CN114335267A - 一种外延片制备方法、外延片以及发光二极管 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种外延片制备方法、外延片以及发光二极管，所述方法包括提供衬底；在所述衬底上生长缓冲层；通过Ga量的变化在所述缓冲层上进行渐变生长第一GaN层，后恒定生长第二GaN层；在所述第二GaN层依次生长不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层。本发明解决了现有技术中的外延片制作的芯片发光亮度较低的问题。

Description

一种外延片制备方法、外延片以及发光二极管

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种外延片制备方法、外延片及发光二极管。

背景技术

LED芯片是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小等特点，被广泛应用于照明等领域。而LED芯片由LED外延片裂片得到，因此，LED外延片的性能决定着LED芯片的性能。随着应用领域的扩展，对LED芯片的要求也越来越多，高亮度的芯片是一直的追求目标，因此提升LED芯片的亮度也成为目前最为重要的技术要点。

其中，外延片主要包括衬底及在衬底上生长的外延层。目前，大部分使用蓝宝石、硅或碳化硅等材料作为衬底，GaN生长外延层，然而，由于生长技术受限，现有技术中，外延片中的GaN层多采用恒定的生长方式进行生长，导致制作出的芯片发光亮度较低。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种外延片制备方法、外延片以及发光二极管，旨在解决现有技术中的外延片发光亮度较低的问题。

本发明实施例是这样实现的，一种外延片制备方法，所述方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上生长缓冲层；

通过Ga量的变化在所述缓冲层上进行渐变生长第一GaN层，后恒定生长第二GaN层；

在所述第二GaN层依次生长不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，在进行恒定生长时，在所述第二GaN层中通入预设流量的Ga量。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，在进行渐变生长时，所述第一GaN层中的Ga量通入的流量由所述预设流量的预设占比渐变至所述预设流量。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，所述预设占比为0.2至0.9。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，所述第一GaN层的生长时间为3~10min。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，所述第二GaN层的生长时间为8~20min。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，在进行渐变生长时，所述第一GaN层中的Ga量通入的流量由所述预设流量的0.7倍渐变至所述预设流量。

进一步的，上述外延片制备方法，其中，所述第一GaN层的生长时间为5min，所述第二GaN层的生长时间为15min。

本发明的另一个目的在于提供一种外延片，所述外延片由上述任一项所述的外延片制备方法制备得到，所述外延片包括：

衬底；

依次生长在所述衬底上的缓冲层、三维生长的GaN层、不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层；

其中，所述三维生长的GaN层包括依次生长的第一GaN层和第二GaN层，所述第一GaN层通过Ga量的变化渐变进行生长，所述第二GaN层通过恒定方式进行生长，所述第一GaN层设置在靠近所述缓冲层的一侧。

本发明的另一个目的在于提供一种发光二极管，所述发光二极管包括上述的外延片。

与现有技术相比，本发明在生长三维生长的GaN层时，先通过Ga量的变化采用渐变式的生长方式生长第一GaN层，后采用恒定生长的方式生长第二GaN层，减少了外延片的缺陷密度，进一步的改善了晶体质量，从而提升外延片的发光亮度。

附图说明

图1为本发明第一实施例当中的外延片制备方法的流程图；

图2为现有技术中的外延片与本发明一实施例当中的外延片制备方法制备出的外延片的半宽测试示意图；

图3为本发明第二实施例当中的外延片的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

实施例一

请参阅图1，为本发明第一实施例中提出的外延片制备方法，所述方法包括步骤S10~步骤S13。

步骤S10，提供衬底。

其中，衬底可为图形化或非图形化平片衬底，衬底与外延层的特性配合要非常严格，如晶格失配及热失配需要匹配才能外延生长出质量优异的外延层，否则直接影响外延层的生长质量及发光二极管的性能。在本实施例中，衬底采用蓝宝石(Al₂O₃)材料，其化学性能稳定、不吸收可见光、价格便宜成本低、制作技术成熟简单，为发光二极管使用最广泛的衬底材料。

步骤S11，在所述衬底上生长缓冲层。

其中，缓冲层的厚度为15～35nm。

步骤S12，通过Ga量的变化在所述缓冲层上进行渐变生长第一GaN层，后恒定生长第二GaN层。

其中，通过Ga量的变化来达到渐变生长的目的，通过渐变式的生长方式生长第一GaN层，后通过恒定生长的生长方式在第一GaN层上生长第二GaN层。具体的，在进行第二GaN层时需要通入预设流量的Ga量，以第二GaN层的Ga量通入的预设流量作为基准，在进行生长第一GaN层时，第一GaN层中的Ga量通入的流量由所述预设流量的预设占比渐变至该预设流量；其中，预设流量为当前外延片生长CaN层时需要通入的流量；更具体的，预设占比为0.2至0.9，例如，0.2、0.3、0.4、0.5以及0.8。

