GaN基LED外延片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型提供一種GaN基LED外延片，包括：襯底和外延層，所述外延層位于所述襯底之上，包括依次堆疊的以下結(jié)構(gòu)層：N型GaN層；位于所述N型GaN層一側(cè)的第一InGaN/GaN多量子阱層；位于所述第一InGaN/GaN多量子阱層一側(cè)的第二InGaN/GaN多量子阱層；位于所述第二InGaN/GaN多量子阱層一側(cè)的P型GaN層，其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為D1，第二InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為D2，D1<D2。本實(shí)用新型的GaN基LED外延片具有藍(lán)移值小、發(fā)光穩(wěn)定性高等優(yōu)點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】GaN基LED外延片
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于半導(dǎo)體制造【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種GaN基LED外延片。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管LED具有體積小、耗電量低、使用壽命長(zhǎng)、環(huán)保耐用等特點(diǎn)，在各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。使用經(jīng)驗(yàn)表明，傳統(tǒng)GaN基藍(lán)光LED的峰值波長(zhǎng)隨著注入電流的增加向短波長(zhǎng)方向移動(dòng)，即發(fā)生藍(lán)移。由于藍(lán)光波段5 nm左右的波長(zhǎng)變化足以讓人眼感覺(jué)到顏色的差異，因此該藍(lán)移現(xiàn)象降低了 LED的發(fā)光穩(wěn)定性，用戶體驗(yàn)不佳。 [0003]研究表明，造成這種藍(lán)光LED峰值波長(zhǎng)藍(lán)移的主要原因是由于InGaN / GaN多量子阱區(qū)強(qiáng)烈的極化效應(yīng)。在MOCVD外延生長(zhǎng)量子阱時(shí)，由于InGaN和GaN存在較大的晶格失配和熱膨脹系數(shù)失配產(chǎn)生應(yīng)力，此時(shí)極化率在界面處的急劇變化將產(chǎn)生大量極化電荷，直接使體系內(nèi)出現(xiàn)內(nèi)建電場(chǎng)。這個(gè)內(nèi)強(qiáng)電場(chǎng)將阻止發(fā)光器件中載流子的注入，引起顯著的量子限制斯塔克效應(yīng)(QCSE)，導(dǎo)致能帶傾斜，發(fā)光波長(zhǎng)向長(zhǎng)波段方向移動(dòng)(即紅移)。隨著注入電流的增大，多量子阱區(qū)的自由載流子增加，屏蔽了部分內(nèi)建電場(chǎng)，削弱了 QCSE效應(yīng)，從而使LED峰值波長(zhǎng)向短波方向移動(dòng)。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)中采用非極性的GaN襯底來(lái)提高GaN基藍(lán)光LED峰值波長(zhǎng)穩(wěn)定性。由于非極性GaN襯底難以大批量制備，具有價(jià)格昂貴的缺點(diǎn)，不易推廣。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本實(shí)用新型旨在至少在一定程度上解決上述技術(shù)問(wèn)題之一或至少提供一種有用的商業(yè)選擇。為此，本實(shí)用新型的一個(gè)目的在于提出低藍(lán)移、發(fā)光穩(wěn)定性好的GaN基LED外延片。
[0006]本實(shí)用新型提供一種GaN基LED外延片，包括:
[0007]襯底；和
[0008]外延層，所述外延層位于所述襯底之上，包括依次堆疊的以下結(jié)構(gòu)層:
[0009]N 型 GaN 層；
[0010]位于所述N型GaN層一側(cè)的第一 InGaN/GaN多量子阱層；
[0011]位于所述第一 InGaN/GaN多量子阱層一側(cè)的第二 InGaN/GaN多量子阱層；
[0012]位于所述第二 InGaN/GaN多量子阱層一側(cè)的P型GaN層，其中，
[0013]所述第一 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為D1，第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為D2，D1〈D2。
[0014]進(jìn)一步，0〈D2-D1〈1.5nm。
[0015]進(jìn)一步，所述第一 InGaN/GaN多量子講層中的講層厚度為2nnT3nm。
[0016]進(jìn)一步，所述第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為2nnT4.5nm。
[0017]進(jìn)一步，所述第一 InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)2≤NI≤6，且NI為整數(shù)，并且，所述第二 InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)2≤N2≤6，且N2為整數(shù)。
