專利名稱：一種led外延片及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體領(lǐng)域，尤其涉及一種LED外延片及其制備方法。
背景技術(shù)：
氮化鎵(GaN)及其三元合金材料在短波長(zhǎng)的光電器件應(yīng)用廣泛，其材料特性倍受關(guān)注，重點(diǎn)是提高GaN材料質(zhì)量和LED的量子效率即光電轉(zhuǎn)換效率。傳統(tǒng)的P型GaN材料方面主要由于在MOCVD (金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相淀積，Metal-organic Chemical VaporDeposition)外延生長(zhǎng)過程中Mg-H絡(luò)合物的形成,使Mg活化率降低,產(chǎn)生較高電阻,致使外延材料具有半絕緣性質(zhì)。針對(duì)該高電阻的現(xiàn)象，可將生長(zhǎng)后的外延片進(jìn)行熱退火以降低P型GaN的電阻率，但是轉(zhuǎn)化效率并不高。對(duì)于高性能器件，傳統(tǒng)P型GaN外延片中缺陷(例如V型缺陷或者在生長(zhǎng)過程中由于晶格不匹配而出現(xiàn)的位錯(cuò))的形成和結(jié)合過程，會(huì)影響器件的抗靜電能力即容易被擊穿；同時(shí)，容易發(fā)生非輻射復(fù)合發(fā)熱，不發(fā)光，對(duì)光電器件的壽命產(chǎn)生十分不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)中外延片生長(zhǎng)方式對(duì)光電器件壽命產(chǎn)生不利的技術(shù)問題，提供一種LED外延片，提高光電器件的壽命，實(shí)現(xiàn)器件的高性能。本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
一種LED外延片，包括襯底以及在所述襯底上順序生長(zhǎng)的η型氮化鎵層、發(fā)光層和ρ型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層，所述P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層包括順序生長(zhǎng)的本征氮化鎵層、Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層、P型氮化鎵層和Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層，所述本征氮化鎵層與發(fā)光層鄰接。本發(fā)明還提供一種LED外延片的制備方法，所述方法包括以下步驟:
511、提供一襯底，在所述襯底上順序生長(zhǎng)η型氮化鎵層和發(fā)光層；
512、在發(fā)光層上生長(zhǎng)ρ型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層，具體包括以下步驟:
5121、以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源，生長(zhǎng)本征氮化鎵層；
5122、以三甲基鎵作為鎵源、二茂鎂作為Mg摻雜源、三甲基銦作為銦源、氨氣作為氮源，保持三甲基鎵、三甲基銦和氨氣的流量恒定不變，二茂鎂的流量從O漸變到1200SCCm，在本征氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層；
5123、切斷三甲基銦源，二茂鎂的流量保持1200SCCm不變，在Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層上生長(zhǎng)P型氮化鎵層；
5124、打開三甲基銦源，將二茂鎂的流量從1200SCCm漸變到0，在ρ型氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層。本發(fā)明提供的LED外延片及其制備方法中，利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)作為P型層替換傳統(tǒng)的P型氮化鎵層，形成生長(zhǎng)粗化緩解由于氮化鎵折射率高引起的出光效率低的現(xiàn)象，即氮化銦鎵的粗化作用有利于出光，提高了光電器件的外量子效率；利用銦原子的催化作用，使得Mg原子替換Ga原子形成受主，大大提高了 Mg的摻雜使得空穴濃度得到提高，從而獲得更有效的P型層材料；利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)能很好的平衡空穴的分布，從而使得空穴能夠更充分的與電子復(fù)合，提高了光電復(fù)合效率，有效降低了接觸電阻從而使得光電器件電阻降低。因此，所述LED外延片能夠提高光電器件的壽命，實(shí)現(xiàn)器件的高性能。


