本發(fā)明涉及光電子制造技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及制備方法。

背景技術(shù)：

LED(Light Emitting Diode，發(fā)光二極管)具有體積小、壽命長、功耗低等優(yōu)點，目前被廣泛應用于汽車信號燈、交通信號燈、顯示屏以及照明設備。

在發(fā)光二極管的外延片的生長過程中，常常會由于晶格失配而出現(xiàn)應力，導致晶體質(zhì)量變差，抗靜電性下降，發(fā)光效率降低。為了提高外延片的抗靜電性和發(fā)光效率，通常會在生長有源層之前生長一層InGaN淺量子阱，以釋放應力。

但是InGaN淺量子阱只能減小與有源層之間的晶格失配，不能釋放生長InGaN淺量子阱之前形成的應力，對外延片的抗靜電性和發(fā)光效率的提高十分有限。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了進一步提高外延片的抗靜電性和發(fā)光效率，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及制備方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括依次層疊的襯底、緩沖層、非摻雜GaN層、N型接觸層、有源層、P型電子阻擋層和P型接觸層，所述外延片還包括夾設在所述N型接觸層和所述有源層之間的應力釋放層，所述應力釋放層包括依次層疊在所述N型接觸層上的第一子層、第二子層和第三子層，所述第一子層為N型摻雜的第一GaN層，所述第二子層包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和N型摻雜的第二GaN層，所述第三子層包括N型摻雜的第三GaN層、或者包括交替層疊的非摻雜的第四GaN層和N型摻雜的第五GaN層、或者包括多層N型摻雜的第六GaN層，相鄰兩層所述第六GaN層的摻雜濃度不同。

優(yōu)選地，所述第三GaN層的摻雜濃度保持不變、先降低再升高、或者先升高再降低。

進一步地，所述第二GaN層的摻雜濃度在所述應力釋放層中最高或最低。

可選地，所述第三子層的厚度在所述應力釋放層中最大。

優(yōu)選地，所述第三子層的厚度為500～1400nm。

可選地，所述In_xGa_1-xN層和所述第二GaN層交替層疊的周期數(shù)為2～10。

另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種外延片的制備方法，所述制備方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次外延生長緩沖層、非摻雜GaN層、N型接觸層、應力釋放層、有源層、P型電子阻擋層和P型接觸層，其中，所述應力釋放層包括依次層疊在所述N型接觸層上的第一子層、第二子層和第三子層，所述第一子層為N型摻雜的第一GaN層，所述第二子層包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和N型摻雜的第二GaN層，所述第三子層包括N型摻雜的第三GaN層、或者包括交替層疊的非摻雜的第四GaN層和N型摻雜的第五GaN層、或者包括多層N型摻雜的第六GaN層，相鄰兩層所述第六GaN層的摻雜濃度不同。

進一步地，所述第三子層的厚度大于所述第一子層的厚度和所述第二子層的厚度。

優(yōu)選地，所述第二GaN層的摻雜濃度在所述應力釋放層中最高或最低。

優(yōu)選地，在所述N型接觸層上外延生長所述應力釋放層時，控制生長溫度在850～1000℃之間。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：通過在N型接觸層和有源層之間設置包括第一子層、第二子層、第三子層的應力釋放層，第二子層為包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和N型摻雜的第二GaN層的超晶格結(jié)構(gòu)，可以有效釋放底層由于晶格失配形成的應力，減小壓電極化效應，增加電子和空穴的復合機率，提高外延片的抗靜電性能和發(fā)光效率。且第一子層、第二子層、第三子層中均為N型摻雜，有利于電流的擴展，減小了應力釋放層兩側(cè)的電阻，增大了應力釋放層兩側(cè)的電容，可以將更多的電子蓄積起來，起到了更好地電子阻擋作用，減少了漏電通道，進一步提高抗靜電能力。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)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(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。

圖1是本發(fā)明實施例提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)圖；

圖2是本發(fā)明實施例提供的一種應力釋放層的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是本發(fā)明實施例提供的一種第三子層的結(jié)構(gòu)圖；

圖4是本發(fā)明實施例提供的另一種第三子層的結(jié)構(gòu)圖；

圖5是本發(fā)明實施例提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制備方法流程圖。

具體實施方式

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

本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，圖1是本發(fā)明實施例提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)圖，如圖1所示，該外延片包括依次層疊的襯底10、緩沖層20、非摻雜GaN層30、N型接觸層40、有源層60、P型電子阻擋層70和P型接觸層80，外延片還包括夾設在N型接觸層40和有源層60之間的應力釋放層50，圖2是本發(fā)明實施例提供的一種應力釋放層的結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，應力釋放層50包括依次層疊在N型接觸層40上的第一子層51、第二子層52和第三子層53，第一子層51為N型摻雜的第一GaN層，第二子層52包括交替層疊的In_xGa_1-xN層52a和N型摻雜的第二GaN層52b，第三子層53包括N型摻雜的第三GaN層、或者包括交替層疊的非摻雜的第四GaN層和N型摻雜的第五GaN層、或者包括多層N型摻雜的第六GaN層，相鄰兩層第六GaN層的摻雜濃度不同。