[0018]進(jìn)一步，還包括:位于所述襯底與所述外延層之間的本征GaN層。
[0019]進(jìn)一步，還包括:位于所述N型GaN層與第一 InGaN/GaN多量子阱層之間的應(yīng)力釋放層。
[0020]進(jìn)一步，還包括:位于所述第二 InGaN/GaN多量子阱層與所述P型GaN層之間的電子阻擋層。
[0021]進(jìn)一步，還包括:輔助InGaN/GaN多量子阱層，所述輔助InGaN/GaN多量子阱層位于所述N型GaN層與所述第一 InGaN/GaN多量子阱層之間且緊鄰所述第一 InGaN/GaN多量子阱層，用于調(diào)節(jié)所述GaN基LED外延片的量子阱總體周期數(shù)。
[0022]綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片具有較低藍(lán)移值，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、發(fā)光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0023]本實(shí)用新型的附加方面和優(yōu)點(diǎn)將在下面的描述中部分給出，部分將從下面的描述中變得明顯，或通過(guò)本實(shí)用新型的實(shí)踐了解到。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0024]本實(shí)用新型的上述和/或附加的方面和優(yōu)點(diǎn)從結(jié)合下面附圖對(duì)實(shí)施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中:
[0025]圖1是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖2是本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027]圖3是本實(shí)用新型再一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的形成方法的流程示意圖；
[0029]圖5是本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的形成方法的流程示意圖；
[0030]圖6是本實(shí)用新型再一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的形成方法的流程示意圖；
[0031]圖7是本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片的形成方法的溫度控制示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面詳細(xì)描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，所述實(shí)施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標(biāo)號(hào)表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過(guò)參考附圖描述的實(shí)施例是示例性的，旨在用于解釋本實(shí)用新型，而不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0033]在本實(shí)用新型的描述中，需要理解的是，術(shù)語(yǔ)“中心”、“縱向”、“橫向”、“長(zhǎng)度”、“寬度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“頂”、“底” “內(nèi)”、“外”、“順
時(shí)針”、“逆時(shí)針”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本實(shí)用新型和簡(jiǎn)化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制。
[0034]此外，術(shù)語(yǔ)“第一”、“第二”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對(duì)重要性或者隱含指明所指示的技術(shù)特征的數(shù)量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隱含地包括一個(gè)或者更多個(gè)該特征。在本實(shí)用新型的描述中，“多個(gè)”的含義是兩個(gè)或兩個(gè)以上，除非另有明確具體的限定。
[0035]在本實(shí)用新型中，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語(yǔ)“安裝”、“相連”、“連接”、“固定”等術(shù)語(yǔ)應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機(jī)械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過(guò)中間媒介間接相連，可以是兩個(gè)元件內(nèi)部的連通。對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以根據(jù)具體情況理解上述術(shù)語(yǔ)在本實(shí)用新型中的具體含義。
