Led外延片及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及L邸領(lǐng)域，特別地，設(shè)及一種L邸外延片。此外，本發(fā)明還設(shè)及上述LED 外延片的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002] L邸市場上現(xiàn)在要求L邸忍片驅(qū)動電壓低，特別是大電流下驅(qū)動電壓越小越好、光 效越高越好；LED市場價值的體現(xiàn)為（光效）/單價，光效越好，價格越高，所WLED高光效 一直是L邸廠家和院校L邸研究所所追求的目標。
[0003] LED的光效很大程度和發(fā)光層材料特性相關(guān)，所W制作優(yōu)良的發(fā)光層成為提高 L邸光效的關(guān)鍵?，F(xiàn)有的L邸外延片的量子阱包括多個周期的勢阱InGaN和勢磊GaN,InGaN 容易出現(xiàn)In的偏析現(xiàn)象。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明提供了一種L邸外延片及其制備方法，W解決現(xiàn)有的L邸外延片容易出現(xiàn) In的偏析現(xiàn)象的技術(shù)問題。 陽005] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] 本發(fā)明一方面提供了一種L邸外延片，包括從下至上依序設(shè)置的襯底、低溫緩沖 GaN層、不滲雜GaN層、N型GaN層、多周期量子阱層、P型AlGaN層和P型GaN層。
[0007] 多周期量子阱層包括6~14個周期的In^Gai,N層/GaN層，在任一周期內(nèi)，從下 至上依次設(shè)有InN薄層、IrixGaixN層和GaN層，InN薄層的厚度為0. 2~Inm，X為0. 20~ 0. 22。 陽00引進一步地，IrixGaixN層的厚度為2. 5-3皿，GaN的厚度為11-12皿，InN薄層的厚度 為 0. 5nm。
[0009] 進一步地，低溫緩沖GaN層的厚度為20-30皿。
[0010] 不滲雜GaN層的厚度為3-4um。 W11]N型GaN層的厚度為3-4ym，Si滲雜濃度為祀+18~沈+19。
[0012]P型AlGaN層的厚度為20-100皿，Al滲雜濃度為IE巧0-沈巧0,Mg滲雜濃度為 8E+18-1E+19。 陽01引 P型GaN層的厚度為20~lOOnm，Mg滲雜濃度祀+18-1E+19。
[0014] 本發(fā)明另一方面提供了一種上述L邸外延片的制備方法，包括W下步驟：
[0015] 在襯底上依次生長低溫緩沖GaN層、不滲雜GaN層和N型GaN層。
[0016] 在不滲雜GaN層上設(shè)置多周期重子阱層,在任一周期中，在鍛IrixG曰1xN層和GaN層 之前，在鍛膜時間為10~60秒、銅源流量為200~1500sccm、溫度為700~750°C、壓力為 100~SOOmbar的條件下鍛InN薄層。
[0017] 依次鍛P型AlGaN層和P型GaN層。
[0018] 進一步地，InN薄層在鍛膜時間為30秒、銅源流量為lOOOsccm、溫度為740°C、壓 力為SOOmbar的條件下鍛制。
[0019] 進一步地，在任一周期中，在鍛膜時間為150~230秒、嫁源流量為250-1000sccm、 銅源流量為200~1500sccm、溫度為700~750 °C、壓力為100~SOOmbar的條件下鍛 IrixGaixN層。
[0020] 在鍛膜時間為120~360秒、嫁源流量為200~eOOsccm、溫度為800~850°C、壓 力為100~SOOmbar的條件下鍛GaN層。
[0021] 進一步地，在鍛膜速率為1.0~3埃/秒、溫度為530~560°C、壓力為100~ SOOmbar的條件下鍛低溫緩沖GaN層。
[0022] 在鍛膜速率為5~15埃/秒、溫度為1000~1100°C、壓力為100~SOOmbar的條 件下鍛不滲雜GaN層。
[0023]在鍛膜速率為1. 0~3埃/秒、溫度為1. 0~3埃/秒、900~930°C、壓力為100~ SOOmbar的條件下鍛P型AlGaN層。
[0024]在鍛膜速率為1. 0~3埃/秒、溫度為930~1000°C、壓力為100~SOOmbar的條 件下鍛P型GaN層。
[00巧]進一步地，在襯底上依次生長低溫緩沖GaN層之前還包括： 陽0%] 在1000-1200°C的氨氣氣氛下處理襯底3-5分鐘。