其中，0＜X＜1。

本發(fā)明實施例通過在N型接觸層和有源層之間設置包括第一子層、第二子層、第三子層的應力釋放層，第二子層為包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和N型摻雜的第二GaN層的超晶格結(jié)構(gòu)，可以有效釋放底層由于晶格失配形成的應力，減小壓電極化效應，增加電子和空穴的復合機率，提高外延片的抗靜電性能和發(fā)光效率。且第一子層、第二子層、第三子層中均為N型摻雜，有利于電流的擴展，減小了應力釋放層兩側(cè)的電阻，增大了應力釋放層兩側(cè)的電容，可以將更多的電子蓄積起來，起到了更好的電子阻擋作用，減少了漏電通道，進一步提高抗靜電能力。

需要說明的是，本發(fā)明中所出現(xiàn)的“第一”、“第二”、“第三”、“第四”、“第五”及“第六”等用語，僅用于對不同層的區(qū)分，并不用以對先后順序或數(shù)量的限制。

優(yōu)選地，In_xGa_1-xN層52a和第二GaN層52b交替層疊的周期數(shù)為2～10，通過增加In_xGa_1-xN層52a和第二GaN層52b交替層疊的周期數(shù)，可以使應力得到更加充分的釋放，有益于有源層60的生長，提升抗靜電能力以及電子和空穴的復合機率，優(yōu)選地，周期數(shù)可以為5層，In_xGa_1-xN層52a和第二GaN層52b的層數(shù)過多會增大外延片的電阻，使電壓偏高，而過薄則釋放應力的效果不明顯。

實現(xiàn)時，襯底10可以為藍寶石襯底，在其他實施例中，也可以選用其他材料的襯底10，例如碳化硅襯底，本發(fā)明并不以此為限。

優(yōu)選地，如圖2所示，第三子層53的厚度在應力釋放層50中最大，通過控制第一子層51、第二子層52和第三子層53的厚度，使第三子層53的厚度大于第一子層51的厚度，且大于第二子層52的厚度，從而可以逐層釋放晶格失配所產(chǎn)生的應力，同時由于第三子層53較厚，可以在生長有源層60之前阻隔已經(jīng)存在的部分晶格缺陷，有益于有源層60的生長，進一步提升抗靜電能力以及電子和空穴的復合機率。

具體地，第一子層51的厚度為d₁，第二子層52的厚度為d₂，第三子層53的厚度為d₃，其中，d₃＞d₁且d₃＞d₂，d₁可以小于、大于或等于d₂。

實現(xiàn)時，第三子層53的厚度可以為500～1400nm，第三子層53的厚度過厚會增大外延片的電阻，若厚度過薄則無法有效阻隔晶格缺陷。

優(yōu)選地，第二GaN層52b的摻雜濃度在應力釋放層50中最高或最低。

具體地，第一子層51中摻雜的濃度為C₁，第二GaN層52b中摻雜的濃度為C₂，第三子層53中摻雜的濃度為C₃，其中，C₂＞C₁且C₂＞C₃，或者，C₂＜C₁且C₂＜C₃。

進一步地，第三子層53可以為均勻摻雜或非均勻摻雜。

具體地，當?shù)谌訉?3包括N型摻雜的第三GaN層時，第三GaN層的摻雜濃度保持不變、先降低再升高、或者先升高再降低，通過控制摻雜濃度保持不變或在外延生長的方向上先逐漸升高再逐漸降低或是先逐漸降低再逐漸升高，從而可以改善電流的擴展能力，減少漏電途徑，有利于提高電子和空穴的復合機率，進一步提高了發(fā)光效率。

對采用本實施例中的外延片制成的芯片進行測試，在4000V測試條件下相比現(xiàn)有技術(shù)，抗靜電能力提高了55％，發(fā)光效率提高了12％。

本發(fā)明實施例還提供了另一種外延片，該外延片與前述外延片的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，第三子層53為多層結(jié)構(gòu)，具體地，圖3是本發(fā)明實施例提供的一種第三子層的結(jié)構(gòu)圖，如圖3所示，該第三子層53包括交替層疊的非摻雜的第四GaN層53a和N型摻雜的第五GaN層53b，多個第五GaN層53b之間的摻雜濃度可以相等也可以不相等，通過設置交替層疊結(jié)構(gòu)的第三子層53，可以進一步釋放底層由于晶格失配形成的應力，減小壓電極化效應，增加電子和空穴復合機率，從而進一步提高外延片的抗靜電性能和發(fā)光效率。

需要說明的是，雖然圖3中顯示的第四GaN層53a和第五GaN層53b各有4層，但是在實際制作過程中，第四GaN層53a和第五GaN層53b的層數(shù)可以小于4或大于4，本發(fā)明并不以此為限。