[0036]本實(shí)用新型第一方面提出了低藍(lán)移、發(fā)光穩(wěn)定性好的GaN基LED外延片。
[0037]如圖1、圖2所示，本實(shí)用新型提供一種GaN基LED外延片，包括:襯底10和外延層20，所述外延層20位于所述襯底10之上，包括依次堆疊的以下結(jié)構(gòu)層:N型GaN層210 ；位于所述N型GaN層210 —側(cè)的第一 InGaN/GaN多量子阱層220 ;位于所述第一 InGaN/GaN多量子阱層220 —側(cè)的第二 InGaN/GaN多量子阱層230 ;位于所述第二 InGaN/GaN多量子阱層230 —側(cè)的P型GaN層240，其中，所述第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層厚度為D1，第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層厚度為D2，D1〈D2。
[0038]在上述GaN基LED外延片中，將現(xiàn)有技術(shù)中的單組多量子阱層換為阱層厚度有差異的兩組多量子阱層。基于以下原因，本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片具有較低藍(lán)移，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、發(fā)光穩(wěn)定性好。
[0039]在低電流密度下，LED的主要發(fā)光區(qū)域擴(kuò)散到第一 InGaN/GaN多量子阱層220，假設(shè)此時(shí)LED發(fā)光波長(zhǎng)為普通發(fā)光波長(zhǎng)。在高電流密度下，LED中的過(guò)剩載流子會(huì)被EBL限制在鄰近P型GaN層240的第二 InGaN/GaN多量子阱層230中，此時(shí)第二 InGaN/GaN多量子阱層230作為主要發(fā)光區(qū)域。一方面，與【背景技術(shù)】中提到的普通GaN基LED外延片類似，LED發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)該往短波長(zhǎng)方向遷移(藍(lán)移);另一方面，由于第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層厚度D2大于第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層厚度Dl，在生長(zhǎng)條件相同僅厚度不一樣的情況下，其量子阱的能帶傾斜并沒(méi)有太大改變，但是第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層的厚度變寬導(dǎo)致禁帶寬度Eg變窄，使得LED發(fā)光波長(zhǎng)往長(zhǎng)波方向遷移(紅移)。上述兩方面共同作用，使得本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片的隨著電流密度增大而發(fā)光藍(lán)移的程度較小。
[0040]需要說(shuō)明的是，盡管本實(shí)用新型上述實(shí)施例通過(guò)調(diào)節(jié)D1〈D2以降低藍(lán)移現(xiàn)象，但在實(shí)際中還技術(shù)人員也可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)D1>D2以增大藍(lán)移現(xiàn)象，其原理不變，操作形式相反。
[0041]在本實(shí)用新型實(shí)施例中，優(yōu)選的，0〈D2-D1〈1.5nm。一般的，所述第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層厚度為2nnT3nm，所述第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層厚度為 2nm?4.5nm。
[0042]本實(shí)用新型另一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片可以包括:襯底10和位于襯底10之上的外延層20。其中外延層20包括依次堆疊的N型GaN層210、第一 InGaN/GaN多量子阱層220、第二 InGaN/GaN多量子阱層230和P型GaN層240。需要說(shuō)明的是，外延層20中各個(gè)結(jié)構(gòu)層的堆疊次序可為順序或者倒序，具體如圖1和圖2所示。第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)l，第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)2，其中 Tl > T2。
[0043]在上述GaN基LED外延片中，將現(xiàn)有技術(shù)中的單組多量子阱層換為阱層生長(zhǎng)溫度有差異、阱層In組分含量有差異的兩組多量子阱層?；谝韵聝蓚€(gè)原因，本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片具有較低藍(lán)移。