[0027] 進一步地，在鍛完P(guān)型GaN層之后還包括：
[0028]將L邸外延片降溫至700-750°C，保溫20-30min，冷卻。
[0029]進一步地，載氣為&、成或H2和N2的混合氣體。N源為NH3,嫁源為S乙基嫁，銅源 為=甲基銅，N型滲雜劑為硅烷，侶源為=甲基侶，P型滲雜劑為二茂儀，襯底為藍寶石。
[0030] 本發(fā)明具有W下有益效果：本發(fā)明的L邸外延片的多周期量子阱層包括6~14 個周期的IrixGaixN層/GaN層，每個周期的IrixGaixN層下方設(shè)有0.2~1皿的InN薄層。 InN薄層可使得In原子在到達IrixGaixN層之前就達到動態(tài)飽和平衡，很大程度的減少了 InyGaiyN層中In的偏析現(xiàn)象，從而降低斯塔克效應(yīng)導(dǎo)致的電子和空穴波函數(shù)的分離程度， W提高LED的內(nèi)量子效率。
[0031] 除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。 下面將參照圖，對本發(fā)明作進一步詳細的說明。
【附圖說明】
[0032] 構(gòu)成本申請的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，本發(fā)明的示意性實 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當限定。在附圖中：
[0033]圖1是本發(fā)明優(yōu)選實施例的LED外延片示意圖；
[0034] 圖2是本發(fā)明優(yōu)選實施例的L邸外延片亮度分布示意圖；
[0035] 圖3是本發(fā)明優(yōu)選實施例的L邸外延片電壓分布示意圖。
[0036] 附圖標記說明：10、襯底；20、低溫緩沖GaN層；30、不滲雜GaN層；40、N型GaN層； 50、多周期量子阱層；60、P型AlGaN層；70、P型GaN層；51、InN薄層；52、IrixGai xN層，53、 (^aN層。
【具體實施方式】
[0037] W下結(jié)合附圖對本發(fā)明的實施例進行詳細說明，但是本發(fā)明可W由權(quán)利要求限定 和覆蓋的多種不同方式實施。
[003引參照圖1，本發(fā)明的優(yōu)選實施例提供了本發(fā)明一方面提供了一種LED外延化包括 從下至上依序設(shè)置的襯底10、低溫緩沖GaN層20、不滲雜GaN層30、N型GaN層40、多周期 量子阱層50、P型AlGaN層60和P型GaN層70。多周期量子阱層50包括6~14個周期 的IrixGaixN層 52/GaN層 53，在任一周期內(nèi)，GaN層 53 設(shè)置于IrixGaixN層上，IrixGaixN層 52 的下方設(shè)有InN薄層51，InN薄層51的厚度為0. 2~Inm，X為0. 20~0. 22。
[0039] 多周期量子阱層50的周期數(shù)為6~14。周期數(shù)不需太多，太多反而極化現(xiàn)象更 加嚴重，影響發(fā)光效率，且會造成材料浪費。在任一周期中，InxGaixN層52為勢阱，GaN層 53為勢磊，在IrixGaixN52層生長之前，預(yù)先生長一層InN薄層51。第一個周期的InN薄層 51生長在N型GaN層40上，其它周期的InN薄層51生長在前一周期的GaN層53上。其中 IrixGaixN層52的X為0. 18~0. 20。生長InN需要控制得當，InN是多晶材料，必須在不影 響InGaN結(jié)晶質(zhì)量的前提下適當提高內(nèi)量子效率，控制InN薄層厚度將成為重點。InN薄層 51的厚度為0. 2~Inm。該厚度有助于消除后續(xù)量子阱的In偏析現(xiàn)象，太薄對后續(xù)量子阱 InGaN的生長，起不到消除In偏析現(xiàn)象的效果，太厚量子阱質(zhì)量變差，影響內(nèi)量子效率。
[0040] 現(xiàn)有L邸外延片的InGaN/GaN體系中，因表面能量最低，In原子首先填充表面能 級，而隨著In原子在表面的堆積會反過來阻礙In原子的向上擴散，甚至會達到一種動態(tài)平 衡。而如果在生長量子阱InGaN之前就使得In原子達到動態(tài)飽和平衡，則在InGaN中In 的偏析現(xiàn)象就可W大大消除了。 陽0川本專利從量子阱IrixGaixN52層設(shè)計出發(fā)，在傳統(tǒng)的發(fā)光層勢阱InGaN生長前通過In原子的預(yù)沉積處理，生長一層InN薄層51，來抑制后續(xù)量子阱中的銅偏析現(xiàn)象，從而降低 斯塔克效應(yīng)導(dǎo)致的電子和空穴波函數(shù)的分離程度，W提高LED的內(nèi)量子效率。
