CN110993747B - 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片，属于半导体技术领域。生长方法包括：将衬底放入反应室内；在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，每个第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成；第一复合层中各层的生长温度依次为T1、T2、T3和T4，T1＜T4＜T3＜T2；第一复合层中各层的生长速率依次为V1、V2、V3、V4，V1＝V2＜V3＝V4。本公开可有效减小LED发光波长的蓝移量。

Description

发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片

技术领域

本公开涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED是前景广阔的新一代光源正在被迅速广泛地应用在如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、户内外显示屏和小间距显示屏等领域。

小间距显示屏是指LED点间距在P2.5以下的室内LED显示屏，采用像素级的点控技术，实现对显示屏像素单位的亮度、色彩的还原性和统一性的状态管控。小间距显示屏最大的竞争力在于显示屏完全无缝以及显示色彩的自然真实，要求在注入不同大小电流改变发光强度的过程中，发光波长的变化幅度较小，相对比较稳定。

外延片是LED制作过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。衬底用于提供外延生长的表面，缓冲层用于提供外延生长的成核中心，N型半导体层用于提供复合发光的电子，P型半导体层用于提供复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的复合发光。有源层包括多个量子阱层和多个量子垒层，多个量子阱层和多个量子垒层交替层叠；量子垒层将注入有源层的电子和空穴限制在量子阱层中进行复合发光。

在实现本公开的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

量子阱层的材料采用氮化铟镓(InGaN)，量子垒层的材料采用未掺杂的氮化镓(GaN)。InGaN和GaN为Ⅲ族氮化物半导体材料，Ⅲ族氮化物半导体材料在LED中的晶格结构为纤锌矿结构，这种结构缺少变换对称性，在材料内部将产生自发极化，同时InGaN和GaN的晶格常数不匹配产生的应力导致出现压电极化现象。自发极化和压电极化的共同作用致使量子阱内部存在很强的电场，这个电场的存在导致出现量子限制斯塔克效应(英文：thequantum-confined stark effect，简称：QCSE)，使得量子阱中的能带倾斜。随着注入电流的增大，量子阱中的自由载流子增加，量子阱中基态升高，从而使LED的发光波长向短波方向移动，即发生蓝移。因此，当小间距显示屏中注入不同大小电流改变发光强度时，LED发光波长的蓝移量会出现较大的差别，无法满足小间距显示屏的应用需要。

发明内容

本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片，可以有效改善有源层内的压电极化，最终减小LED发光波长的蓝移量。所述技术方案如下：

一方面，本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：

将衬底放入反应室内；

在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；

其中，所述有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，m和n均为正整数；每个所述第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长温度依次为T1、T2、T3和T4，T1＜T4＜T3＜T2；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长速率依次为V1、V2、V3、V4，V1＝V2＜V3＝V4。

可选地，每个所述第一复合层采用如下方式生长：

同时向所述反应室内通入In源、Ga源、氨气和载气，生长所述InGaN阱层；

关闭In源，同时向所述反应室内通入Ga源、氨气和载气，生长所述GaN垒层；

关闭Ga源和氨气，同时向所述反应室内通入In源和载气，使In源分布在所述反应室内的所有区域；

同时向所述反应室室内通入Al源、In源、Ga源、氨气和载气，生长所述AlInGaN插入层；

关闭Al源、Ga源和氨气，同时向所述反应室内通入In源和载气，使In源分布在所述反应室内的所有区域；

同时向所述反应室室内通入In源、Ga源、氨气和载气，生长所述InGaN插入层。

可选地，820℃≤T3≤850℃，800℃≤T4≤830℃。

进一步地，(1.5*V2)≤V3≤(4*V2)。

可选地，所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的厚度依次为D1、D2、D3和D4，D4＜D3＜D1＜D2。

进一步地，0.5nm≤D3≤1.5nm，0.3nm≤D4≤1.2nm。

可选地，所述AlInGaN插入层的材料为Al_xIn_yGaN，0.75≤x≤0.85，0.15≤y≤0.25。

可选地，每个所述第二复合层由依次层叠的InGaN阱层和GaN垒层组成。

可选地，5≤m≤10，2≤n≤5。

另一方面，本公开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衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，m和n均为正整数；每个所述第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长温度依次为T1、T2、T3和T4，T1＜T4＜T3＜T2；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长速率依次为V1、V2、V3、V4，V1＝V2＜V3＝V4。