[0044](1)由于Tl大于T2，根據(jù)In在高溫下易揮發(fā)的特點(diǎn)，設(shè)第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層In組分含量為XI，第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層In組分含量為X2，則有Xl小于X2。這意味著:第一 InGaN/GaN多量子阱層220中阱層In含量Xl介于N型GaN層(其In含量為O)與第二 InGaN/GaN多量子阱層230中阱層In含量X2之間。由于In的含量分布呈漸變過(guò)渡式分布，因此能夠改進(jìn)GaN與第二 InGaN/GaN多量子阱層230之間的晶格適配，緩解第二 InGaN/GaN多量子阱層230的應(yīng)力情況，從而降低LED外延片的藍(lán)移值，提高不同電流下波長(zhǎng)穩(wěn)定性，以及提高發(fā)光內(nèi)量子效率。
[0045](2)在低電流密度下，LED的主要發(fā)光區(qū)域擴(kuò)散到第一 InGaN/GaN多量子阱層220，假設(shè)此時(shí)LED發(fā)光波長(zhǎng)為普通發(fā)光波長(zhǎng)。在高電流密度下，LED中的過(guò)剩載流子會(huì)被EBL限制在鄰近P型GaN層240的第二 InGaN/GaN多量子阱層230中，此時(shí)第二 InGaN/GaN多量子阱層230作為主要發(fā)光區(qū)域。一方面，與【背景技術(shù)】中提到的普通GaN基LED外延片類似，LED發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)該往短波長(zhǎng)方向遷移(藍(lán)移)；另一方面，由于第二 InGaN/GaN多量子阱層230的In組分含量X2大于第一 InGaN/GaN多量子阱層220的In組分含量XI，LED發(fā)光波長(zhǎng)應(yīng)該往長(zhǎng)波長(zhǎng)方向遷移(紅移)。上述兩方面共同作用，使得本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片的隨著電流密度增大而發(fā)光藍(lán)移的程度較小，甚至有可能為隨著電流密度增大而發(fā)光紅移。
[0046]需要說(shuō)明的是，盡管本實(shí)用新型上述實(shí)施例通過(guò)調(diào)節(jié)Tl > T2以降低藍(lán)移現(xiàn)象，但在實(shí)際中還技術(shù)人員也可以根據(jù)需要來(lái)調(diào)節(jié)Tl <T2以增大藍(lán)移現(xiàn)象，其原理不變，操作形式相反。 [0047]綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片中，由于第一 InGaN/GaN多量子阱層和第二 InGaN/GaN多量子阱層的阱層形成溫度不同，改變了應(yīng)力和能帶結(jié)構(gòu)，在未增加其他結(jié)構(gòu)層的情況，具有較低藍(lán)移值，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、發(fā)光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0048]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，襯底10可以為藍(lán)寶石襯底。藍(lán)寶石襯底具有價(jià)格便宜，制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0049]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第一 InGaN/GaN多量子阱層220的阱層/壘層周期數(shù)2≤NI≤6，且NI為整數(shù)。其中第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)l，700 ^ Tl ^ 800°C。類似地，第二 InGaN/GaN多量子阱層230的阱層/壘層周期數(shù)2≤N2≤6，且吧為整數(shù)。其中第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)2，700≤T2≤8000C。第一 InGaN/GaN多量子阱層220、第二 InGaN/GaN多量子阱層230滿足如下條件:0 < T1-T2 ( 8°C。由于Tl與T2的取值范圍是相對(duì)固定的，并且Tl與T2的差值是有限的，因此，第一 InGaN/GaN多量子阱層220中的阱層In組分含量Xl和第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層In組分含量X2的取值范圍也相對(duì)固定并且二者差值有限。在本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，13% ^ Xl ^ 17%，13%≤X2≤18%，并且O < X2-X1 ( 1%。因此，不會(huì)引起“過(guò)度降低現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，反而導(dǎo)致了紅移現(xiàn)象”，能夠確保GaN基LED外延片的發(fā)光穩(wěn)定性。
