中Ga组分的含量沿从所述P型AlInP限制层(40)到所述P型GaP窗口层(60)的方向逐渐增大。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第二子层(52)两侧的第一子层(51)最靠近所述第二子层(52)的部分中Al组分的含量相等，各个所述第二子层(52)两侧的第一子层(51)最靠近所述第二子层(52)的部分中Ga组分的含量相等。
4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述(N+1)个第一子层(51)中In组分的含量保持不变。
5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，每个所述第一子层(51)中，In组分的含量等于Al组分的含量和Ga组分的含量之和。
6.根据权利要求5所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述(N+1)个第一子层(51)最靠近所述P型GaP窗口层(60)的部分中Al组分的含量和Ga组分的含量之比为2:3。
7.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述衬底(10)设有所述N型限制层(20)的表面包括间隔分布的多个凸起部(11)和位于各个所述凸起部(11)之间的凹陷部(12)。
8.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括反射层(70)，所述反射层(70)设置在所述衬底(10)和所述N型限制层(20)之间；所述反射层(70)包括交替层叠的多个AlAs层(71)和多个AlGaAs层(72)。
9.一种发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长N型限制层、有源层、P型AlInP限制层、过渡层和P型GaP窗口层；
其中，所述过渡层包括交替层叠的(N+1)个第一子层和N个第二子层，N为正整数；每个所述第一子层为AlGaInP层，所述(N+1)个第一子层中Al组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐减小，所述(N+1)个第一子层中Ga组分的含量沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐渐增大；每个所述第二子层为GaP层，所述N个第二子层的厚度为所述(N+1)个第一子层的厚度的1/200～1/20，所述N个第二子层的厚度沿从所述P型AlInP限制层到所述P型GaP窗口层的方向逐层增大。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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