本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过在靠近N型半导体层的相邻两个第一复合层之间的GaN垒层和InGaN阱层之间依次插入AlInGaN层和InGaN层，插入的AlInGaN层的晶格常数通过组分的调整可以与GaN垒层、以及插入的InGaN层形成较好的匹配，同时插入的InGaN层的晶格常数可以与InGaN阱层形成良好的匹配，可以有效缓解GaN垒层和InGaN阱层之间的晶格失配，减小由于晶格失配而产生的压力，避免在压力作用下出现压电极化，屏蔽压电极化形成的内部电场，改善内部电场导致的QCSE，减小量子阱中的能带倾斜，最终减小LED发光波长的蓝移量。而且GaN垒层、插入的AlInGaN层、插入的InGaN层和InGaN阱层的生长温度依次降低，可以在GaN垒的高温生长和InGaN阱层的低温生长之间起到较好的过渡作用，有利于释放有源层内的应力，有效避免在压力作用下出现压电极化，屏蔽压电极化形成的内部电场，改善内部电场导致的QCSE，减小量子阱中的能带倾斜，最终减小LED发光波长的蓝移量。

附图说明

为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；

图2是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；

图3是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；

图4是本公开实施例提供的有源层的结构示意图。

具体实施方式

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。

本公开实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法。图1为本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图。参见图1，该生长方法包括：

步骤101：将衬底放入反应室内。

步骤102：在衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层。

在本实施例中，有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，m和n均为正整数。每个第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成。InGaN阱层的生长温度为T1，GaN垒层的生长温度为T2，AlInGaN插入层的生长温度为T3，InGaN插入层的生长温度为T4，T1＜T4＜T3＜T2。InGaN阱层的生长速率为V1，GaN垒层的生长速率为V2，AlInGaN插入层的生长速率为V3，InGaN插入层的生长速率为V4，V1＝V2＜V3＝V4。

本公开实施例通过在靠近N型半导体层的GaN垒层和InGaN阱层之间依次插入AlInGaN层和InGaN层，插入的AlInGaN层的晶格常数通过组分的调整可以与GaN垒层、以及插入的InGaN层形成较好的匹配，同时插入的InGaN层的晶格常数可以与InGaN阱层形成良好的匹配，可以有效缓解GaN垒层和InGaN阱层之间的晶格失配，减小由于晶格失配而产生的压力，避免在压力作用下出现压电极化，屏蔽压电极化形成的内部电场，改善内部电场导致的QCSE，减小量子阱中的能带倾斜，最终减小LED发光波长的蓝移量，满足小间距显示屏的应用需要。

而且GaN垒层、插入的AlInGaN层、插入的InGaN层和InGaN阱层的生长温度依次降低，可以在GaN垒的高温生长和InGaN阱层的低温生长之间起到较好的过渡作用，有利于释放有源层内的应力，有效避免在压力作用下出现压电极化，屏蔽压电极化形成的内部电场，改善内部电场导致的QCSE，减小量子阱中的能带倾斜，最终减小LED发光波长的蓝移量，特别适用于对蓝移量要求较高的小间距显示屏。

另外，插入的AlInGaN层和InGaN层的生长速率比GaN垒层和InGaN阱层的生长速率快，可以有效避免生长温度较低的AlInGaN插入层和InGaN插入层对第一复合层晶体质量的负影响，有利于InGaN插入层和InGaN阱层中In组分的吸附、以及InGaN阱层和GaN垒层交界面清晰。

本公开实施例提供了另一种发光二极管外延片的生长方法，是图1所示的发光二极管外延片的生长方法的一种具体实现。图2为本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的生长方法的流程图。参见图2，该生长方法包括：

