本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。

背景技術：

發(fā)光二極管(英文：lightemittingdiodes，簡稱：led)是一種可以直接把電轉化為光的固態(tài)半導體器件。芯片是發(fā)光二極管的核心組件，包括外延片和在外延片上制作的電極。

現(xiàn)有的外延片包括藍寶石襯底以及依次層疊在藍寶石襯底上的緩沖層、非摻雜氮化鎵層、超晶格應力釋放層、p型氮化鎵層、電子阻擋層、多量子阱層、電流擴展層和n型氮化鎵層。其中，超晶格應力釋放層包括多個p型摻雜的鋁鎵氮層和多個p型摻雜的氮化鎵層，多個p型摻雜的鋁鎵氮層和多個p型摻雜的氮化鎵層交替層疊設置。

在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題：

藍寶石襯底和氮化鎵材料之間存在晶格失配，晶格失配產生的應力沿外延片的層疊方向延伸，多個p型摻雜的鋁鎵氮層和多個p型摻雜的氮化鎵層交替層疊形成的超晶格應力釋放層可以起到一定的應力釋放作用，但應力釋放不充分。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。所述技術方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底以及依次層疊在所述襯底上的緩沖層、非摻雜氮化鎵層、應力釋放層、p型氮化鎵層、電子阻擋層、多量子阱層、電流阻擋層和n型氮化鎵層，所述應力釋放層包括依次層疊在所述非摻雜氮化鎵層上的多個子層，各個所述子層包括p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層。

可選地，各個所述子層還包括p型摻雜的鋁銦鎵氮層，所述p型摻雜的鋁銦鎵氮層層疊在所述p型摻雜的鋁鎵氮層和所述p型摻雜的銦鎵氮層之間。

優(yōu)選地，所述p型摻雜的鋁銦鎵氮層的厚度為1～10nm。

可選地，所述p型摻雜的鋁鎵氮層的厚度為1～10nm。

可選地，所述p型摻雜的銦鎵氮層的厚度為1～10nm。

可選地，所述子層的數(shù)量為2～20個。

可選地，所述應力釋放層中p型摻雜劑的摻雜濃度小于所述p型氮化鎵層中p型摻雜劑的摻雜濃度。

另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法，所述制備方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次生長緩沖層、非摻雜氮化鎵層、應力釋放層、p型氮化鎵層、電子阻擋層、多量子阱層、電流擴展層和n型氮化鎵層；

其中，所述應力釋放層包括依次層疊在所述非摻雜氮化鎵層上的多個子層，各個所述子層包括p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層。

可選地，所述應力釋放層的生長溫度為1200℃～1250℃。

可選地，所述應力釋放層的生長壓力為200mbar～800mbar。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過多個子層依次層疊形成應力釋放層，各個子層包括p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層，p型摻雜的銦鎵氮層的生長溫度較低，生長質量較差，使晶體不再按照晶向生長，晶體的生長方向變得雜亂無章，應力的延伸方向也相應發(fā)生改變，不同方向的應力進行合并和抵消，極大地釋放了藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力，降低了位錯和缺陷密度。而且p型摻雜的鋁鎵氮層對p型摻雜的銦鎵氮層起到了阻斷作用，避免p型摻雜的銦鎵氮層的生長質量影響整體的晶體質量。另外，p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層交替層疊形成超晶格結構，進一步釋放了藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力，降低了位錯和缺陷密度。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，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，對于本領域普通技術人員來講，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。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的應力釋放層的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例二提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例三提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，參見圖1，該外延片包括襯底1以及依次層疊在襯底1上的緩沖層2、非摻雜氮化鎵層3、應力釋放層4、p型氮化鎵層5、電子阻擋層6、多量子阱層7、電流擴展層8和n型氮化鎵層9。

在本實施例中，參見圖2，應力釋放層4包括依次層疊在非摻雜氮化鎵層3上的多個子層40，各個子層40包括p型摻雜的鋁鎵氮層41和p型摻雜的銦鎵氮層42。

本發(fā)明實施例通過多個子層依次層疊形成應力釋放層，各個子層包括p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層，p型摻雜的銦鎵氮層的生長溫度較低，生長質量較差，使晶體不再按照晶向生長，晶體的生長方向變得雜亂無章，應力的延伸方向也相應發(fā)生改變，不同方向的應力進行合并和抵消，極大地釋放了藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力，降低了位錯和缺陷密度。而且p型摻雜的鋁鎵氮層對p型摻雜的銦鎵氮層起到了阻斷作用，避免p型摻雜的銦鎵氮層的生長質量影響整體的晶體質量。另外，p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層交替層疊形成超晶格結構，進一步釋放了藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力，降低了位錯和缺陷密度。