[0050]為使芯片質(zhì)量更優(yōu)，本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片還可以具有其他附加層次結(jié)構(gòu)。下面結(jié)合圖3作進(jìn)一步介紹。需要說(shuō)明的是，盡管圖3所示的實(shí)施例屬于N型GaN層210位于外延片20底部、P型GaN層240位于外延層20頂部的情況。但是，此處僅出于示例的方便而非作為本實(shí)用新型的限定，在其他實(shí)施例中也可為外延層中各層次結(jié)構(gòu)按相反順序堆疊。
[0051]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片還可以包括位于襯底10與外延層20之間的本征GaN層30。該技術(shù)為本領(lǐng)域公知，故不贅述。需要說(shuō)明的是，本征GaN層30是可選擇而非必須的。
[0052]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片還可以包括位于N型GaN層210與第一 InGaN/GaN多量子阱層220之間的應(yīng)力釋放層(Stress Relief Layer, SRL) 250。應(yīng)力釋放層250可以為至少一個(gè)周期的InxGa1J (O < x < I)與GaN交替生長(zhǎng)的超晶格結(jié)構(gòu)。其中每層InxGahN厚度為l_20nm，每層GaN厚度為15_85nm。應(yīng)力釋放層250用于釋放應(yīng)力，減少晶格失配。需要說(shuō)明的是，應(yīng)力釋放層250是可選擇而非必須的。
[0053]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片還可以包括位于第二 InGaN/GaN多量子阱層230與P型GaN層240之間的電子阻擋層(Electron Blocking Layer, EBL)260。電子阻擋層260可以為單層AlyGai_yN (O < y < I)層。電子阻擋層260用于阻擋電子，提高發(fā)光效率。需要說(shuō)明的是，電子阻擋層260是可選擇而非必須的。
[0054]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片還可以包括輔助InGaN/GaN多量子阱層270。該輔助InGaN/GaN多量子阱層270位于N型GaN層210與第一 InGaN/GaN多量子阱層220之間，并且緊鄰第一 InGaN/GaN多量子阱層220。該輔助InGaN/GaN多量子阱層270用于調(diào)節(jié)GaN基LED外延片的量子阱總體周期數(shù)。一般而言，當(dāng)阱結(jié)構(gòu)周期數(shù)適度增加時(shí)，阱結(jié)構(gòu)對(duì)載流子的限制作用會(huì)增強(qiáng)，這使得勢(shì)阱層(發(fā)光層)中激子的形成幾率增大，因此能夠提高器件發(fā)光效率。但是當(dāng)量子阱周期數(shù)太大時(shí)，電流效率反而會(huì)降低。需要說(shuō)明的是，輔助InGaN/GaN多量子阱層270是可選擇而非必須的。
[0055]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，輔助InGaN/GaN多量子阱層270中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)3，700°C≤T3 ( 800°C。對(duì)應(yīng)地，輔助InGaN/GaN多量子阱層270中的阱層In組分含量為X3，13%<X3< 18%。需要說(shuō)明的是，上述T3和X3的數(shù)值取值范圍是可選擇而非必須的。
[0056]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，輔助InGaN/GaN多量子阱層270中的阱層生長(zhǎng)溫度T3可以等于第二 InGaN/GaN多量子阱層230中的阱層生長(zhǎng)溫度T2，輔助InGaN/GaN多量子阱層中的阱層In組分含量X3可以等于第二 InGaN/GaN多量子阱層230中In組分含量X2。需要說(shuō)明的是，此技術(shù)特征是可選擇而非必須的。
[0057]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，輔助InGaN/GaN多量子阱層270的阱層/壘層周期數(shù)為N3，1 < N，3 < 6，且N3為整數(shù)。需要說(shuō)明的是，上述N3的數(shù)值取值范圍是可選擇而非必須的。
[0058]本實(shí)用新型第二方面提出了低藍(lán)移、發(fā)光穩(wěn)定性好的GaN基LED外延片的形成方法。