步骤201：将衬底放入反应室内。

在本实施例中，衬底可以为蓝宝石平片衬底，反应室可以为金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal-organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备的反应腔，如Veeco K465i MOCVD或者Veeco C4 MOCVD。外延片生长时，采用氢气(H₂)、氮气(N₂)、氢气和氮气的混合气体中的一种作为载气，三甲基镓(TMGa)或者三乙基镓(TEGa)作为Ga源，高纯氨气(NH₃)作为N源，三甲基铟(TMIn)作为In源，三甲基铝(TMAl)作为Al源，硅烷(SiH₄)作为Si源进行N型掺杂，二茂镁(Cp₂Mg)作为Mg源进行P型掺杂。

可选地，该生长方法还可以包括：

控制温度为1000℃～1100℃(优选为1050℃)，压力为200torr～500torr(优选为350torr)，在氢气气氛中对衬底进行5分钟～6分钟(优选为5.5分钟)的退火处理。

通过上述步骤清洁衬底的表面，避免杂质掺入外延片中，有利于提高外延片的生长质量。

步骤202：在衬底上生长缓冲层。

在本实施例中，缓冲层可以生长在蓝宝石的[0001]面上，缓冲层可以为未掺杂的GaN或者AlN。进一步地，缓冲层的厚度可以为15nm～30nm，优选为25nm。

可选地，该步骤202可以包括：

控制温度为530℃～560℃(优选为545℃)，压力为200torr～500torr(优选为350torr)，在衬底上生长缓冲层。

步骤203：在缓冲层上生长N型半导体层。

在本实施例中，N型半导体层可以为掺杂Si的GaN层。进一步地，N型半导体层的厚度可以为2μm～3μm，优选为2.5μm；N型半导体层中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为10¹⁸cm^-3～10¹⁹cm^-3，优选为5*10¹⁸cm^-3。

可选地，该步骤203可以包括：

控制温度为1000℃～1100℃(优选为1050℃)，压力为150torr～300torr(优选为250torr)，在缓冲层上生长N型半导体层。

可选地，在步骤203之前，该生长方法还可以包括：

在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。

相应地，N型半导体层生长在未掺杂氮化镓层上。

通过在缓冲层和N型半导体层之间设置未掺杂氮化镓层，可以缓解衬底材料与氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，为外延片主体结构提供晶体质量较好的生长表面。

在具体实现时，缓冲层为首先在图形化衬底上低温生长的一层较薄的氮化镓，因此也称为低温缓冲层。再在低温缓冲层进行氮化镓的纵向生长，会形成多个相互独立的三维岛状结构，称为三维成核层；然后在所有三维岛状结构上和各个三维岛状结构之间进行氮化镓的横向生长，形成二维平面结构，称为二维恢复层；最后在二维生长层上高温生长一层较厚的氮化镓，称为本征氮化镓层。本实施例中将三维成核层、二维恢复层和本征氮化镓层统称为未掺杂氮化镓层。

进一步地，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层，可以包括：

控制温度为1000℃～1100℃(优选为1050℃)，压力为200torr～600torr(优选为400torr)，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。

更进一步地，未掺杂氮化镓层的厚度可以为2μm～3.5μm，优选为2.75μm。

步骤204：在N型半导体层上生长有源层。

在本实施例中，有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，m和n均为正整数。每个第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成。InGaN阱层的生长温度为T1，GaN垒层的生长温度为T2，AlInGaN插入层的生长温度为T3，InGaN插入层的生长温度为T4，T1＜T4＜T3＜T2。InGaN阱层的生长速率为V1，GaN垒层的生长速率为V2，AlInGaN插入层的生长速率为V3，InGaN插入层的生长速率为V4，V1＝V2＜V3＝V4。

在实际应用中，生长温度可以直接控制实现，生长速率可以通过调整反应气体和载气的比例实现。如果生长速率较快，则反应气体通入反应室内的流量较大，载气通入反应室内的流量较小；如果生长速率较慢，则反应气体通入反应室内的流量较小，载气通入反应室内的流量较大。

