一種發(fā)光二極管外延片及該外延片的生長方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)光二極管領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片及該外延片的生長方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(英文:Light Emitting D1de，簡稱:LED)具有體積小、使用壽命長、顏色豐富多彩和能耗低等特點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于照明、顯示屏、信號(hào)燈、背光源、玩具等領(lǐng)域。其中，GaN基LED是以GaN為代表的III族氮化物實(shí)現(xiàn)ρ、η型摻雜的LED。典型的GaN基LED外延片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的η型層、多量子阱層(又稱發(fā)光層)和ρ型層?，F(xiàn)有的多量子講層一般由InGaN量子講和GaN量子皇構(gòu)成。
[0003]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0004]InGaN與GaN存在晶格差異大的缺陷，使得InGaN量子阱捕獲載流子效率以及正負(fù)載流子在InGaN量子阱中分布均受到明顯影響，這不利于提升GaN基LED的發(fā)光效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了提升GaN基LED的發(fā)光效率，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片及該外延片的生長方法。所述技術(shù)方案如下:
[0006]一方面，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述發(fā)光二極管外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的低溫緩沖層、非摻雜GaN層、η型GaN接觸層、多量子阱層、以及P型GaN接觸層，所述多量子阱層包括GaN皇層和InxGai_xN阱層，0〈X〈1，
[0007]至少部分所述GaN皇層與所述InxGa1J阱層之間設(shè)有預(yù)生長層，所述預(yù)生長層由InN制成、或者所述預(yù)生長層為InN層和GaN層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述預(yù)生長層為InN層和GaN層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，所述InxGahN阱層靠近所述超晶格結(jié)構(gòu)中的GaN層，所述預(yù)生長層的厚度大于O且小于0.3nm。
[0008]可選地，當(dāng)所述預(yù)生長層由InN制成時(shí)，所述預(yù)生長層的厚度范圍為0.005nm?0.2nm0
[0009]可選地，當(dāng)所述預(yù)生長層為InN層和GaN層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，所述超晶格結(jié)構(gòu)中GaN層為摻In的GaN層。
[0010]可選地，當(dāng)所述超晶格結(jié)構(gòu)中GaN層為摻In的GaN層時(shí)，所述摻In的GaN層中In濃度為所述InxGahN阱層中In濃度的10%?20%。
[0011]可選地，任意所述GaN皇層與所述InxGahN阱層之間設(shè)有所述預(yù)生長層。
[0012]可選地，所述InxGa1J^講層的厚度范圍為I?2nm，所述GaN皇層的厚度范圍為7 ?8nm0
[0013]另一方面，本發(fā)明提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，所述方法適用于生長前述發(fā)光二極管外延片，所述方法包括:
[0014]提供一襯底；
[0015]在所述襯底上依次沉積低溫緩沖層、非摻雜GaN層、η型GaN接觸層、多量子阱層、以及P型GaN接觸層；
[0016]其中，所述多量子阱層包括GaN皇層和InxGai_xN阱層，0〈Χ < 1，
[0017]至少部分所述GaN皇層與所述InxGai_xN阱層之間設(shè)有預(yù)生長層，所述預(yù)生長層由InN制成、或者所述預(yù)生長層為InN層和GaN層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)，當(dāng)所述預(yù)生長層為InN層和GaN層構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，所述InxGahN阱層靠近所述超晶格結(jié)構(gòu)中的GaN層，所述預(yù)生長層的厚度大于O且小于0.3nm。
[0018]可選地，所述預(yù)生長層的生長溫度不低于所述InxGahN阱層的生長溫度15°C且不高于所述InxGahN阱層的生長溫度20°C。
[0019]可選地，所述InxGa^xN阱層的生長溫度為650_850°C，生長壓力為50_300torr。
[0020]可選地，所述預(yù)生長層是在氮?dú)獾姆諊律L的。
[0021]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0022]通過在GaN皇層上生長預(yù)生長層之后再生長InxGa1J阱層，或者在InxGai_xN阱層上生長預(yù)生長層，由于預(yù)生長層含有In原子，因此，能夠釋放由GaN晶格與InN晶格失配帶來的應(yīng)力，避免該應(yīng)力蓄積到InxGahN阱層，影響InxGai_xN阱層的生長；這樣提升了InxGahN阱層的平整性和原子分布的均勻性，最終提高內(nèi)量子效率，提升GaN基LED的發(fā)光效率。
[0023]并且，經(jīng)試驗(yàn)表明，當(dāng)預(yù)生長層的厚度大于O且小于0.3nm時(shí)，應(yīng)力釋放和LED的電性參數(shù)將達(dá)到最佳平衡狀態(tài)，這時(shí)，LED的電性參數(shù)與未生長預(yù)生長層的LED電性參數(shù)相當(dāng)，但是，LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)提升1.5%?2%。