具體地，p型摻雜的鋁鎵氮層可以為alxga1-xn層，0＜x＜1；p型摻雜的銦鎵氮層可以為inyga1-yn層，0＜y＜1。

可選地，p型摻雜的鋁鎵氮層的厚度可以為1～10nm。當p型摻雜的鋁鎵氮層的厚度小于1nm時，無法對p型摻雜的銦鎵氮層起到阻擋作用，影響外延片的晶體質量；當p型摻雜的鋁鎵氮層的厚度大于10nm時，會造成材料的浪費。

可選地，p型摻雜的銦鎵氮層的厚度可以為1～10nm。當p型摻雜的銦鎵氮層的厚度小于1nm時，無法有效釋放藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力；當p型摻雜的銦鎵氮層的厚度大于10nm時，會對外延片的晶體質量造成不良影響。

可選地，如圖2所示，各個子層還可以包括p型摻雜的鋁銦鎵氮層43，p型摻雜的鋁銦鎵氮層43層疊在p型摻雜的鋁鎵氮層41和p型摻雜的銦鎵氮層42之間，以起到過渡作用，緩解p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層之間的晶格失配，提高應力釋放的效果。

優(yōu)選地，p型摻雜的鋁銦鎵氮層的厚度可以為1～10nm。當p型摻雜的鋁銦鎵氮層的厚度小于1nm時，無法有效緩解p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層之間的晶格失配；當p型摻雜的鋁銦鎵氮層的厚度大于10nm時，會造成材料的浪費。

具體地，應力釋放層中p型摻雜劑的摻雜濃度小于p型氮化鎵層中p型摻雜劑的摻雜濃度，以免影響p型氮化鎵層向多量子阱層注入空穴。

可選地，子層的數(shù)量可以為2～20個。當子層的數(shù)量小于2個時，無法有效釋放藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力；當子層的數(shù)量大于20個時，會對外延片的晶體質量造成不良影響。

具體地，襯底可以為藍寶石襯底；緩沖層可以為氮化鋁層或者氮化鎵層；電子阻擋層可以為p型摻雜的鋁鎵氮層；多量子阱層包括多個銦鎵氮量子阱層和多個氮化鎵量子壘層，多個銦鎵氮量子阱層和多個氮化鎵量子壘層交替層疊設置；電流擴展層可以為n型摻雜的鋁鎵氮層。

更具體地，緩沖層的厚度可以為25nm～35nm；非摻雜氮化鎵層的厚度可以為1.5μm～2.5μm；p型氮化鎵層的厚度可以為1.5μm～2.5μm；電子阻擋層的厚度可以為90nm～110nm；銦鎵氮量子阱層的厚度可以為2nm～4nm，氮化鎵量子壘層的厚度可以為10nm～15nm，氮化鎵量子壘層的數(shù)量與銦鎵氮量子阱層的數(shù)量相同，銦鎵氮量子阱層的數(shù)量可以為10個～15個；電流擴展層的厚度可以為50nm～70nm；n型氮化鎵層的厚度可以為0.5μm～1.5μm。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法，適用于制備實施例一提供的外延片。參見圖3，該制備方法包括：

步驟201：提供一襯底。

步驟202：在襯底上依次生長緩沖層、非摻雜氮化鎵層、應力釋放層、p型氮化鎵層、電子阻擋層、多量子阱層、電流擴展層和n型氮化鎵層。

其中，應力釋放層包括依次層疊在非摻雜氮化鎵層上的多個子層，各個子層包括p型摻雜的鋁鎵氮層和p型摻雜的銦鎵氮層。

可選地，應力釋放層的生長溫度可以為1200℃～1250℃。當應力釋放層的生長溫度低于1200℃時，應力釋放層的生長質量較差，影響外延片整體的質量；當應力釋放層的生長溫度高于1250℃時，無法有效釋放藍寶石襯底和氮化鎵材料之間晶格失配產生的應力。

可選地，應力釋放層的生長壓力可以為200mbar～800mbar。當應力釋放層的生長壓力小于200mbar時，應力釋放層的生長速率太快，生長質量較差；當應力釋放層的生長壓力大于800mbar時，應力釋放層中p型摻雜劑(如鎂)的摻雜效率會明顯降低。