本公开实施例通过在靠近N型半导体层的相邻两个第一复合层之间的GaN垒层和InGaN阱层之间依次插入AlInGaN层和InGaN层，插入的AlInGaN层的晶格常数通过组分的调整可以与GaN垒层、以及插入的InGaN层形成较好的匹配，同时插入的InGaN层的晶格常数可以与InGaN阱层形成良好的匹配，可以有效缓解GaN垒层和InGaN阱层之间的晶格失配，减小由于晶格失配而产生的压力，避免在压力作用下出现压电极化，屏蔽压电极化形成的内部电场，改善内部电场导致的QCSE，减小量子阱中的能带倾斜，最终减小LED发光波长的蓝移量，满足小间距显示屏的应用需要。

而且GaN垒层、插入的AlInGaN层、插入的InGaN层和InGaN阱层的生长温度依次降低，可以在GaN垒的高温生长和InGaN阱层的低温生长之间起到较好的过渡作用，有利于释放有源层内的应力，有效避免在压力作用下出现压电极化，屏蔽压电极化形成的内部电场，改善内部电场导致的QCSE，减小量子阱中的能带倾斜，最终减小LED发光波长的蓝移量，特别适用于对蓝移量要求较高的小间距显示屏。

另外，插入的AlInGaN层和InGaN层的生长速率比GaN垒层和InGaN阱层的生长速率快，可以有效避免生长温度较低的AlInGaN插入层和InGaN插入层对第一复合层晶体质量的负影响，有利于InGaN插入层和InGaN阱层中In的掺入、以及InGaN阱层和GaN垒层交界面清晰。

需要说明的是，每个第一复合层中的InGaN阱层和GaN垒层之间没有插入AlInGaN层和InGaN层，AlInGaN层和InGaN层间隔插入在InGaN阱层和GaN垒层之间，不会对载流子的迁移造成太大的影响，在保证有效减小LED发光波长的蓝移量的基础上，有利于电子和空穴的复合发光，保证LED的发光去强度。

可选地，每个第一复合层可以采用如下方式生长：

同时向反应室内通入In源、Ga源、氨气和载气，生长InGaN阱层；

关闭In源，同时向反应室内通入Ga源、氨气和载气，生长GaN垒层；

关闭Ga源和氨气，同时向反应室内通入In源和载气，使In源分布在反应室内的所有区域；

同时向反应室室内通入Al源、In源、Ga源、氨气和载气，生长AlInGaN插入层；

关闭Al源、Ga源和氨气，同时向反应室内通入In源和载气，使In源分布在反应室内的所有区域；

同时向反应室室内通入In源、Ga源、氨气和载气，生长InGaN插入层。

通过在AlInGaN插入层和InGaN插入层生长之前，预先向反应室内通入In源，使In源分布在反应室内的所有区域，有利于In并入到GaN晶格中，AlInGaN插入层和InGaN插入层中均匀掺有In。而且In还可以作为催化剂，降低Al原子的键能，解决Al原子的键能高、不易移动导致掺杂效率低的问题，促进Al并入到GaN晶格中，提高Al的掺杂效率，使AlInGaN插入层中也均匀掺有Al。综上，在AlInGaN插入层和InGaN插入层生长之前预先向反应室内通入In源，可以方便AlInGaN插入层和InGaN插入层的形成。

可选地，760℃≤T1≤780℃，860℃≤T2≤890℃。

相应地，820℃≤T3≤850℃，800℃≤T4≤830℃。

针对InGaN阱层和GaN垒层的生长温度，利用AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长温度进行过渡，有利于释放有源层内的应力，最终减小LED发光波长的蓝移量，满足小间距显示屏的应用需要。

而且如果AlInGaN插入层的生长温度低于820℃，则可能由于AlInGaN插入层的生长温度较低而影响GaN垒层的晶体质量；如果AlInGaN插入层的生长温度高于850℃，则可能由于AlInGaN插入层的生长温度较高而无法实现温度的过渡。如果InGaN插入层的生长温度低于800℃，则可能由于InGaN插入层的生长温度较低而影响整体的晶体质量；如果InGaN插入层的生长温度高于830℃，则可能由于InGaN插入层的生长温度较高而造成InGaN阱层中的In解析。

