專利名稱：一種氮化鎵基led外延片及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，具體地，涉及一種氮化鎵基LED外延片及其生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管(LED,Light Emitting Diode)是一種半導(dǎo)體固體發(fā)光器件,其利用半導(dǎo)體PN結(jié)作為發(fā)光材料，可以直接將電轉(zhuǎn)換為光。當(dāng)半導(dǎo)體PN結(jié)的兩端加上正向電壓后，注入PN結(jié)中的少數(shù)載流子和多數(shù)載流子發(fā)生復(fù)合，放出過剩的能量而引起光子發(fā)射，直接發(fā)出各種顏色的光。以氮化鎵為代表的III族氮化物是直接帶隙的寬禁帶半導(dǎo)體材料，具有電子飄移飽和速度高，熱導(dǎo)率好、強(qiáng)化學(xué)鍵、耐高溫以及抗腐蝕等優(yōu)良性能。其三元合金銦鎵氮(InGaN)帶隙從0.7eV氮化銦(InN)到3.4eV氮化鎵(GaN)連續(xù)可調(diào)，發(fā)光波長覆蓋了可見光和近紫外光的整個區(qū)域。LED發(fā)光效率是衡量LED器件好壞至關(guān)重要的指標(biāo)之一，而提高LED器件的提取效率已經(jīng)成為提高發(fā)光效率的主要因素。當(dāng)光線由LED有源區(qū)射到空氣的過程中，由于氮化鎵材料折射率非常高等原因，會在界面發(fā)生全反射，全反射臨界角很小，有源區(qū)產(chǎn)生的光只有少數(shù)逃逸出材料體外，同時氮化鎵材料的出射率僅為4%，因此LED的光提取效率還有很大的提升空間。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明的目的是提供一種氮化鎵基LED外延片及其生產(chǎn)方法。第一方面，本發(fā)明提供一種氮化鎵基LED外延片，所述外延片自下而上依次為襯底、低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、多量子有源層、低溫P型氮化鎵層、P型鋁鎵氮層、高溫P型氮化鎵層和P型接觸層。優(yōu)選地，所述高溫P型氮化鎵層由第一高溫P型氮化鎵層和第二高溫P型氮化鎵層構(gòu)成。優(yōu)選地，所述第一高溫P型氮化鎵層的厚度為100 400nm，所述第二高溫P型氮化鎵層的厚度為100 400nm。優(yōu)選地，所述低溫氮化鎵緩沖層的厚度為20 30nm、非摻雜氮化鎵層的厚度為
0.5 2um、N型氮化鎵層的厚度為1.2 4.2um、多量子阱層的厚度為2 5nm、多量子有源層的厚度為2 5nm、低溫P型氮化鎵層的厚度為10 100nm、P型鋁鎵氮層的厚度為10 50nm、高溫P型氮化鎵層的厚度為200 800nm、P型接觸層的厚度為5 20nm。第二方面，本發(fā)明還涉及一種前述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，所述生產(chǎn)方法包括如下步驟:步驟I，在氫氣或氮氣的條件下，凈化處理襯底；
步驟2，在凈化后的襯底上生長低溫氮化鎵緩沖層；步驟3，生長非摻雜氮化鎵層；步驟4，生長N型氮化鎵層；步驟5，生長多量子阱層；步驟6，生長多量子有源層；步驟7，生長低溫P型氮化鎵層；步驟8，生長P型鋁鎵氮層；步驟9，生長高溫P型氮化鎵層；步驟10，生長P型接觸層；優(yōu)選地，步驟I中，所述凈化處理具體為:在1000 1200°C清潔處理，時間為5-20min，所述襯底為適合GaN基半導(dǎo)體外延材料生長的材料，如藍(lán)寶石、GaN和碳化硅(SiC)單晶。優(yōu)選地，步驟2中，所述生長的溫度為500 650°C，生長壓力為300 760Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為10:1200。優(yōu)選地，步驟3中，所述生長的溫度為1000 1200°C，生長壓力為100 500Torr，
其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為150:2000。優(yōu)選地，步驟4中，所述生長的溫度為1000 1200°C，生長壓力為100 600Torr，
其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為100:2500。優(yōu)選地，步驟5中，所述生長溫度為720 920°C，生長壓力為100 600Torr之間，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為200:5000，其中所述多量子阱層為2 15個周期的InxGai_xN/GaN (0<x<0.4)多量子阱組成，I個周期的InxGai_xN/GaN量子阱厚度為2 5nm。優(yōu)選地，步驟6中，所述生長溫度在820 920°C，生長壓力為100 500 Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為300:5000，所述多量子有源層中的In的摩爾組分含量與多量子阱層的相同，在10%-50%之間；壘層厚度不變。優(yōu)選地，步驟7中，所述生長溫度在620 820°C，生長時間為5 35min，生長壓力為100 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為300:4800。