圖4是本發(fā)明實施例提供的另一種第三子層的結(jié)構(gòu)圖，如圖4所示，該第三子層53包括多層N型摻雜的第六GaN層(見圖4中的第六GaN層53c和53d)，相鄰兩層所述第六GaN層的摻雜濃度不同，通過設置多層N型摻雜的第六GaN層層疊的第三子層53，可以進一步釋放底層由于晶格失配形成的應力，減小壓電極化效應，增加電子和空穴復合機率，從而進一步提高外延片的抗靜電性能和發(fā)光效率。

需要說明的是，雖然圖4中顯示的第六GaN層有8層，但是在實際制作過程中，第六GaN層的總層數(shù)可以小于8或大于8，本發(fā)明并不以此為限。

對采用本實施例中的外延片制成的芯片進行測試，在4000V測試條件下相比現(xiàn)有技術(shù)，抗靜電能力提高了15％，發(fā)光效率提高了5％。

本發(fā)明實施例還提供了一種外延片的制備方法，圖5是本發(fā)明實施例提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制備方法流程圖，如圖5所示，該制備方法包括：

S11：提供一襯底。

本實施例中，選用藍寶石襯底。

S12：在襯底上依次外延生長緩沖層、非摻雜GaN層、N型接觸層、應力釋放層、有源層、P型電子阻擋層和P型接觸層，其中，第一子層為N型摻雜的第一GaN層，第二子層包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和N型摻雜的第二GaN層，第三子層包括N型摻雜的第三GaN層、或者包括交替層疊的非摻雜的第四GaN層和N型摻雜的第五GaN層、或者包括多層N型摻雜的第六GaN層，相鄰兩層第六GaN層的摻雜濃度不同。

本發(fā)明實施例通過在N型接觸層和有源層之間設置包括第一子層、第二子層、第三子層的應力釋放層，第二子層為包括交替層疊的In_xGa_1-xN層和N型摻雜的第二GaN層的超晶格結(jié)構(gòu)，可以有效釋放底層由于晶格失配形成的應力，減小壓電極化效應，增加電子和空穴的復合機率，提高外延片的抗靜電性能和發(fā)光效率。且第一子層、第二子層、第三子層中均為N型摻雜，有利于電流的擴展，減小了應力釋放層兩側(cè)的電阻，增大了應力釋放層兩側(cè)的電容，可以將更多的電子蓄積起來，起到了更好地電子阻擋作用，減少了漏電通道，進一步提高抗靜電能力。

實現(xiàn)時，可以采用MOCVD(Metal-organic Chemical Vapor Deposition，金屬有機化合物化學氣相沉淀)方法，以三甲基鎵或三乙基鎵作為鎵源，NH₃作為氮源，三甲基銦作為銦源，三甲基鋁作為鋁源，n型摻雜選用硅烷，P型摻雜選用二茂鎂。

需要說明的是，在其他實施例中，也可以選用其他襯底，例如碳化硅襯底，本發(fā)明并不以此為限。

優(yōu)選地，第三子層的厚度在應力釋放層中最大。

具體地，第一子層的厚度為d₁，第二子層的厚度為d₂，第三子層的厚度為d₃，其中，d₃＞d₁且d₃＞d₂，d₁可以小于、大于或等于d₂。

實現(xiàn)時，第三子層的厚度可以為500～1400nm，第三子層的厚度過厚會增大外延片的電阻，若厚度過薄則無法有效阻隔晶格缺陷。

優(yōu)選地，第二GaN層的摻雜濃度在應力釋放層中最高或最低。

具體地，第一子層中摻雜的濃度為C₁，第二GaN層中摻雜的濃度為C₂，第三子層中摻雜的濃度為C₃，其中，C₂＞C₁且C₂＞C₃，或者，C₂＜C₁且C₂＜C₃。

進一步地，第三子層可以為均勻摻雜或非均勻摻雜。

具體地，當?shù)谌訉影∟型摻雜的第三GaN層時，第三GaN層的摻雜濃度保持不變、先降低再升高、或者先升高再降低，通過控制摻雜濃度保持不變或在外延生長的方向上先逐漸升高再逐漸降低或是先逐漸降低再逐漸升高，從而可以改善電流的擴展能力，減少漏電途徑，有利于提高電子和空穴的復合機率，進一步提高了發(fā)光效率。

可選地，在N型接觸層上外延生長應力釋放層時，控制生長溫度在850～1000℃之間，溫度對外延片中晶體的生長速度以及晶體結(jié)構(gòu)都有影響。

優(yōu)選地，在N型接觸層上外延生長應力釋放層時，控制生長溫度為950℃，在該溫度下，更有利于應力釋放層的生長。

優(yōu)選地，In_xGa_1-xN層和第二GaN層交替層疊的周期數(shù)為2～10，通過增加In_xGa_1-xN層和第二GaN層交替層疊的周期數(shù)，可以使應力得到更加充分的釋放，有益于有源層的生長，提升抗靜電能力以及電子和空穴的復合機率，但是In_xGa_1-xN層和第二GaN層的層數(shù)過多會增大外延片的電阻，使電壓偏高，過薄則釋放應力的效果不明顯。

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(nèi)，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(nèi)。