进一步地，830℃≤T3≤850℃，800℃≤T4≤820℃。当AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长温度在上述范围内时，应力释放效果、整体晶体质量、以及In的并入效率都较好。

进一步地，(1.5*V2)≤V3≤(4*V2)。

如果AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长速率小于InGaN阱层和GaN垒层的生长速率的1.5倍，则可能由于AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长速率较慢而影响到GaN垒层的晶体质量；如果AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长速率大于InGaN阱层和GaN垒层的生长速率的4倍，则可能由于AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长速率较快而影响到AlInGaN插入层和InGaN插入层的晶体质量。

更进一步地，(1.5*V2)≤V3≤(3*V2)。当AlInGaN插入层和InGaN插入层的生长速率在上述范围内时，整体的晶体质量较好。

可选地，InGaN阱层的厚度为D1，GaN垒层的厚度为D2，AlInGaN插入层的厚度为D3，InGaN插入层的厚度为D4，D4＜D3＜D1＜D2。

AlInGaN插入层和InGaN插入层的厚度很薄，基本上不会影响到载流子的迁移。而且AlInGaN插入层的厚度较厚，有利于利用AlInGaN插入层进行应力释放，同时InGaN插入层的厚度较薄，有利于减小低温生长对晶体质量的负影响。

进一步地，0.5nm≤D3≤1.5nm，0.3nm≤D4≤1.2nm。

如果AlInGaN插入层的厚度小于0.5nm，则可能由于AlInGaN插入层的厚度较薄而无法有效匹配GaN垒层的晶格；如果AlInGaN插入层的厚度大于1.5nm，则可能由于AlInGaN插入层的厚度较厚而影响到载流子的迁移。如果InGaN插入层的厚度小于0.3nm，则可能由于InGaN插入层的厚度较薄而无法有效匹配InGaN阱层的晶格；如果InGaN插入层的厚度大于1.2nm，则可能由于InGaN插入层的厚度较厚而额外产生极化效应。

更进一步地，0.5nm≤D3≤1.2nm，0.3nm≤D4≤1nm。当AlInGaN插入层和InGaN插入层的厚度在上述范围内时，晶格的匹配、载流子的迁移情况都较好，也没有额外产生极化效应。

可选地，AlInGaN插入层的材料可以为Al_xIn_yGaN，0.75≤x≤0.85，0.15≤y≤0.25。

当AlInGaN插入层中Al组分的含量和In组分的含量在上述范围内时，AlInGaN插入层与GaN垒层之间可以形成良好的晶格匹配。

可选地，InGaN插入层中In组分含量可以为InGaN阱层中In组分含量的1/20～1/10。

如果InGaN插入层中In组分含量小于InGaN阱层中In组分含量的1/20，则可能由于InGaN插入层中In组分含量较少而无法与InGaN阱层的晶格匹配；如果InGaN插入层中In组分含量大于InGaN阱层中In组分含量的1/10，则可能由于InGaN插入层中In组分含量较多而带来额外的极化效应。

进一步地，InGaN插入层中In组分含量可以为InGaN阱层中In组分含量的1/15～1/10。当InGaN插入层中In组分含量在上述范围内时，极化效应的改善效果达到最佳。

可选地，每个第二复合层可以由依次层叠的InGaN阱层和GaN垒层组成。

由于空穴的迁移数量和迁移速率均远低于电子，因此靠近P型半导体层的InGaN阱层为主要的发光阱。通过在靠近P型半导体层的相邻两个第二复合层之间的GaN垒层和InGaN阱层之间不再插入AlInGaN层和InGaN层，可以有效避免插入的AlInGaN层和InGaN层对载流子的迁移造成影响。而且之前生长的m个第一复合层已经有效释放有源层内的应力，可以提供较好的生长表面，再此基础上生长n个第二复合层，极化效应的影响较小。

进一步地，5≤m≤10，2≤n≤5。

第一复合层和第二复合层相互配合，先生长较多数量的第一复合层，可以有效释放有源层内的应力，改善有源层内的极化效应，为第二复合层提供较好的生长表面；再生长第二复合层，形成主要的发光阱，载流子的迁移率较高，发光强度较大。