【附圖說明】
[0024]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。
[0025]圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的多量子阱層的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)光二極管外延片的又一結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]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。
[0030]實(shí)施例一
[0031]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襯底1、以及依次層疊在襯底I上的低溫緩沖層2、非摻雜GaN層3、n型GaN接觸層4、多量子阱層5、以及ρ型GaN接觸層6。該多量子阱層5包括GaN皇層51和InxGa^N阱層52，0〈X〈1。
[0032]其中，至少部分GaN皇層51與InxGapxN阱層52之間設(shè)有預(yù)生長層53。該預(yù)生長層53由InN制成、或者該預(yù)生長層53為InN層53a和GaN層53b構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)。其中，參見圖2，當(dāng)預(yù)生長層53為InN層53a和GaN層53b構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，InxGa1^xN阱層52靠近超晶格結(jié)構(gòu)中的GaN層53b。該預(yù)生長層53的厚度可以大于O且小于0.3nm。
[0033]作為可選的實(shí)施方式，參見圖3，該多量子講層5包括兩個(gè)GaN皇層51和一個(gè)InxGa1^xN講層52，InxGa1^xN講層52夾設(shè)于兩個(gè)GaN皇層51之間。其中，至少部分GaN皇層51與InxGahN阱層52之間設(shè)有預(yù)生長層53，可以是InxGa^N阱層52與該兩個(gè)GaN皇層51中任意一個(gè)GaN皇層51之間設(shè)有預(yù)生長層53，也可以是InxGai_xN阱層52分別與該兩個(gè)GaN皇層51之間均設(shè)有預(yù)生長層53。優(yōu)選地，任意GaN皇層51與InxGai_xN阱層52之間設(shè)有預(yù)生長層53。
[0034]其中，InxGahN阱層52的厚度范圍可以為I?2nm。GaN皇層51的厚度范圍可以為7?8nm。
[0035]由于In原子分別與Ga原子和N原子的半徑均存在較大差異(In原子半徑為144pm，Ga原子半徑為126pm，N原子半徑為70pm)，假若在GaN皇層51上直接生長InxGahN阱層52，那么將破壞正常的GaN晶格而引入位錯(cuò)缺陷；而In原子、Ga原子和N原子之間的鍵能較大，InxGa1J阱層52將蓄積較強(qiáng)的應(yīng)力，這使得InxGa1J阱層52表面粗糙，原子分布不均勻，影響載流子的復(fù)合效率，增加有源層對(duì)光的吸收，從而降低內(nèi)量子效率。在GaN壘層51上生長一層預(yù)生長層53之后，由于預(yù)生長層53含有In原子，因此，預(yù)先在InxGai_xN阱層52蓄積的應(yīng)力提前在預(yù)生長層53進(jìn)行釋放，使得在預(yù)生長層53上更適宜生長InxGahN阱層52，提升InxGa1J阱層52的平整性和原子分布的均勻性。同理，在InxGai_xN阱層52上生長一層預(yù)生長層53，也能釋放InxGa^N阱層52蓄積的應(yīng)力，提升InxGa^N阱層52的平整性和原子分布的均勻性，最終提高內(nèi)量子效率。
[0036]并且，預(yù)生長層53的厚度越厚越有利于釋放InxGahN阱層52的應(yīng)力，但是厚度過厚，LED的電性參數(shù)(包括LED器件的工作電壓和抗靜電能力)會(huì)呈現(xiàn)變差的趨勢。經(jīng)試驗(yàn)表明，當(dāng)預(yù)生長層53的厚度大于O且小于0.3nm時(shí)，應(yīng)力釋放和LED的電性參數(shù)將達(dá)到最佳平衡狀態(tài)，這時(shí)，LED的電性參數(shù)與未生長預(yù)生長層53的LED電性參數(shù)相當(dāng)，但是，LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)提升1.5%?2%。
[0037]其中，當(dāng)預(yù)生長層53由InN制成時(shí)，預(yù)生長層53的厚度范圍可以為0.005nm?0.2nm。
[0038]當(dāng)預(yù)生長層53由InN制成時(shí)，可以為靠近預(yù)生長層53的InxGai_xN阱層52的生長提供In氛環(huán)境，在生長InxGahN阱層52時(shí)，可以抑制In原子的解吸附行為，提高InxGapxN阱層52中In的組分，提升InxGa^N阱層52的生長質(zhì)量。
[0039]此外，如果InN層過厚，會(huì)使LED器件的正向工作電壓提升，且抗靜電能力變差。經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)預(yù)生長層53由InN制成且厚度范圍為0.005nm?0.2nm時(shí)，應(yīng)力釋放和LED的電性參數(shù)將達(dá)到最佳平衡狀態(tài)，這時(shí)，LED的電性參數(shù)與未生長預(yù)生長層53的LED電性參數(shù)相當(dāng)，但是，LED的發(fā)光強(qiáng)度會(huì)提升2%。
[0040]其中，當(dāng)預(yù)生長層53為InN層53a和GaN層53b構(gòu)成的超晶格結(jié)構(gòu)時(shí)，超晶格結(jié)構(gòu)中GaN層53b可以為慘In的GaN層。
[0041]經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)預(yù)生長層53的厚度大于0.3nm時(shí)，LED器件的正向工作電壓會(huì)提高0.1V，這將縮減LED的使用壽命。當(dāng)預(yù)生長層53為InN層53a和GaN層53b構(gòu)成的超