一種發(fā)光二極管外延片的生長方法及外延片的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片的生長方法及外延片。
【背景技術(shù)】
[0002]LED (Light Emitting D1de，發(fā)光二極管)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。作為一種高效、環(huán)保、綠色的新型固態(tài)照明光源，LED正在被迅速廣泛地得到應(yīng)用，如交通信號燈、汽車內(nèi)外燈、城市景觀照明、手機背光源等。
[0003]外延片是制造LED的重要部件?，F(xiàn)有的外延片的生長方法包括:依次在襯底上生長低溫緩沖層、未摻雜GaN層、N型層、有源層、P型層。其中，有源層由InGaN層和GaN層交替生長形成。
[0004]在實現(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:
[0005]生長溫度越高，一方面反應(yīng)越迅速和完全，晶格質(zhì)量越好，另一方面In析出越嚴重(In不能摻雜到晶格中)，析出的In不能有效參與反應(yīng)，InGaN層被破壞，由于InGaN層和GaN層的生長溫度是固定不變的，因此InGaN層和GaN層的生長溫度需要同時兼顧晶格質(zhì)量和In的并入效率(In摻入晶格中的多少)，LED的發(fā)光效率有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)LED的發(fā)光效率有限的問題，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法及外延片。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，所述生長方法包括:
[0008]依次在襯底上生長低溫緩沖層、未摻雜GaN層、N型層；
[0009]在所述N型層上交替生長第一 InGaN講層和第一 GaN皇層，形成第一有源層；
[0010]在所述第一有源層上交替生長第二 InGaN阱層和第二 GaN皇層，形成第二有源層；
[0011]依次在所述第二有源層上生長電子阻擋層、P型層；
[0012]其中，所述第二有源層的生長壓力低于所述第一有源層的生長壓力，所述第二有源層的生長速度低于所述第一有源層的生長速度，所述第二有源層的厚度小于所述第一有源層的厚度；所述第二 InGaN阱層的生長壓力逐層降低，所述第二 InGaN阱層的生長速度逐層變慢，所述第二 InGaN阱層的厚度逐層減小。
[0013]可選地，所述第一有源層的生長壓力為200-350torr。
[0014]可選地，所述第二 GaN皇層的生長壓力為100_200torr。
[0015]可選地，所述第二 InGaN講層的生長壓力的取值范圍為100_180torr。
[0016]可選地，所述第一有源層的生長速度與所述第二有源層的生長速度之比大于I且不大于4。
[0017]可選地，所述第一有源層的厚度與所述第二有源層的厚度之比大于I且不大于4。
[0018]優(yōu)選地，所述第一有源層的厚度為90-180nm，所述第二有源層的厚度為50_90nm。
[0019]可選地，所述第一 InGaN講層、所述第一 GaN皇層、所述第二 InGaN講層、以及所述第二 GaN皇層的層數(shù)之和為24-36。
[0020]可選地，所述第一 InGaN阱層和所述第一 GaN皇層的層數(shù)之和為12_24，所述第二InGaN阱層和所述第二 GaN皇層的層數(shù)之和為4_12。
[0021]另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述發(fā)光二極管外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的低溫緩沖層、未摻雜GaN層、N型層、電子阻擋層、P型層，在所述N型層和所述P型層之間依次生長第一有源層、第二有源層，所述第一有源層由交替生長的第一 InGaN阱層和第一 GaN皇層形成，所述第二有源層由交替生長的第二InGaN阱層和第二 GaN皇層形成；
[0022]其中，所述第二有源層的生長壓力低于所述第一有源層的生長壓力，所述第二有源層的生長速度低于所述第一有源層的生長速度，所述第二有源層的厚度小于所述第一有源層的厚度；沿所述發(fā)光二極管外延片的生長方向，所述第二 InGaN阱層的生長壓力逐層降低，所述第二 InGaN阱層的生長速度逐層變慢，所述第二 InGaN阱層的厚度逐層減小。