当第一复合层的数量小于5个时，可能由于第一复合层的数量较少而无法有效释放有源层内的应力，导致LED发光波长的蓝移量无法满足小间距显示屏的应用需要；当第一复合层的数量大于10个时，则可能由于第一复合层的数量较多而增加不必要的生产成本。如果第二复合层的数量小于2个时，则可能由于第二复合层的数量较少而影响到LED的发光强度；如果第二复合层的数量大于5个，则可能由于第二复合层的数量较多而带来较大的极化效应，影响到LED发光波长的蓝移量。

更进一步地，5≤m≤8，2≤n≤4。当第一复合层和第二复合层的数量在上述范围内时，可以有效减小LED发光波长的蓝移量，同时保证LED的发光强度，而且不会增加不必要的生产成本、以及带来额外的极化效应。

在实际应用中，有源层的生长压力可以为200torr。

可选地，在步骤204之前，该生长方法还可以包括：

在N型半导体层上生长应力释放层。

相应地，有源层生长在应力释放层上。

通过在有源层之前生长应力释放层，可以对蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力进行释放，提高有源层的晶体质量，有利于电子和空穴在有源层进行辐射复合发光，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。

步骤205：在有源层上生长P型半导体层。

在本实施例中，P型半导体层可以为掺杂Mg的GaN层。进一步地，P型半导体层的厚度可以为50nm～80nm，优选为65nm；P型半导体层中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为10¹⁸/cm³～10²⁰/cm³，优选为10¹⁹/cm³。

可选地，该步骤205可以包括：

控制温度为940℃～980℃(优选为960℃)，压力为200torr～600torr(优选为400torr)，在有源层上生长P型半导体层。

可选地，在步骤205之前，该生长方法还可以包括：

在有源层上生长电子阻挡层。

相应地，P型半导体层生长在电子阻挡层上。

通过在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层，电子阻挡层可以避免电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，降低LED的发光效率。

在本实施例中，电子阻挡层的材料可以采用P型掺杂的氮化铝镓(AlGaN)，如Al_yGa_1-yN，0.15＜y＜0.25。进一步地，电子阻挡层的厚度可以为30nm～50nm，优选为40nm。

进一步地，在有源层上生长电子阻挡层，可以包括：

控制温度为930℃～970℃(优选为950℃)，压力为100torr，在有源层上生长电子阻挡层。

进一步地，在有源层上生长电子阻挡层之前，该生长方法还可以包括：

在有源层上生长低温P型层。

相应地，电子阻挡层生长在低温P型层上。

通过在有源层和电子阻挡层之间设置低温P型层，可以避免电子阻挡层的高温生长造成有源层中的In解析。

在本实施例中，低温P型层的材料可以为P型掺杂的氮化镓。进一步地，低温P型层的厚度可以为10nm～50nm，优选为30nm；低温P型层中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为10¹⁸/cm³～10²⁰/cm³，优选为10¹⁹/cm³。

进一步地，在有源层上生长低温P型层，可以包括：

控制温度为600℃～850℃(优选为750℃)，压力为100torr～600torr(优选为300torr)，在有源层上生长低温P型层。

可选地，在步骤205之后，该生长方法还可以包括：

在P型半导体层上生长接触层。

通过在P型半导体层上生长接触层，可以与芯片制作工艺中形成的电极或者透明导电薄膜之间形成欧姆接触。

在本实施例中，接触层的材料可以采用P型掺杂的氮化铟镓或者氮化镓。进一步地，接触层的厚度可以为5nm～300nm，优选为100nm；接触层中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为10²¹/cm³～10²²/cm³，优选为5*10²¹/cm³。

进一步地，在P型半导体层上生长接触层，可以包括：

控制温度为850℃～1050℃(优选为950℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在P型半导体层上生长接触层。

需要说明的是，在上述外延生长结束之后，会先将温度降低至650℃～850℃(优选为750℃)，在氮气气氛中对外延片进行5分钟～15分钟(优选为10分钟)的退火处理，然后再将外延片的温度降低至室温。