进一步的，为了控制GaN层的合理生长，第一GaN层的生长时间为3~10min，例如3mim、5min、7min以及10min；第二GaN层的生长时间为8~20min，例如8min、10min、15min、18min以及20min，第一GaN层和第二GaN层的生长总厚度为500~2000nm。

分别对现有技术中的外延片制作的芯片以及本发明提出的外延片制作的芯片在不同电流强度下的发光亮度进行测试，具体如表1所示：

表1、

从表中可以明显看出，通过改变生长方式的外延片的发光亮度比现有技术中的外延片的发光亮度大大提升，并且在Ga量占比渐变的范围内，随着Ga量的增加发光亮度先增加后减少，并在0.7时达到最优。

请参阅图2，分别对本实施例中制备的外延片进行X射线衍射测试（XRD）以测试预设面的半宽，从图中可以明显看出，本发明制作的外延片XRD测试002面和102面均比现有技术明显减少，说明外延层缺陷密度明显改善。

步骤S13，在所述第二GaN层依次生长不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层。

具体的，作为一个具体的实施例，其中，在进行不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层时，不掺杂的GaN层的厚度为800～1200nm；N型掺杂的GaN层的厚度为1000～3000nm；应力释放层为InGaN层和GaN层交替生长的周期性结构；多量子阱层为InGaN层和GaN层交替生长的周期性结构，其中，InGaN层的厚度为2～4nm，GaN层的厚度为8～10nm；电子阻挡层为AlGaN层和GaN层交替生长的周期性结构，厚度为20~60nm。P型掺杂的GaN层的厚度为40~200nm。

综上，本发明上述实施例当中提出的外延片制备方法，在生长三维生长的GaN层时，先通过Ga量的变化采用渐变式的生长方式生长第一GaN层，后采用恒定生长的方式生长第二GaN层，减少了外延片的缺陷密度，进一步的改善了晶体质量，从而提升外延片的发光亮度。

实施例二

请参阅图3，为本发明第二实施例中提出的外延片，所述外延片由上述实施例一中提出的外延片制备方法制备得到，所述外延片包括：

衬底1；

依次生长在所述衬底1上的缓冲层2、三维生长的GaN层3、不掺杂的GaN层4、N型掺杂的GaN层5、应力释放层6、多量子阱层7、电子阻挡层8以及P型掺杂的GaN层9；

其中，所述三维生长的GaN层3包括依次生长的第一GaN层31和第二GaN层32，所述第一GaN层31通过Ga量的变化渐变进行生长，所述第二GaN层32通过恒定方式进行生长，所述第一GaN层31设置在靠近所述缓冲层2的一侧。

实施例三

本发明第三实施例中提出的发光二极管，包括上述实施例二中的外延片，所述外延片由上述实施例一当中外延片制备方法制备得到。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种外延片制备方法，其特征在于，所述方法包括：

提供衬底；

在所述衬底上生长缓冲层；

通过Ga量的变化在所述缓冲层上进行渐变生长第一GaN层，后恒定生长第二GaN层；

在所述第二GaN层依次生长不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层。

2.根据权利要求1所述的外延片制备方法，其特征在于，在进行恒定生长时，在所述第二GaN层中通入预设流量的Ga量。

3.根据权利要求2所述的外延片制备方法，其特征在于，在进行渐变生长时，所述第一GaN层中的Ga量通入的流量由所述预设流量的预设占比渐变至所述预设流量。

4.根据权利要求3所述的外延片制备方法，其特征在于，所述预设占比为0.2至0.9。

5.根据权利要求1所述的外延片制备方法，其特征在于，所述第一GaN层的生长时间为3~10min。

6.根据权利要求1所述的外延片制备方法，其特征在于，所述第二GaN层的生长时间为8~20min。

7.根据权利要求4所述的外延片制备方法，其特征在于，在进行渐变生长时，所述第一GaN层中的Ga量通入的流量由所述预设流量的0.7倍渐变至所述预设流量。

8.根据权利要求1所述的外延片制备方法，其特征在于，所述第一GaN层的生长时间为5min，所述第二GaN层的生长时间为15min。

9.一种外延片，其特征在于，所述外延片由权利要求1至8中任一项所述的外延片制备方法制备得到，所述外延片包括：

衬底；

依次生长在所述衬底上的缓冲层、三维生长的GaN层、不掺杂的GaN层、N型掺杂的GaN层、应力释放层、多量子阱层、电子阻挡层以及P型掺杂的GaN层；

其中，所述三维生长的GaN层包括依次生长的第一GaN层和第二GaN层，所述第一GaN层通过Ga量的变化渐变进行生长，所述第二GaN层通过恒定方式进行生长，所述第一GaN层设置在靠近所述缓冲层的一侧。

10.一种发光二极管，其特征在于，所述发光二极管包括权利要求9中所述的外延片。

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