[0059]本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例的GaN基LED外延片可以包括以下步驟:提供襯底；以及在襯底之上形成外延層。其中，形成外延層的過(guò)程包括順序地形成或者倒序地形成N型GaN層、第一 InGaN/GaN多量子阱層、第二 InGaN/GaN多量子阱層和P型GaN層的堆疊結(jié)構(gòu)。具體步驟如圖4和圖5所示。第一 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)l，第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)2，其中Tl > T2。需要說(shuō)明的是，由于Tl大于T2，根據(jù)In在高溫下易揮發(fā)的特點(diǎn)，設(shè)第一 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層In組分含量為XI，第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層In組分含量為X2，則有Xl小于X2。[0060]綜上所述，根據(jù)本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片的形成方法中，通過(guò)控制第一 InGaN/GaN多量子阱層和第二 InGaN/GaN多量子阱層的阱層形成溫度不同，改變了應(yīng)力和能帶結(jié)構(gòu)，在未增加其他工藝的情況，實(shí)現(xiàn)了外延片隨電流密度增大而僅有較低藍(lán)移值。該形成方法具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、制備的LED外延片藍(lán)移值低、發(fā)光穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。
[0061]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，襯底可以為藍(lán)寶石襯底。藍(lán)寶石襯底具有價(jià)格便宜，制造成本低的優(yōu)點(diǎn)。
[0062]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，第一 InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)2≤NI≤6，且NI為整數(shù)。其中第一 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)l，700 ^ Tl ^ 8000C。類似地，第二 InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)2≤N2≤6，且N2為整數(shù)。其中第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)2，700≤T2≤800°C。第一 InGaN/GaN多量子阱層、第二 InGaN/GaN多量子阱層滿足如下條件:0 < T1-T2≤8°C。由于Tl與T2的取值范圍是相對(duì)固定的，并且Tl與T2的差值是有限的，因此，第一 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層In組分含量Xl和第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層In組分含量X2的取值范圍也相對(duì)固定并且二者差值有限。在本實(shí)用新型一個(gè)實(shí)施例中，13% SXl ( 17%，13% ^ X2 ^ 18%，并且O < X2-X1 ( 1%。因此，不會(huì)引起“過(guò)度降低現(xiàn)藍(lán)移現(xiàn)象，反而導(dǎo)致了紅移現(xiàn)象”，能夠確保GaN基LED外延片的發(fā)光穩(wěn)定性。
[0063]為使芯片質(zhì)量更優(yōu)，本實(shí)用新型實(shí)施例的GaN基LED外延片的形成方法還可以包括形成其他附加層次結(jié)構(gòu)的步驟。下面結(jié)合圖6作進(jìn)一步介紹。需要說(shuō)明的是，盡管圖6所示的實(shí)施例屬于先形成N型GaN層、后形成P型GaN層的情況。但是，此處僅出于示例的方便而非作為本實(shí)用新型的限定，在其他實(shí)施例中也可以為按相反順序形成外延層內(nèi)的各層次堆疊結(jié)構(gòu)。
[0064]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片的形成方法還包括:在襯底與外延層之間形成本征GaN層。該技術(shù)為本領(lǐng)域公知，故不贅述。需要說(shuō)明的是，本征GaN層是可選擇而非必須的。
[0065]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片的形成方法還包括:在N型GaN層與第一 InGaN/GaN多量子阱層之間形成應(yīng)力釋放層。應(yīng)力釋放層可以為至少一個(gè)周期的InxGahN (O < x < I)與GaN交替生長(zhǎng)的超晶格結(jié)構(gòu)。其中每層InxGa1J厚度為l_20nm，每層GaN厚度為15-85nm。應(yīng)力釋放層用于釋放應(yīng)力，減少晶格失配。需要說(shuō)明的是，應(yīng)力釋放層是可選擇而非必須的。
[0066]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片的形成方法還包括:在第二InGaN/GaN多量子阱層與P型GaN層之間形成電子阻擋層。電子阻擋層可以為單層AlyG&1_yN(0<y<l)層。電子阻擋層用于阻擋電子，提高發(fā)光效率。需要說(shuō)明的是，電子阻擋層是可選擇而非必須的。