優(yōu)選地，步驟8中，所述生長溫度在900 1100°C，生長時間為5 15min，壓力在50 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為5:800，Al的摩爾組分含量俄日10% 30%。優(yōu)選地，步驟9中，所述生長溫度在850 950°C，生長時間為3 15min，生長壓力在100 500Torr之間，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為200:600，氨氣的流量為10 60升每/min，三甲基鎵的摩爾流量為2.31X 10_4 5.20X 10_3摩爾/min，二茂鎂的摩爾流量為2.7 X Kr4 7.72 X Kr3摩爾/min。優(yōu)選地，步驟10中，所述生長溫度在850 1050°C，生長時間為I lOmin，壓力在100 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為1000:4000，氨氣的流量為10 40升/min。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果:本發(fā)明通過外延結(jié)構(gòu)生長過程中采用光面粗化技術(shù)，制得的產(chǎn)品具有變化的外觀表面，可以減少光線在出光表面的全反射，增加光子逃逸機(jī)會，可以大大提高光子逃逸出LED器件的概率，有效提高器件的發(fā)光效率。
具體實施例方式下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。實施例本實施例涉及一種氮化鎵基LED外延片，所述外延片自下而上依次為襯底、低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、多量子有源層、低溫P型氮化鎵層、P型鋁鎵氮層、高溫P型氮化鎵層和P型接觸層。進(jìn)一步地，所述高溫P型氮化鎵層由第一高溫P型氮化鎵層和第二高溫P型氮化鎵層構(gòu)成。進(jìn)一步地，所述第一高溫P型氮化鎵層的厚度為100 400nm，所述第二高溫P型氮化鎵層的厚度為100 400nm。進(jìn)一步地，所述低溫氮化鎵緩沖層的厚度為20 30nm、非摻雜氮化鎵層的厚度為
0.5 2um、N型氮化鎵層的厚度為1.2 4.2um、多量子阱層的厚度為2 5nm、多量子有源層的厚度為2 5nm、低溫P型氮化鎵層的厚度為10 100nm、P型鋁鎵氮層的厚度為10 50nm、高溫P型氮化鎵層的厚度為200 800nm、P型接觸層的厚度為5 20nm。本實施例還涉及一種前述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，所述生產(chǎn)方法包括如下步驟:步驟1，在氫氣或氮氣的條件下，在1000 1200°C清潔處理，時間為5 20min，進(jìn)而達(dá)到凈化處理襯底的目的，其中襯底選為適合GaN基半導(dǎo)體外延材料生長的材料，如藍(lán)寶石、GaN和碳化硅(SiC)單晶等。步驟2，在凈化后的襯底上，同時在生長的溫度為500 650°C，生長壓力為300 760Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為10:1200的條件下，生長低溫氮化鎵緩沖層；步驟3，在生長的溫度為500 650°C，生長壓力為300 760Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為10:1200的條件下，生長非摻雜氮化鎵層；步驟4，在生長的溫度為1000 1200°C，生長壓力為100 600Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為100:2500的條件下，生長N型氮化鎵層；步驟5，在所述生長溫度為720 920°C，生長壓力為100 600Torr之間，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為200:5000的條件下，生長多量子阱層；步驟6，在所述生長溫度在820 920°C，生長壓力為100 500 Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為300:5000的條件下，生長多量子有源層；步驟7，在生長溫度在620 820°C，生長時間為5 35min，生長壓力為100 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為300:4800的條件下，生長低溫P型氮化鎵層；步驟8，在生長溫度在900 1100 °C，生長時間為5 15min，壓力在50 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為5:800的條件下，生長P型鋁鎵