圖1是本發(fā)明提供的LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了使本發(fā)明所解決的技術(shù)問題、技術(shù)方案及有益效果更加清楚明白，以下結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明的發(fā)明人研究分析，針對(duì)光電器件的發(fā)光效率，從量子效率方面考慮，LED的亮度取決于有源區(qū)的內(nèi)量子效率和光提取效率。受光提取影響的外量子效率，常規(guī)LED僅為百分之幾，主要原因是傳統(tǒng)P型GaN折射率很高，這使得有源區(qū)發(fā)出的光有大部分不能出射到空氣中，而是要經(jīng)歷多次內(nèi)反射，直到被LED吸收，加重了光電器件的散熱問題，進(jìn)而影響光電器件的內(nèi)量子效率。因此，提高光提取效率主要考慮是使入射角大于臨界角的光線能夠重新回到臨界角內(nèi)并產(chǎn)生出射。根據(jù)所述分析，請(qǐng)參考圖1所示，本發(fā)明提供一種LED外延片，包括襯底I以及在所述襯底I上順序生長(zhǎng)的η型氮化鎵層2、發(fā)光層3和ρ型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層4，所述P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層4包括順序生長(zhǎng)的本征氮化鎵層41、Mg摻雜量逐漸增加的P型氮化銦鎵層42、p型氮化鎵層43和Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層44，所述本征氮化鎵層41與發(fā)光層3鄰接。本發(fā)明提供的LED外延片中，利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)作為P型層替換傳統(tǒng)的P型氮化鎵層，形成生長(zhǎng)粗化緩解由于氮化鎵折射率高引起的出光效率低的現(xiàn)象，即氮化銦鎵的粗化作用有利于出光，提高了光電器件的外量子效率；利用銦原子的催化作用，使得Mg原子替換Ga原子形成受主，大大提高了 Mg的摻雜使得空穴濃度得到提高，從而獲得更有效的P型層材料；利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)能很好的平衡空穴的分布，從而使得空穴能夠更充分的與電子復(fù)合，提高了光電復(fù)合效率，有效降低了接觸電阻從而使得光電器件電阻降低。因此，所述LED外延片能夠提高光電器件的壽命，實(shí)現(xiàn)器件的高性能。作為較佳的實(shí)施方式，所述本征氮化鎵層41的厚度小于等于40納米，生長(zhǎng)所述本征氮化鎵層41的目的在于獲得更好生長(zhǎng)ρ型層的晶體質(zhì)量，如果所述本征氮化鎵層41的厚度大于40納米，會(huì)使得ρ型層的導(dǎo)電性能變差，從而使得整個(gè)LED外延片電壓過高。作為較佳的實(shí)施方式，所述Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層42的厚度為50-120納米，生長(zhǎng)所述Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層42的目的在于利用In的作用有利于Mg摻雜，促進(jìn)Mg原子替代Ga原子；同時(shí)利用氮化銦鎵的積聚效應(yīng)形成粗化，有利于出光。如果所述Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層42的厚度大于120納米，會(huì)導(dǎo)致外延層的晶體質(zhì)量很差，產(chǎn)生缺陷，影響器件的性能；如果小于50納米，會(huì)導(dǎo)致粗化的效應(yīng)不明顯，沒有起到插入層的作用。作為較佳的實(shí)施方式，所述ρ型氮化鎵層43的厚度為10-40納米，生長(zhǎng)所述ρ型氮化鎵層43的目的在于與氮化銦鎵層形成能帶上的變化，能更好的束縛空穴。如果所述P型氮化鎵層43的厚度大于40納米，會(huì)導(dǎo)致晶體質(zhì)量變差，同時(shí)形成高阻結(jié)構(gòu)影響器件的散熱性能；如果小于10納米，會(huì)導(dǎo)致不能有效束縛空穴。作為較佳的實(shí)施方式，所述Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層44的厚度為50-120納米，生長(zhǎng)所述Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層44的目的在于利用In的作用有利于Mg摻雜，促進(jìn)Mg原子替代Ga原子；同時(shí)利用氮化銦鎵的積聚效應(yīng)形成粗化，有利于出光。如果所述Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層44的厚度大于120納米，會(huì)導(dǎo)致外延層的晶體質(zhì)量很差，產(chǎn)生缺陷，影響器件的性能；如果小于50納米，會(huì)導(dǎo)致粗化的效應(yīng)不明顯，沒有起到插入層的作用。