[0023]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0024]通過先生長第一有源層，第一有源層的生長壓力較高，有利于三維生長，產(chǎn)生的缺陷(pits)體積較大，體積較大的缺陷可以有效阻擋底層延伸上來的pits，提高了整體的晶體質(zhì)量；第一有源層的生長速度較快，反應(yīng)分子的迀移率較高、反應(yīng)迅速且充分，晶格質(zhì)量較好；第一有源層的厚度較厚，增加了電子和空穴在第一有源層中復(fù)合發(fā)光的幾率，提高了發(fā)光二極管的發(fā)光效率。再在第一有源層上生長第二有源層，第二有源層的生長壓力較低，有利于二維生長，產(chǎn)生的pits體積較小，一方面可以消除之前從產(chǎn)生的體積較大的pits，提高晶體質(zhì)量，另一方面還可以改變復(fù)合光的出射角度，增加發(fā)光二極管的出光效率；第二有源層的生長速度較慢，可以提高In的并入效率，進而提高第二有源層的發(fā)光效率；第二有源層的厚度較薄，有利于空穴的迀移，提高了電子和空穴在第二有源層復(fù)合發(fā)光的效率。
【附圖說明】
[0025]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實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)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]實施例一
[0030]本發(fā)明實施例提供了發(fā)光二極管外延片的生長方法，參見圖1，該生長方法包括:
[0031]步驟10:對襯底進行預(yù)處理。該步驟10為可選步驟。
[0032]可選地，襯底可以為藍寶石。
[0033]具體地，該步驟10可以包括:
[0034]在氫氣氣氛下，高溫處理襯底5-8min。其中，反應(yīng)室溫度可以為1000-1100°C，反應(yīng)室壓力可以控制在200-500torr。
[0035]步驟11:依次在襯底上生長低溫緩沖層、未摻雜GaN層、N型層。
[0036]在本實施例中，米用Veeco K465i/C4M0CVD (Metal Organic Chemical VaporDeposit1n，金屬有機化學(xué)氣相沉淀)設(shè)備實現(xiàn)LED外延片的生長方法。采用高純H2 (氫氣)或高純N2 (氮氣)或兩者的混合氣體作為載氣，高純冊13作為N源，三甲基鎵(TMGa)及三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，硅烷(SiH4)作為N型摻雜劑，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，二茂鎂(CP2Mg)作為P型摻雜劑。反應(yīng)室壓力為100-600torr。
[0037]具體地，低溫緩沖層等可以生長在藍寶石的
[0001]面上。
[0038]可選地，低溫緩沖層可以為GaN層，厚度可以為15_30nm。具體地，生長低溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度可以為530-560°C，反應(yīng)室壓力可以控制在200-500torr。
[0039]未摻雜GaN層可以為不摻雜的GaN層，厚度可以為2_3.5um。具體地，生長未摻雜GaN層時，反應(yīng)室溫度可以為1000-1100°C，反應(yīng)室壓力可以控制在200_600torr。
[0040]N型層可以為摻Si的GaN層，厚度可以為2_3um。具體地，生長N型層時，反應(yīng)室溫度可以為1000-1100°C，反應(yīng)室壓力可以控制在200-300torr。
[0041]步驟12:在N型層上交替生長第一 InGaN阱層和第一 GaN皇層，形成第一有源層。
[0042]在本實施例中，各第一 InGaN阱層的生長溫度、生長壓力、生長速度和厚度可以均相同，各第一 GaN皇層的生長溫度、生長壓力、生長速度和厚度可以均相同。
[0043]可選地，第一有源層的生長壓力可以為200_350tOrr。若第一有源層的生長壓力低于200torr，則形成的缺陷(pits)體積較小，無法有效阻擋底層延伸上來的pits，整體的晶體質(zhì)量較差。若第一有源層的生長壓力高于350torr，則形成的pits體積過大，會破壞有源層的晶體質(zhì)量，失去了形成體積較大的pits的意義。
[0044]優(yōu)選地，第一有源層的生長壓力可以為250_350tOrr。既可以保證形成較大體積的pits阻擋底層延伸上來的pits，提高整體的晶體質(zhì)量，又