一種發(fā)光二極管外延片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管外延片及其制作方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。所述外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底上的未摻雜GaN層、N型GaN層、有源層、P型GaN層，有源層為交替生長的InGaN層和GaN層，外延片還包括超晶格GaN層，超晶格GaN層層疊在未摻雜GaN層和N型GaN層之間，超晶格GaN層包括交替生長的第一GaN層和第二GaN層，第一GaN層采用三維3D模式生長，第二GaN層采用二維2D模式生長。本發(fā)明通過插入采用3D模式生長的GaN層，一方面可以使位錯偏折、合并，另一方面，有效改變被全反射反射回來的光的方向，從而再次出射，提高了LED的發(fā)光效率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管外延片及其制作方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片及其制作方法。

【背景技術(shù)】
[0002]LED (Light Emitting D1de,發(fā)光二極管)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件,具有體積小、亮度高、能耗小的特點(diǎn)，被廣泛的應(yīng)用于顯示屏，背光源和照明領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的LED外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次生長在襯底上的未摻雜GaN層、N型GaN層、有源層、P型GaN層。其中，有源層為交替生長的InGaN層和GaN層。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]襯底材料藍(lán)寶石與其它各層材料GaN屬于異質(zhì)材料，晶格失配率高達(dá)14%，位錯密度高達(dá)108cm_2，電子和空穴輻射復(fù)合的幾率較低，LED的發(fā)光效率較低。而且GaN的折射率為2.5，空氣的折射率為1，只有在入射角在23.6°范圍內(nèi)的光才能透過GaN出射到空氣之中，大部分光將被反射回來，進(jìn)一步降低了 LED的發(fā)光效率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)LED的發(fā)光效率較低的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片及其制作方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在所述藍(lán)寶石襯底上的未摻雜GaN層、N型GaN層、有源層、P型GaN層，所述有源層為交替生長的InGaN層和GaN層，所述外延片還包括超晶格GaN層，所述超晶格GaN層層疊在所述未摻雜GaN層和所述N型GaN層之間,所述超晶格GaN層包括交替生長的第一 GaN層和第二 GaN層,所述第一 GaN層米用三維3D模式生長,所述第二 GaN層米用二維2D模式生長。
[0008]可選地,所述第一 GaN層和所述第二 GaN層的總層數(shù)為16-60層。
[0009]可選地，所述第一 GaN層和所述第二 GaN層的厚度比為1:3-1:6。
[0010]可選地,所述第一 GaN層的厚度為30_100nm。
[0011]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制作方法，所述方法包括:
[0012]在藍(lán)寶石襯底上沉積未摻雜GaN層；
[0013]在所述未摻雜GaN層上沉積超晶格GaN層，所述超晶格GaN層包括交替生長的第一 GaN層和第二 GaN層，所述第一 GaN層米用三維3D模式生長,所述第二 GaN層米用二維2D模式生長；
[0014]在所述超晶格GaN層上依次沉積N型GaN層、有源層、P型GaN層，所述有源層為交替生長的InGaN層和GaN層。
[0015]可選地,所述第一 GaN層和所述第二 GaN層的總層數(shù)為16-60層。
[0016]可選地，所述第一GaN層和所述第二 GaN層的厚度比為1:3-1:6。
[0017]可選地，所述第一 GaN層的厚度為30_100nm。
[0018]可選地，沉積所述第一 GaN層時(shí)的壓力為500_800mbar。
[0019]可選地，沉積所述第一 GaN層時(shí)的Ga流量為沉積所述第二 GaN層時(shí)的Ga流量的1/3-1/2，沉積所述第一 GaN層時(shí)的溫度比沉積所述第二 GaN層時(shí)的溫度低50_100°C。
[0020]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0021]通過插入采用3D模式生長的GaN層，一方面可以使位錯偏折、合并，降低位錯密度，提高電子和空穴輻射復(fù)合的幾率，進(jìn)而提高LED的發(fā)光效率；另一方面，由于采用3D模式生長的GaN層表面是不平整的，存在斜面反射，可以有效改變被全反射反射回來的光的方向，使得這些光有可能被再次出射，提高了 LED的二次出光效率，從而進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。而且插入采用2D模式生長的GaN層，可以保證超晶格GaN層的表面最終是平整的，因此將超晶格GaN層設(shè)置為交替生長的采用3D模式生長的GaN層和采用2D模式生長的GaN層，可以最大限度地降低位錯密度，顯著提高LED的發(fā)光效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)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。