作為具體的實(shí)施方式，所述ρ型氮化銦鎵層具有如下結(jié)構(gòu):InxGa (1_Χ)Ν;其中，0〈χ〈1，所述ρ型氮化銦鎵層具體為Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層42和Mg摻雜量逐漸減少的P型氮化銦鎵層44，所述X為銦在結(jié)構(gòu)InxGa (1_Χ)Ν中含量的取值范圍。為了形成均勻的氮化銦鎵粗化區(qū)域，提高量子效率，同時(shí)考慮Mg在ρ型氮化銦鎵層中的摻雜效率，所述銦在結(jié)構(gòu)InxGa(1_x)N中含量的取值范圍為0〈χ〈1 ;優(yōu)選地，進(jìn)一步考慮摻銦與溫度的最佳生長(zhǎng)效果，所述x=0.12。作為具體的實(shí)施方式，請(qǐng)參考圖1所示，所述襯底I和η型氮化鎵層2之間形成有緩沖層5，所述緩沖層5具體可為氮化鎵層，所述緩沖層5的厚度可為20-50納米，由此可以更好地釋放應(yīng)力，生長(zhǎng)出質(zhì)量好的氮化鎵材料。作為具體的實(shí)施方式，請(qǐng)參考圖1所示，所述η型氮化鎵層2和緩沖層5之間形成有非摻雜的氮化鎵層6，具體地，所述非摻雜的氮化鎵層6的厚度為1-4微米；所述η型氮化鎵層2為摻硅的η型氮化鎵層，其厚度為0.5-2微米，由此可以更好地獲得電子濃度高，遷移率高的η型材料。作為具體的實(shí)施方式，請(qǐng)參考圖1所示，所述發(fā)光層3包括多個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元，每個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元層疊生長(zhǎng)。具體地，每個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元包括氮化銦鎵層31和氮化鎵層32，所述氮化銦鎵層31和氮化鎵層32層疊排列，一個(gè)層疊排列的氮化銦鎵層31和氮化鎵層32構(gòu)成一個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元的生長(zhǎng)周期，多個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元交替層疊排列即形成所述發(fā)光層3。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，所述發(fā)光層3也可以采用現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)。作為具體的實(shí)施方式，所述每個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元中，氮化銦鎵31的厚度為3-8納米，氮化鎵32的厚度為10-20納米，由此可以更好地形成量子效應(yīng)，有利于控制電子和空穴的復(fù)合。作為較佳的實(shí)施方式，所述氮化銦鎵/氮化鎵單元的個(gè)數(shù)為5-10，即交替層疊排列的氮化銦鎵/氮化鎵單元為5-10個(gè)，由此可以更好地有利于電子的過渡和傳播，有利于電子和空穴的充分復(fù)合；具體地，在圖1中，所述交替層疊排列的氮化銦鎵/氮化鎵單元為7個(gè)。作為具體的實(shí)施方式，請(qǐng)參考圖1所示，所述發(fā)光層3和ρ型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層4之間生長(zhǎng)有阻擋層7 ;具體地，所述阻擋層7具體可為氮化鋁鎵層，所述阻擋層7的厚度可為10-40納米，由此可以更好地限制電子到達(dá)ρ層而發(fā)生非輻射復(fù)合，使得電子的輻射復(fù)合效率提高。本發(fā)明還提供一種LED外延片的制備方法，所述方法包括以下步驟:
511、提供一襯底，在所述襯底上順序生長(zhǎng)η型氮化鎵層和發(fā)光層；
512、在發(fā)光層上生長(zhǎng)ρ型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層，具體包括以下步驟:
5121、以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源，生長(zhǎng)本征氮化鎵層；
5122、以三甲基鎵作為鎵源、二茂鎂作為Mg摻雜源、三甲基銦作為銦源、氨氣作為氮源，保持三甲基鎵、三甲基銦和氨氣的流量恒定不變，二茂鎂的流量從O漸變到1200SCCm，在本征氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層；
5123、切斷三甲基銦源，二茂鎂的流量保持1200SCCm不變，在Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層上生長(zhǎng)P型氮化鎵層；