氮層；步驟9，在生長溫度在850 950°C，生長時間為3 15min，生長壓力在100 500Torr之間，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為200:600，氨氣的流量為10 60升/min，三甲基鎵的摩爾流量為2.31 X 10_4 5.20 X 10_3摩爾每分鐘，二茂鎂的摩爾流量為2.7X 10_4 7.72X 10_3摩爾每分鐘的條件下，生長高溫P型氮化鎵層；步驟10，在生長溫度在850 1050°C，生長時間為I lOmin，壓力在100 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為1000:4000，氨氣的流量為10 40升/min的條件下,生長P型接觸層；綜上所述，本發(fā)明通過外延結(jié)構(gòu)生長過程中采用光面粗化技術(shù)，制得的產(chǎn)品具有變化的外觀表面，可以減少光線在出光表面的全反射，增加光子逃逸機(jī)會，可以大大提高光子逃逸出LED器件的概率，有效提高器件的發(fā)光效率。以上對本發(fā)明的具體實施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種氮化鎵基LED外延片，其特征在于，所述外延片自下而上依次為襯底、低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、多量子有源層、低溫P型氮化鎵層、P型鋁鎵氮層、高溫P型氮化鎵層和P型接觸層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED外延片，其特征在于，所述高溫P型氮化鎵層由第一高溫P型氮化鎵層和第二高溫P型氮化鎵層構(gòu)成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED外延片，其特征在于，所述低溫氮化鎵緩沖層的厚度為20 30nm、非摻雜氮化鎵層的厚度為0.5 2um、N型氮化鎵層的厚度為1.2 4.2um、多量子阱層的厚度為2 5nm、多量子有源層的厚度為2 5nm、低溫P型氮化鎵層的厚度為10 100nm、P型鋁鎵氮層的厚度為10 50nm、高溫P型氮化鎵層的厚度為200 800nm、P型接觸層的厚度為5 20nm。
4.一種如權(quán)利要求1所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，所述生產(chǎn)方法包括如下步驟: 步驟1，在氫氣或氮氣的條件下，凈化處理襯底； 步驟2，在凈化后的襯底上生長低溫氮化鎵緩沖層； 步驟3，生長非摻雜氮化鎵層； 步驟4，生長N型氮化鎵層； 步驟5，生長多量子阱層； 步驟6，生長多量子有源層； 步驟7，生長低溫P型氮化鎵層； 步驟8，生長P型鋁鎵氮層； 步驟9，生長高溫P型氮化鎵層； 步驟10，生長P型接觸層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟I中，所述凈化處理具體為:在1000 1200°C清潔處理，時間為5-20min。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟2中，所述生長的溫度為500 650°C，生長壓力為300 760Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為10:1200o
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟3中，所述生長的溫度為1000 1200°C，生長壓力為100 500Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為150:2000o
8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟4中，所述生長的溫度為1000 1200°C，生長壓力為100 600Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為100:2500o
9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟5中，所述生長溫度為720 920°C，生長壓力為100 600Torr之間，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為200:5000o
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的氮化鎵基LED外延片的生產(chǎn)方法，其特征在于，步驟6中，所述生長溫度在820 920°C，生長壓力為100 500 Torr，其中生產(chǎn)過程中，五族元素與三族元素的摩爾比為300:5000o
全文摘要
本發(fā)明提供了一種氮化鎵基LED外延片及其生產(chǎn)方法，該外延片的結(jié)構(gòu)自下而上依次為襯底、低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、多量子有源層、低溫P型氮化鎵層、P型鋁鎵氮層、高溫P型氮化鎵層和P型接觸層，本發(fā)明還涉及前述的外延片的結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)方法，所述生長方法包括如下步驟在高純氮氣的條件下，凈化襯底，然后依次在凈化后的襯底上生長低溫氮化鎵緩沖層、非摻雜氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層、多量子有源層、低溫P型氮化鎵層、P型鋁鎵氮層、高溫P型氮化鎵層和P型接觸層。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，方法容易實現(xiàn)，效果明顯，其方法制得的產(chǎn)品具有外觀表面具有島狀結(jié)構(gòu)，表面粗化分布。
文檔編號H01L33/22GK103208571SQ20131011849
公開日2013年7月17日 申請日期2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月8日
發(fā)明者郭麗彬, 李剛, 劉仁鎖, 蔣利民 申請人:合肥彩虹藍(lán)光科技有限公司