[0067]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片的形成方法還包括:形成輔助InGaN/GaN多量子阱層，輔助InGaN/GaN多量子阱層位于N型GaN層與第一 InGaN/GaN多量子阱層之間且緊鄰第一 InGaN/GaN多量子阱層，用于調(diào)節(jié)GaN基LED外延片的量子阱總體周期數(shù)。一般而言，當(dāng)阱結(jié)構(gòu)周期數(shù)適度增加時(shí)，阱結(jié)構(gòu)對(duì)載流子的限制作用會(huì)增強(qiáng)，這使得勢(shì)阱層(發(fā)光層)中激子的形成幾率增大，因此能夠提高器件發(fā)光效率。但是當(dāng)量子阱周期數(shù)太大時(shí)，電流效率反而會(huì)降低。需要說(shuō)明的是，輔助InGaN/GaN多量子阱層是可選擇而非必須的。
[0068]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，輔助InGaN/GaN多量子阱層中的阱層生長(zhǎng)溫度為T(mén)3, 7000C ≤ T3 ( 800°C。對(duì)應(yīng)地，輔助InGaN/GaN多量子阱層中的阱層In組分含量為X3，13% ≤ X3 ≤ 18%。需要說(shuō)明的是，上述T3和X3的數(shù)值取值范圍是可選擇而非必須的。
[0069]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片的形成方法中，T3等于T2，X3等于X2。需要說(shuō)明的是，此技術(shù)特征是可選擇而非必須的。
[0070]在本實(shí)用新型的一個(gè)實(shí)施例中，GaN基LED外延片的形成方法中，輔助InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)I < N，3 < 6，且N3為整數(shù)。需要說(shuō)明的是，上述N3的數(shù)值取值范圍是可選擇而非必須的。
[0071]為了使本領(lǐng)域技術(shù)人員更好地理解本實(shí)用新型，下面結(jié)合圖7舉一實(shí)施例做詳細(xì)介紹。該實(shí)施例以三甲基鎵(TMGa)、三乙基鎵(TEGa)、三甲基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)、二茂鎂(Cp2Mg)、氨氣(NH3)、硅烷(GeH4)作為沉積材料，以氫氣(H2)、氮?dú)?N2)作為載氣，采用MOCVD技術(shù)形成GaN基LED外延片。具體步驟如下:
[0072]A.在PSS藍(lán)寶石圖形化襯底上依次生長(zhǎng)uGaN、nGaN。該步驟為本領(lǐng)域公知，不贅述。
[0073]B.生長(zhǎng)SRL。在生長(zhǎng)溫度為950°C，反應(yīng)腔壓力為300mbar時(shí)，交替生長(zhǎng)三個(gè)周期的GaN和Inatl5Gaa95N超晶格結(jié)構(gòu)，其中每層GaN厚度為30nm，每層InGaN厚度為2.5nm。生長(zhǎng)完SRL后，先將載氣切換成氮?dú)猓磻?yīng)腔壓力穩(wěn)定在QB_P，100 ( QB_P ( 500mbr。
[0074]C.生長(zhǎng)a組MQWs (即形成輔助InGaN/GaN多量子阱層)
[0075]調(diào)節(jié)反應(yīng)腔加熱源溫度，使外延片表面溫度迅速穩(wěn)定在量子壘生長(zhǎng)溫度(QB_T)后，800 ( QB_T ( 900°C (優(yōu)選QB_T=850°C )，開(kāi)始通入三乙基鎵(TEGa)生長(zhǎng)GaN量子壘(QB)，生長(zhǎng)厚度為13nm。
[0076]調(diào)節(jié)反應(yīng)腔加熱源溫度，使外延片表面溫度迅速穩(wěn)定在量子阱生長(zhǎng)溫度QW_T=T3=750 V，開(kāi)始通入三乙基鎵(TEGa)與三甲基銦(TMIn)生長(zhǎng)In。.16Ga0.84N量子阱(QW)，生長(zhǎng)厚度為3nm。然后停止通入TEGa和InGaN。
[0077]重復(fù)上述步驟a=5次。
[0078]D.生長(zhǎng)a組MQWs (即形成第一 InGaN/GaN多量子阱層)
[0079]調(diào)節(jié)反應(yīng)腔加熱源溫度，使外延片表面溫度迅速穩(wěn)定在量子壘生長(zhǎng)溫度(QB_T)后，800 ( QB_T ( 900°C (優(yōu)選QB_T=850°C )，開(kāi)始通入三乙基鎵(TEGa)生長(zhǎng)GaN量子壘(QB)，生長(zhǎng)厚度為13nm。
[0080]調(diào)節(jié)反應(yīng)腔加熱源溫度，使外延片表面溫度迅速穩(wěn)定在量子阱生長(zhǎng)溫度QW_T=T1=754°C，開(kāi)始通入三乙基鎵(TEGa)與三甲基銦(TMIn)生長(zhǎng)Inai5Gaa85N量子阱(QW)，生長(zhǎng)厚度為3nm。然后停止通入TEGa和InGaN。
[0081 ] 重復(fù)上述步驟b=5次。
[0082]E.生長(zhǎng)c組MQWs (即形成第二 InGaN/GaN多量子阱層)
[0083]調(diào)節(jié)反應(yīng)腔加熱源溫度，使外延片表面溫度迅速穩(wěn)定在量子壘生長(zhǎng)溫度(QB_T)后，800 ( QB_T ( 900°C (優(yōu)選QB_T=850°C )，開(kāi)始通入三乙基鎵(TEGa)生長(zhǎng)GaN量子壘(QB)，生長(zhǎng)厚度為13nm。