5124、打開三甲基銦源，將二茂鎂的流量從1200SCCm漸變到0，在ρ型氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層。本發(fā)明提供的LED外延片的制備方法中，利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)作為ρ型層替換傳統(tǒng)的ρ型氮化鎵層，形成生長(zhǎng)粗化緩解由于氮化鎵折射率高引起的出光效率低的現(xiàn)象，即氮化銦鎵的粗化作用有利于出光，提高了光電器件的外量子效率；利用銦原子的催化作用，使得Mg原子替換Ga原子形成受主，大大提高了 Mg的摻雜使得空穴濃度得到提高，從而獲得更有效的P型層材料；利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)能很好的平衡空穴的分布，從而使得空穴能夠更充分的與電子復(fù)合，提高了光電復(fù)合效率，有效降低了接觸電阻從而使得光電器件電阻降低。因此，所述LED外延片能夠提高光電器件的壽命，實(shí)現(xiàn)器件的高性能。作為具體的實(shí)施方式，在所述步驟Sll中，所襯底可以采用本領(lǐng)域熟知的藍(lán)寶石，在所述襯底上順序生長(zhǎng)η型氮化鎵層和發(fā)光層可以采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方法。作為較佳的實(shí)施例，所述襯底與η型氮化鎵層之間形成有緩沖層，所述η型氮化鎵層和緩沖層之間形成有非摻雜的氮化鎵層。以下將對(duì)其制備方法進(jìn)行詳述:
采用藍(lán)寶石作為襯底，通過MOCVD工藝?yán)冒睔?NH3)先對(duì)藍(lán)寶石襯底進(jìn)行氮化處理，即具體可在溫度為950-1100度時(shí)，通入時(shí)長(zhǎng)為100-170秒的NH3，使其對(duì)襯底表面進(jìn)行清理；然后將溫度降到500-600度，以三甲基鎵(TMGa)作為鎵源、氨氣(NH3)作為氮源，在藍(lán)寶石襯底上沉積20-50納米厚的氮化鎵(GaN)緩沖層；最后將沉積后的襯底在溫度1000-1100度下維持200-300秒，完成高溫處理，至此即完成緩沖層的制備。在溫度為700-900度時(shí)，以三甲基鎵(TMGa)作為鎵源、氨氣(NH3)作為氮源，在緩沖層上生長(zhǎng)非摻雜的氮化鎵層，其厚度為1-4微米；然后在溫度為1000-1100度時(shí)，以三甲基鎵(TMGa)作為鎵源、氨氣(NH3)作為氮源、硅烷(SiH4)作為硅源，在非摻雜的氮化鎵層上生長(zhǎng)摻硅的η型氮化鎵層，其厚度為0.5-2微米。優(yōu)選地，所述非摻雜的氮化鎵層的厚度為2微米，摻硅的η型氮化鎵層的厚度為I微米。作為較佳的實(shí)施例,所述發(fā)光層包括多個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元,每個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元層疊生長(zhǎng)；其中，每個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元包括氮化銦鎵層和氮化鎵層，所述氮化銦鎵層和氮化鎵層層疊排列，一個(gè)層疊排列的氮化銦鎵層和氮化鎵層構(gòu)成一個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元的生長(zhǎng)周期，多個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元交替層疊排列即形成所述發(fā)光層。具體制備方法，在溫度為700-800度時(shí)，以三甲基銦(TMin)為銦源、三乙基鎵(TEGa)作為鎵源、氨氣(NH3)作為氮源，在摻硅的η型氮化鎵層上生長(zhǎng)一層氮化銦鎵(InGaN)，其厚度為3-8納米；然后切斷三甲基銦(TMin)銦源，在氮化銦鎵層上生長(zhǎng)一層氮化鎵(GaN)，其厚度為10-20納米，所述氮化銦鎵層和氮化鎵層構(gòu)成一個(gè)生長(zhǎng)周期，形成所述氮化銦鎵/氮化鎵單元；如此循環(huán)往復(fù)，形成多個(gè)層疊排列的氮化銦鎵/氮化鎵單元，所述氮化銦鎵/氮化鎵單元的個(gè)數(shù)一般為5-10。優(yōu)選地，所述氮化銦鎵層的厚度為5納米，氮化鎵層的厚度為12納米，氮化銦鎵/氮化鎵單元的個(gè)數(shù)7，即形成[InGaN/GaN]/[InGaN/GaN]/[InGaN/GaN]/[InGaN/GaN]/[InGaN/GaN]/[InGaN/GaN] /[InGaN/GaN]。作為較佳的實(shí)施例，所述發(fā)光層上生長(zhǎng)有阻擋層，所述阻擋層具體可為氮化鋁鎵層，由此可以更好地限制電子到達(dá)P層而發(fā)生非輻射復(fù)合，使得電子的輻射復(fù)合效率提高。具體制備方法，在溫度為900-950度時(shí)，以三乙基鎵(TEGa)作為鎵源、三甲基鋁(TMA1)為鋁源、氨氣(NH3)作為氮源，在所述發(fā)光層上生長(zhǎng)氮化鋁鎵層(AlGaN)，生長(zhǎng)的時(shí)間為50-200秒，所述氮化鋁鎵層的厚度為10-40納米。優(yōu)選地，所述溫度為920度，生長(zhǎng)的時(shí)間為150秒，生長(zhǎng)的厚度為30納米。作為具體的實(shí)施方式，所述步驟S12中在發(fā)光層上生長(zhǎng)P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層的制備方法為:
在所述步驟S121中，以三甲基鎵(TMGa)作為鎵源、氨氣(NH3)作為氮源，在溫度為800-860度時(shí)，在阻擋層上生長(zhǎng)本征氮化鎵層，生長(zhǎng)的時(shí)間小于等于200秒，生長(zhǎng)的厚度小于等于40納米；生長(zhǎng)本征氮化鎵層，相當(dāng)于發(fā)光層后過渡到生長(zhǎng)P型層，其目的在于獲得更好生長(zhǎng)P型的晶體質(zhì)量，所述本征氮化鎵層的生長(zhǎng)厚度不能太厚，否則會(huì)使得P型層的導(dǎo)電性能差，從而使得整個(gè)LED外延片電壓過高。作為優(yōu)選實(shí)施例，所述生長(zhǎng)的溫度為820度，時(shí)間為50秒，厚度為10納米。在所述步驟S122中，以三甲基鎵(TMGa)作為鎵源、二茂鎂(Cp2Mg)作為Mg摻雜源、三甲基銦(TMIn)作為銦源、氨氣(NH3)作為氮源，在溫度為750-850度時(shí)，保持三甲基鎵、三甲基銦和氨氣的流量恒定不變，二茂鎂的流量從O漸變到1200SCCm，在本征氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層，生長(zhǎng)的時(shí)間為200-600秒，生長(zhǎng)的厚度為50-120納米。生長(zhǎng)所述Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層的目的在于利用In的作用有利于Mg摻雜，促進(jìn)Mg原子替代Ga原子；同時(shí)利用氮化銦鎵的積聚效應(yīng)形成粗化，有利于出光。如果所述Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層42的厚度大于120納米，會(huì)導(dǎo)致外延層的晶體質(zhì)量很差，產(chǎn)生缺陷，影響器件的性能；如果小于50納米，會(huì)導(dǎo)致粗化的效應(yīng)不明顯，沒有起到插入層的作用。其中，所述三甲基鎵的流量小于等于75sCCm，三甲基銦的流量小于等于200sccm,氨氣的流量小于等于35000sccm ;所述二茂鎂(Cp2Mg)作為摻雜源,其流量由O漸變到1200sCCm，因此Mg的含量也是逐漸增加的，且設(shè)定其流量漸變，也是為了達(dá)到最佳的摻雜效率，提高空穴濃度；同時(shí)，所述摻雜量的最大值設(shè)定在1200SCCm，主要是因?yàn)槿绻麚诫s量過大會(huì)導(dǎo)致表面形貌差、漏電流大。作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述生長(zhǎng)的溫度為820度，時(shí)間為450秒，厚度為100納米。作為具體的實(shí)施方式，所述Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層具有如下結(jié)構(gòu):InxGa(1_x)N;其中，0〈χ〈1，所述X為銦在結(jié)構(gòu)InxGa (1_X)N中含量的取值范圍。為了形成均勻的氮化銦鎵粗化區(qū)域，提高量子效率，同時(shí)考慮Mg在ρ型氮化銦鎵層中的摻雜效率，所述銦在結(jié)構(gòu)InxGa(1_x)N中含量的取值范圍為0〈χ〈1 ;優(yōu)選地，進(jìn)一步考慮摻銦與溫度的最佳生長(zhǎng)效果，所述x=0.12，具體為在820度時(shí)，最佳摻銦取值x=0.12。在所述步驟S123中，切斷三甲基銦(TMIn)源，二茂鎂(Cp2Mg)的流量保持1200sccm不變，在溫度為850-950度時(shí)，在Mg摻雜量逐漸增加的ρ型氮化銦鎵層上生長(zhǎng)P型氮化鎵(P-GaN)層；所述生長(zhǎng)的時(shí)間為50-200秒，生長(zhǎng)的厚度為10-40納米，生長(zhǎng)所述ρ型氮化鎵層43的目的在于與氮化銦鎵層形成能帶上的變化，能更好的束縛空穴。如果所述P型氮化鎵層43的厚度大于40納米，會(huì)導(dǎo)致晶體質(zhì)量變差，同時(shí)形成高阻結(jié)構(gòu)影響器件的散熱性能；如果小于10納米，會(huì)導(dǎo)致不能有效束縛空穴。為了獲得更好的晶體質(zhì)量，作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述生長(zhǎng)的溫度為910度，時(shí)間為150秒，厚度為30納米。