[0042] 本發(fā)明具有W下有益效果：本發(fā)明的L邸外延片的多周期量子阱層50包括6~16 個周期的IrixGaixN層52/GaN層53，每個周期的111腳1xN層52下方設(shè)有0. 2~Inm的InN薄層51。InN薄層51可使得In原子在到達IrixGaixN層52之前就達到動態(tài)飽和平衡，很大 程度的減少了InyGaiyN層52中In的偏析現(xiàn)象，從而降低斯塔克效應(yīng)導(dǎo)致的電子和空穴波 函數(shù)的分離程度，W提高LED的內(nèi)量子效率。 陽0創(chuàng)可選地，1〇腳1xN層52的厚度為2. 5-3皿，GaN層53的厚度為11-12皿，InN薄層 51的厚度為0. 5皿。上述厚度的IrixGaixN層、GaN層和InN薄層LED的內(nèi)量子效率最高。
[0044] 可選地，低溫緩沖GaN層20的厚度為20-30皿。 |；0045]不滲雜GaN層30的厚度為3-4um。
[0046]N型GaN層40的厚度為3-4ym，Si滲雜濃度為祀+18~沈+19。
[0047]P型AlGaN層60的厚度為20-100皿，Al滲雜濃度為IE巧0-沈巧0,Mg滲雜濃度為 8E+18-1E+19。
[0048]P型GaN層70的厚度為20~lOOnm，Mg滲雜濃度祀+18-1E+19。 W例 P型AlGaN起電子阻擋層作用，防止電子過多泄漏至P型GaN層，從而影響了在量 子阱中的復(fù)合發(fā)光，Al濃度過少不利于起電子阻擋作用，過多則不利于空穴向量子阱注入。 并且P型AlGaN厚度的作用也具有相同的作用，厚度過薄，不利于起電子阻擋作用，過厚則 不利于空穴向量子阱注入。N型GaN需提供足夠多的電子，但Si滲雜濃度太多晶體結(jié)晶質(zhì) 量惡化，因此Si滲雜濃度設(shè)置為祀+18~沈+19。P型GaN需提供足夠多的空穴，P層Mg的 激活效率比較低，約1-2 %，得到的空穴濃度低，Mg濃度過多，易形成Mg-H絡(luò)合物，反而不利 于Mg的激活，因此Mg滲雜濃度設(shè)置為祀+18-1E+19。
[0050] 本發(fā)明另一方面提供了一種上述的L邸外延片的制備方法，包括W下步驟： 陽05U 在襯底10上依次生長低溫緩沖GaN層20、不滲雜GaN層30和N型GaN層40。
[0052] 在不滲雜GaN層30上設(shè)置多周期量子阱層50,在任一周期中，在鍛In,Gai,N層52 和GaN層53之前，在鍛膜時間為10~60秒、銅源流量為200~1500sccm、溫度為700~ 750°C、壓力為100~SOOmbar的條件下鍛InN薄層51。
[0053] 依次鍛P型AlGaN層60和P型GaN層70。
[0054] 采用AixtronMOCVD來生長L邸外延片。低溫緩沖GaN層20、不滲雜GaN層30和 N型GaN層40、IrixGaixN層52、GaN層53和鍛P型AlGaN層60、P型GaN層70可采用較為 常規(guī)的生長方法和工藝參數(shù)。在本申請中，在每個周期的量子阱InxGaixN層52生長前，先 在鍛膜時間為10~60秒、銅源流量為200~1500sccm、溫度為700~750°C、壓力為100~ SOOmbar的條件下通入銅源沉積形成InN薄層51，再通入嫁源進行量子阱IrixGaixN層52的 生長，再升溫生長GaN勢壘層。通過合適的生長時間，銅源流量，溫度，及生長壓力，控制InN 材料的生長質(zhì)量，控制InN材料的生長厚度，從而在不影響InGaN結(jié)晶質(zhì)量的前提下提高內(nèi) 量子效率。 陽05引可選地，InN薄層51在鍛膜時間為30秒、銅源流量為lOOOsccm、溫度為740°C、壓 力為SOOmbar的條件下鍛制。
[0056] 可選地，在任一周期中，在鍛膜時間為150~230秒、嫁源流量為250-1000sccm、銅 源流量為200~1500sccm、溫度為700~750°C、壓力為100~SOOmbar的條件下鍛IrixGaixN 層52。
[0057] 在鍛膜時間為120~360秒、載氣流量為200~eOOsccm、溫度為800~850°C、壓 力為100~SOOmbar的條件下鍛GaN層53。
[0058] 鍛GaN層時，嫁源為S乙基嫁，參加反