本公开实施例提供了一种发光二极管外延片，可以采用图1或图2所示的生长方法生长而成。图3为本公开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3，该发光二极管外延片包括衬底10以及依次层叠在衬底10上的缓冲层20、N型半导体层30、有源层40和P型半导体层50。

图4为本公开实施例提供的有源层的结构示意图。参见图4，在本实施例中，有源层40由依次层叠的m个第一复合层41和n个第二复合层42组成，m和n均为正整数。每个第一复合层41由依次层叠的InGaN阱层411、GaN垒层412、AlInGaN插入层413和InGaN插入层414组成。InGaN阱层411、GaN垒层412、AlInGaN插入层413和InGaN插入层414的生长温度依次为T1、T2、T3和T4，T1＜T4＜T3＜T2；InGaN阱层411、GaN垒层412、AlInGaN插入层413和InGaN插入层414的生长速率依次为V1、V2、V3、V4，V1＝V2＜V3＝V4。

可选地，如图4所示，每个第二复合层42可以由依次层叠的InGaN阱层421和GaN垒层422组成。

可选地，如图3所示，该发光二极管外延片还可以包括未掺杂氮化镓层60，未掺杂氮化镓层60设置在缓冲层20和N型半导体层30之间。

可选地，如图3所示，该发光二极管外延片还可以包括应力释放层70，应力释放层70设置在N型半导体层30和有源层40之间。

可选地，如图3所示，该发光二极管外延片还可以包括电子阻挡层81，电子阻挡层81设置在有源层40和P型半导体层50之间。

进一步地，如图3所示，该发光二极管外延片还可以包括低温P型层82，低温P型层82设置在有源层40和电子阻挡层81之间。

可选地，如图3所示，该发光二极管外延片还可以包括接触层90，接触层90设置在P型半导体层50上。

以上所述仅为本公开的可选实施例，并不用以限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：

将衬底放入反应室内；

在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；

其中，所述有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，m和n均为正整数；每个所述第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长温度依次为T1、T2、T3和T4，T1＜T4＜T3＜T2；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长速率依次为V1、V2、V3、V4，(1.5*V2)≤V3≤(4*V2)，

每个所述第一复合层采用如下方式生长：

同时向所述反应室内通入In源、Ga源、氨气和载气，生长所述InGaN阱层；

关闭In源，同时向所述反应室内通入Ga源、氨气和载气，生长所述GaN垒层；

关闭Ga源和氨气，同时向所述反应室内通入In源和载气，使In源分布在所述反应室内的所有区域；

同时向所述反应室室内通入Al源、In源、Ga源、氨气和载气，生长所述AlInGaN插入层；

关闭Al源、Ga源和氨气，同时向所述反应室内通入In源和载气，使In源分布在所述反应室内的所有区域；

同时向所述反应室室内通入In源、Ga源、氨气和载气，生长所述InGaN插入层。

2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，820℃≤T3≤850℃，800℃≤T4≤830℃。

3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的厚度依次为D1、D2、D3和D4，D4＜D3＜D1＜D2。

4.根据权利要求3所述的生长方法，其特征在于，0.5nm≤D3≤1.5nm，0.3nm≤D4≤1.2nm。

5.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述AlInGaN插入层的材料为Al_xIn_yGaN，0.75≤x≤0.85，0.15≤y≤0.25。

6.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，每个所述第二复合层由依次层叠的InGaN阱层和GaN垒层组成。

7.根据权利要求6所述的生长方法，其特征在于，5≤m≤10，2≤n≤5。

8.一种发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片采用如权利要求1～7任一项所述的发光二极管外延片的生长方法生长得到，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述有源层由依次层叠的m个第一复合层和n个第二复合层组成，m和n均为正整数；每个所述第一复合层由依次层叠的InGaN阱层、GaN垒层、AlInGaN插入层和InGaN插入层组成；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长温度依次为T1、T2、T3和T4，T1＜T4＜T3＜T2；所述InGaN阱层、所述GaN垒层、所述AlInGaN插入层和所述InGaN插入层的生长速率依次为V1、V2、V3、V4，V1＝V2＜V3＝V4。

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