S124、打開三甲基銦(TMIn)源，將二茂鎂(Cp2Mg)的流量從1200sccm漸變到0，在溫度為750-850度時(shí)，在ρ型氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層，生長(zhǎng)的時(shí)間為200-600秒，生長(zhǎng)的厚度為50-120納米。生長(zhǎng)所述Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層44的目的在于利用In的作用有利于Mg摻雜，促進(jìn)Mg原子替代Ga原子；同時(shí)利用氮化銦鎵的積聚效應(yīng)形成粗化，有利于出光。如果所述Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層44的厚度大于120納米，會(huì)導(dǎo)致外延層的晶體質(zhì)量很差，產(chǎn)生缺陷，影響器件的性能；如果小于50納米，會(huì)導(dǎo)致粗化的效應(yīng)不明顯，沒有起到插入層的作用。其中，所述三甲基鎵的流量小于等于75sccm,三甲基銦的流量小于等于200sccm,氨氣的流量小于等于35000sccm ；所述二茂鎂(Cp2Mg)作為摻雜源，其流量由1200SCCm漸變到0，因此Mg的含量也是逐漸減少的，且設(shè)定其流量漸變，也是為了達(dá)到最佳的摻雜效率，提高空穴濃度；同時(shí)，所述摻雜量的最大值設(shè)定在1200SCCm，主要是因?yàn)槿绻麚诫s量過大會(huì)導(dǎo)致表面形貌差、漏電流大。作為優(yōu)選的實(shí)施例，所述生長(zhǎng)的溫度為820度，時(shí)間為450秒，厚度為100納米。作為具體的實(shí)施方式，所述Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層具有如下結(jié)構(gòu):InxGa(1_x)N;其中，0〈χ〈1，所述X為銦在結(jié)構(gòu)InxGa (1_X)N中含量的取值范圍。為了形成均勻的氮化銦鎵粗化區(qū)域，提高量子效率，同時(shí)考慮Mg在ρ型氮化銦鎵層中的摻雜效率，所述銦在結(jié)構(gòu)InxGa(1_x)N中含量的取值范圍為0〈χ〈1 ;優(yōu)選地，進(jìn)一步考慮摻銦與溫度的最佳生長(zhǎng)效果，所述x=0.12，具體為在820度時(shí)，最佳摻銦取值x=0.12。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種LED外延片，其特征在于，包括襯底以及在所述襯底上順序生長(zhǎng)的η型氮化鎵層、發(fā)光層和P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層，所述P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層包括順序生長(zhǎng)的本征氮化鎵層、Mg摻雜量逐漸增加的P型氮化銦鎵層、P型氮化鎵層和Mg摻雜量逐漸減少的P型氮化銦鎵層，所述本征氮化鎵層與發(fā)光層鄰接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述本征氮化鎵層的厚度小于等于40納米。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述Mg摻雜量逐漸增加的P型氮化銦鎵層的厚度為50-120納米。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述P型氮化鎵層的厚度為10-40納米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述Mg摻雜量逐漸減少的P型氮化銦鎵層的厚度為50-120納米。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述P型氮化銦鎵層具有如下結(jié)構(gòu):InxGa (1_Χ)Ν ;其中，0〈χ〈1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的LED外延片，其特征在于，所述χ=0.12。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述襯底和η型氮化鎵層之間形成有緩沖層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的LED外延片，其特征在于，所述η型氮化鎵層和緩沖層之間形成有非摻雜的氮化鎵層。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述發(fā)光層包括多個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元，每個(gè)氮化 銦鎵/氮化鎵單元層疊生長(zhǎng)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的LED外延片，其特征在于，所述每個(gè)氮化銦鎵/氮化鎵單元中，氮化銦鎵的厚度為3-8納米，氮化鎵的厚度為10-20納米。