[0023]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種LED外延片的制作方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0025]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0026]實(shí)施例一
[0027]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種LED外延片，參見圖1，該外延片包括藍(lán)寶石襯底1、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底I上的未摻雜GaN層2、超晶格GaN層3、N型GaN層4、有源層5、P型GaN層6。
[0028]在本實(shí)施例中，超晶格GaN層3的生長溫度為750_1050°C，超晶格GaN層3包括交替生長的第一 GaN層31 (用陰影表示)和第二 GaN層32，第一 GaN層31采用3D (三維)模式生長，第二 GaN層32采用2D ( 二維)模式生長。有源層5為交替生長的InGaN層51和GaN 層 52。
[0029]具體地，第一 GaN層31的Ga含量可以為第二 GaN層32的Ga含量的1/3-1/2。
[0030]可選地,第一 GaN層31和第二 GaN層32的總層數(shù)可以為16-60層,保證較好的光反射效果，提高出光效率。
[0031]可選地,第一 GaN層31和第二 GaN層32的厚度比可以為1:3-1:6, —方面可以保證采用2D模式生長的GaN層可以對采用3D模式生長的GaN層進(jìn)行填平，使得超晶格GaN層的表面最終是平整的，另一方面也可以保證好的反射效果，提高LED的發(fā)光效率。
[0032]可選地，第一 GaN層31的厚度可以為30_100nm，既保證采用3D模式生長的GaN層的反射效果，又能使采用2D模式生長的GaN層較容易地對采用3D模式生長的GaN層進(jìn)行填平。
[0033]在本實(shí)施例中，未摻雜GaN層2的厚度可以為2 μ m，N型GaN層4的厚度可以為2 μ m。在其它實(shí)施例中，未摻雜GaN層2和N型GaN層4的厚度也可以為其它值，本發(fā)明對比不作限制。
[0034]本發(fā)明實(shí)施例通過插入采用3D模式生長的GaN層，一方面可以使位錯偏折、合并，降低位錯密度，提聞電子和空穴福射復(fù)合的幾率，進(jìn)而提聞LED的發(fā)光效率；另一方面，由于采用3D模式生長的GaN層表面是不平整的，存在斜面反射，可以有效改變被全反射反射回來的光的方向，使得這些光有可能被再次出射，提高了 LED的二次出光效率，從而進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。而且插入采用2D模式生長的GaN層，可以保證超晶格GaN層的表面最終是平整的，因此將超晶格GaN層設(shè)置為交替生長的采用3D模式生長的GaN層和采用2D模式生長的GaN層，可以最大限度地降低位錯密度，顯著提高LED的發(fā)光效率。
[0035]實(shí)施例二
[0036]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種LED外延片的制作方法，適用于制作實(shí)施例一提供的LED外延片，參見圖2，該方法包括:
[0037]步驟200:對藍(lán)寶石襯底進(jìn)行預(yù)處理。
[0038]具體地，該步驟200可以包括:
[0039]將藍(lán)寶石襯底放入MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposit1n,金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀)系統(tǒng)中，高溫?zé)崽幚?0-15分鐘。
[0040]例如，在MOCVD系統(tǒng)中，將藍(lán)寶石襯底在溫度為1100°C，純氫氣氣氛里高溫處理15分鐘。
[0041]步驟201:在藍(lán)寶石襯底上沉積未摻雜GaN層。
[0042]具體地，該步驟201可以包括:
[0043]在1000°C下生長 3 μ m 的 GaN。
[0044]可選地，在步驟201之前，該方法還可以包括:
[0045]在600°C下生長 20nm 的 GaN。
[0046]步驟202:在未摻雜GaN層上沉積超晶格GaN層。
[0047]在本實(shí)施例中，超晶格GaN層3的生長溫度為750_1050°C，超晶格GaN層包括交替生長的第一 GaN層和第二 GaN層。第一 GaN層采用3D模式生長，第二 GaN層采用2D模式生長。
[0048]弟一 GaN層和弟_■ GaN層的總層數(shù)為20，弟一 GaN層的厚度為80nm，弟_.GaN層的厚度為250nm。
[0049]具體地，第一 GaN層31的Ga含量可以為第二 GaN層32的Ga含量的1/3-1/2。
[0050]可選地，第一 GaN層和第二 GaN層的總層數(shù)可以為16-60層，保證較好的光反射效果，提高出光效率。
[0051]可選地，第一 GaN層和第二 GaN層的厚度比可以為1:3_1:6，一方面可以保證采用2D模式生長的GaN層可以對采用3D模式生長的GaN層進(jìn)行填平，使得超晶格GaN層的表面最終是平整的，另一方面也可以保證好的反射效果。