[0084]調(diào)節(jié)反應(yīng)腔加熱源溫度，使外延片表面溫度迅速穩(wěn)定在量子阱生長(zhǎng)溫度QW_T=T2=750 V，開(kāi)始通入三乙基鎵(TEGa)與三甲基銦(TMIn)生長(zhǎng)In。.16Ga0.84N量子阱(QW)，生長(zhǎng)厚度為3nm。然后停止通入TEGa和InGaN。
[0085]重復(fù)上述步驟c=5次。
[0086]F.開(kāi)始生長(zhǎng)EBL及pGaN。其中EBL為單層AlyGa(1_y)N層，其厚度為20nm到60nm。PGaN的厚度為150nm到300nm。該步驟為本領(lǐng)域公知，不贅述。
[0087]在本說(shuō)明書(shū)的描述中，參考術(shù)語(yǔ)“一個(gè)實(shí)施例”、“一些實(shí)施例”、“示例”、“具體示例”、或“一些示例”等的描述意指結(jié)合該實(shí)施例或示例描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)包含于本實(shí)用新型的至少一個(gè)實(shí)施例或示例中。在本說(shuō)明書(shū)中，對(duì)上述術(shù)語(yǔ)的示意性表述不一定指的是相同的實(shí)施例或示例。而且，描述的具體特征、結(jié)構(gòu)、材料或者特點(diǎn)可以在任何的一個(gè)或多個(gè)實(shí)施例或示例中以合適的方式結(jié)合。
[0088]盡管上面已經(jīng)示出和描述了本實(shí)用新型的實(shí)施例，可以理解的是，上述實(shí)施例是示例性的，不能理解為對(duì)本實(shí)用新型的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的原理和宗旨的情況下在本實(shí)用新型的范圍內(nèi)可以對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行變化、修改、替換和變型。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基LED外延片，其特征在于，包括: 襯底；和 外延層，所述外延層位于所述襯底之上，包括依次堆疊的以下結(jié)構(gòu)層: N型GaN層; 位于所述N型GaN層一側(cè)的第一 InGaN/GaN多量子阱層； 位于所述第一 InGaN/GaN多量子阱層一側(cè)的第二 InGaN/GaN多量子阱層； 位于所述第二 InGaN/GaN多量子阱層一側(cè)的P型GaN層，其中， 所述第一 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為D1，第二 InGaN/GaN多量子阱層中的阱層厚度為D2，D1〈D2。
2.如權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，0〈D2-D1〈1.5nm。
3.如權(quán)利要求2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第一InGaN/GaN多量子阱層中的講層厚度為2nnT3nm。
4.如權(quán)利要求2所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第二InGaN/GaN多量子阱層中的講層厚度為2ηη1-4.5nm。
5.如權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，所述第一InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)2≤NI≤6，且NI為整數(shù)，并且，所述第二 InGaN/GaN多量子阱層的阱層/壘層周期數(shù)2 < N2 < 6，且N2為整數(shù)。
6.如權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，還包括:位于所述襯底與所述外延層之間的本征GaN層。
7.如權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，還包括:位于所述N型GaN層與第一 InGaN/GaN多量子阱層之間的應(yīng)力釋放層。
8.如權(quán)利要求1所述的GaN基LED外延片，其特征在于，還包括:位于所述第二InGaN/GaN多量子阱層與所述P型GaN層之間的電子阻擋層。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的GaN基LED外延片，其特征在于，還包括:輔助InGaN/GaN多量子阱層，所述輔助InGaN/GaN多量子阱層位于所述N型GaN層與所述第一 InGaN/GaN多量子阱層之間且緊鄰所述第一 InGaN/GaN多量子阱層，用于調(diào)節(jié)所述GaN基LED外延片的量子阱總體周期數(shù)。
【文檔編號(hào)】H01L33/32GK203491288SQ201320598427
【公開(kāi)日】2014年3月19日 申請(qǐng)日期:2013年9月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月27日
【發(fā)明者】肖懷曙, 謝春林 申請(qǐng)人:惠州比亞迪實(shí)業(yè)有限公司