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的LED外延片，其特征在于，所述氮化銦鎵/氮化鎵單元的個(gè)數(shù)為5-10。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED外延片，其特征在于，所述發(fā)光層和P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層之間生長(zhǎng)有阻擋層。
14.一種LED外延片的制備方法，其特征在于，所述方法包括以下步驟: 511、提供一襯底，在所述襯底上順序生長(zhǎng)η型氮化鎵層和發(fā)光層； 512、在發(fā)光層上生長(zhǎng)P型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層，具體包括以下步驟: 5121、以三甲基鎵作為鎵源、氨氣作為氮源，生長(zhǎng)本征氮化鎵層； 5122、以三甲基鎵作為鎵源、二茂鎂作為Mg摻雜源、三甲基銦作為銦源、氨氣作為氮源，保持三甲基鎵、三甲基銦和氨氣的流量恒定不變，二茂鎂的流量從O漸變到1200SCCm，在本征氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸增加的P型氮化銦鎵層； 5123、切斷三甲基銦源，二茂鎂的流量保持1200SCCm不變，在Mg摻雜量逐漸增加的P型氮化銦鎵層上生長(zhǎng)P型氮化鎵層； 5124、打開三甲基銦源，將二茂鎂的流量從1200SCCm漸變到0，在ρ型氮化鎵層上生長(zhǎng)Mg摻雜量逐漸減少的ρ型氮化銦鎵層。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，所述步驟S121中，所述生長(zhǎng)的條件為，溫度800-860度，時(shí)間小于等于200秒。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，所述步驟S122中，所述生長(zhǎng)的條件為，溫度750-850度，時(shí)間200-600秒。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，所述步驟S122中，所述三甲基鎵的流量小于等于75sCCm，三甲基銦的流量小于等于200sCCm，氨氣的流量小于等于 35000sccm。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，所述步驟S123中，所述生長(zhǎng)的條件為，溫度850-950度，時(shí)間50-200秒。
19.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，所述步驟S124中，所述生長(zhǎng)的條件為，溫度750-850度，時(shí)間200-600秒。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的LED外延片的制備方法，其特征在于，所述步驟S122和步驟S124中生長(zhǎng)的ρ型氮化銦鎵層具 有如下結(jié)構(gòu):InxGa (1_X)N ;其中，0〈χ〈1。
全文摘要
本發(fā)明提供一種LED外延片，包括襯底以及在所述襯底上順序生長(zhǎng)的n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層，所述p型氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)層包括順序生長(zhǎng)的本征氮化鎵層、Mg摻雜量逐漸增加的p型氮化銦鎵層、p型氮化鎵層和Mg摻雜量逐漸減少的p型氮化銦鎵層，所述本征氮化鎵層與發(fā)光層鄰接。本發(fā)明還提供所述LED外延片的制備方法。本發(fā)明提供的LED外延片及其制備方法中，利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)作為p型層替換傳統(tǒng)的p型氮化鎵層，提高了光電器件的外量子效率；利用銦原子的催化作用，使得Mg原子替換Ga原子形成受主；利用Mg摻雜量漸變的氮化銦鎵/氮化鎵結(jié)構(gòu)能很好的平衡空穴的分布，提高了光電器件的壽命。
文檔編號(hào)H01L33/00GK103178169SQ20111043344
公開日2013年6月26日 申請(qǐng)日期2011年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月22日
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