[0052]可選地，第一 GaN層的厚度可以為30_100nm，既保證采用3D模式生長的GaN層的反射效果，又能使采用2D模式生長的GaN層較容易地對采用3D模式生長的GaN層進(jìn)行填平。
[0053]可選地，沉積第一 GaN層時(shí)的壓力可以為500_800mbar，實(shí)現(xiàn)GaN層的3D生長時(shí)所需的高壓條件。
[0054]可選地，沉積第一 GaN層時(shí)的Ga流量可以為沉積第二 GaN層時(shí)的Ga流量的1/3-1/2，實(shí)現(xiàn)GaN層的3D生長時(shí)所需的低Ga流量。
[0055]可選地，沉積第一GaN層時(shí)的溫度可以比沉積第二GaN層時(shí)的溫度低50-100°C，實(shí)現(xiàn)GaN層的3D生長時(shí)所需的低溫條件。
[0056]步驟203:在超晶格GaN層上依次沉積N型GaN層、有源層、P型GaN層。
[0057]在本實(shí)施例中，有源層為交替生長的InGaN層和GaN層。
[0058]具體地，N型GaN層的厚度可以為2 μ m，InGaN層的厚度可以為2.5nm，GaN層的厚度可以為12nm, P型GaN層的厚度可以為0.4 μ m。
[0059]可選地，在步驟203之后，該方法還可以包括:
[0060]將反應(yīng)腔的溫度降至800°C，純氮?dú)夥諊M(jìn)行退火處理lOmin，然后降至室溫。
[0061]本發(fā)明實(shí)施例通過插入采用3D模式生長的GaN層，一方面可以使位錯偏折、合并，降低位錯密度，提聞電子和空穴福射復(fù)合的幾率，進(jìn)而提聞LED的發(fā)光效率；另一方面，由于采用3D模式生長的GaN層表面是不平整的，存在斜面反射，可以有效改變被全反射反射回來的光的方向，使得這些光有可能被再次出射，提高了 LED的二次出光效率，從而進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。而且插入采用2D模式生長的GaN層，可以保證超晶格GaN層的表面最終是平整的，因此將超晶格GaN層設(shè)置為交替生長的采用3D模式生長的GaN層和采用2D模式生長的GaN層，可以最大限度地降低位錯密度，顯著提高LED的發(fā)光效率。另外，本發(fā)明實(shí)施例提供的方法使用便捷、加工效率高、成本低廉，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)的要求。
[0062]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(nèi)，所作的任何修改、等同替換、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】
1.一種發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在所述藍(lán)寶石襯底上的未摻雜GaN層、N型GaN層、有源層、P型GaN層，所述有源層為交替生長的InGaN層和GaN層，其特征在于，所述外延片還包括超晶格GaN層，所述超晶格GaN層層疊在所述未摻雜GaN層和所述N型GaN層之間,所述超晶格GaN層包括交替生長的第一 GaN層和第二 GaN層，所述第一 GaN層采用三維3D模式生長，所述第二 GaN層采用二維2D模式生長。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一GaN層和所述第二GaN層的總層數(shù)為16_60層。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述第一GaN層和所述第二 GaN層的厚度比為1:3-1:6。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述第一GaN層的厚度為30_100nm。
5.一種發(fā)光二極管外延片的制作方法，其特征在于，所述方法包括: 在藍(lán)寶石襯底上沉積未摻雜GaN層； 在所述未摻雜GaN層上沉積超晶格GaN層，所述超晶格GaN層包括交替生長的第一 GaN層和第二 GaN層，所述第一 GaN層采用三維3D模式生長，所述第二 GaN層采用二維2D模式生長; 在所述超晶格GaN層上依次沉積N型GaN層、有源層、P型GaN層，所述有源層為交替生長的InGaN層和GaN層。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一GaN層和所述第二 GaN層的總層數(shù)為16-60層。
7.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一GaN層和所述第二 GaN層的厚度比為1:3-1:6。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，所述第一GaN層的厚度為30_100nm。
9.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，沉積所述第一GaN層時(shí)的壓力為500_800mbar。
10.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述的方法，其特征在于，沉積所述第一GaN層時(shí)的Ga流量為沉積所述第二 GaN層時(shí)的Ga流量的1/3-1/2，沉積所述第一 GaN層時(shí)的溫度比沉積所述第二 GaN層時(shí)的溫度低50-100°C。
【文檔編號】H01L33/04GK104167475SQ201410338393
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月16日
【發(fā)明者】吳克敏, 謝文明, 陳柏松, 魏世禎 申請人:華燦光電股份有限公司