具體地，緩沖層的生長溫度可以為600℃～650℃，生長壓力可以為100mbar～300mbar。非摻雜氮化鎵層的生長溫度可以為1200℃～1250℃，生長壓力可以為200mbar～500mbar。p型氮化鎵層的生長溫度可以為1200℃～1250℃，生長壓力可以為200mbar～600mbar。電子阻擋層的生長溫度可以為1200℃～1250℃，生長壓力可以為200mbar～500mbar。銦鎵氮量子阱層的生長溫度可以為830℃～880℃，生長壓力可以為200mbar～400mbar；氮化鎵量子壘層的生長溫度可以為920℃～980℃，生長壓力可以為200mbar～400mbar。電流擴展層的生長溫度可以為950℃～1000℃，生長壓力可以為200mbar～400mbar。n型氮化鎵層的生長溫度可以為1000℃～1050℃，生長壓力可以為150mbar～300mbar。

實施例三

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制備方法，是實施例二提供的制備方法的一種具體實現(xiàn)。參見圖4，該制備方法包括：

步驟301：將藍寶石襯底在1300℃的氫氣氣氛下進行10分鐘的熱處理，以清潔藍寶石襯底的表面。

步驟302：控制生長溫度為625℃，生長壓力為180mbar，在藍寶石襯底上生長厚度為30nm的氮化鎵層，形成緩沖層。

步驟303：控制生長溫度為1230℃，生長壓力為300mbar，在緩沖層上生長厚度為2μm的非摻雜氮化鎵層。

步驟304：控制生長溫度為1230℃，生長壓力為300mbar，在非摻雜氮化鎵層上生長應力釋放層。

在本實施例中，應力釋放層包括依次層疊在非摻雜氮化鎵層上的10個子層，各個子層包括厚度為2.5nm的p型摻雜的鋁鎵氮層和厚度為2.5nm的p型摻雜的銦鎵氮層，應力釋放層中p型摻雜劑的摻雜濃度為p型氮化鎵層中p型摻雜劑的摻雜濃度的30％。

步驟305：控制生長溫度為1240℃，生長壓力為350mbar，在應力釋放層上生長厚度為2μm的p型氮化鎵層。

步驟306：控制生長溫度為1230℃，生長壓力為350mbar，在p型氮化鎵層上生長厚度為100nm的電子阻擋層。

步驟307：控制生長壓力為300mbar，在電子阻擋層上生長多量子阱層。

在本實施例中，多量子阱層包括多個銦鎵氮量子阱層和多個氮化鎵量子壘層，多個銦鎵氮量子阱層和多個氮化鎵量子壘層交替層疊設置。銦鎵氮量子阱層的生長溫度為850℃，氮化鎵量子壘層的生長溫度為950℃。

步驟308：在多量子阱層上生長電流擴展層。

步驟309：在電流擴展層上生長n型氮化鎵層。

在其它實施例中，應力釋放層的生長溫度、應力釋放層的生長壓力、子層的數(shù)量、p型摻雜的鋁鎵氮層的厚度、p型摻雜的銦鎵氮層的厚度、應力釋放層中p型摻雜劑的摻雜濃度、子層是否包括p型摻雜的鋁銦鎵氮層、p型摻雜的鋁銦鎵氮層的厚度等可以取其它值。

對應力釋放層的生長溫度、應力釋放層的生長壓力、子層的數(shù)量、p型摻雜的鋁鎵氮層的厚度、p型摻雜的銦鎵氮層的厚度取不同值時的外延片制成的芯片進行抗靜電能力(英文：electrostaticdischarge，簡稱：esd)，測試電壓為4kv，測試電流為10ma，外延片制成的芯片中通過esd測試的比例如下表一和表二所示。其中，外延片制成的芯片中通過esd測試的比例越高，表明外延片中的位錯和缺陷越少，應力釋放越充分。

表一應力釋放層的生長壓力為300mbar

從表一可以看出，隨著溫度的增加，應力釋放的效果先變好再變差；同時隨著子層的數(shù)量和子層中各層的厚度綜合取值逐漸增加的過程中，應力釋放的效果也是先變好再變差。

表二應力釋放層的生長溫度為1230℃

從表二可以看出，隨著壓力的增加，應力釋放的效果先變好再變差；同時隨著子層的數(shù)量和子層中各層的厚度綜合取值逐漸增加的過程中，應力釋放的效果也是先變好再變差。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。