[发明专利]一种发光二极管外延片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)芯片是一种可以直接把电转化为光的固态半导体器件，其包括外延片和在外延片上制作的电极。

现有的外延片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的氮化铝缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层。其中，多量子阱层包括多个量子阱层和多个量子垒层，多个量子阱层和多个量子垒层交替层叠，量子阱层为铟镓氮层，量子垒层为氮化镓层。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

蓝宝石的晶格常数远大于氮化镓的晶格常数，蓝宝石衬底和氮化镓材料之间会产生严重的晶格失配，形成较高的位错密度，影响晶体质量。虽然氮化铝缓冲层具有一定的缓解能力，但晶体质量还是较差。

发明内容

为了解决现有技术晶体质量差的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层，所述缓冲层包括至少一个具有粗化结构的子层，所述子层包括依次层叠的铝层、氮化铝层和铝镓氮层。

可选地，所述子层的数量为2个～10个，各个所述子层依次层叠在所述衬底上。

可选地，所述铝层的厚度为5nm～30nm。

可选地，所述氮化铝层的厚度为5nm～30nm。

可选地，所述铝镓氮层的厚度为5nm～30nm。

另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次形成缓冲层、非掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层和P型氮化镓层，所述缓冲层包括至少一个具有粗化结构的子层，所述子层包括依次层叠的铝层、氮化铝层和铝镓氮层。

可选地，所述子层的形成过程包括：

在纯氢气气氛下通入三甲基铝，三甲基铝高温裂解后在衬底上形成具有粗化结构的铝层；

停止通入三甲基铝，对所述铝层进行高温处理；

通入氨气对所述铝层的表面进行氮化，形成具有粗化结构的氮化铝层；

停止通入氨气，对所述氮化铝层进行高温处理；

通入三甲基铝、氮气和三甲基镓，在所述氮化铝层上沉积铝镓氮材料，形成具有粗化结构的铝镓氮层。

可选地，所述子层的形成过程包括：

在纯氢气气氛下通入三甲基铝，三甲基铝高温裂解后在衬底上形成具有粗化结构的铝层；

停止通入三甲基铝，对所述铝层进行高温处理；

通入三甲基铝和氨气，在所述铝层上沉积氮化铝材料，形成具有粗化结构的氮化铝层；

停止通入氨气，对所述氮化铝层进行高温处理；

通入三甲基铝、氮气和三甲基镓，在所述氮化铝层上沉积铝镓氮材料，形成具有粗化结构的铝镓氮层。

可选地，所述子层的生长温度为600℃～1000℃。

可选地，所述子层的生长压力为300mbar～500mbar。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过将缓冲层设计为包括至少一个具有粗化结构的子层，子层包括依次层叠的铝层、氮化铝层和铝镓氮层，可以逐步缓解蓝宝石衬底和氮化镓材料之间的晶格失配，缓解能力比氮化铝缓冲层高，位错密度降低，外延缺陷减少，晶体质量提高。而且子层具有粗化结构，可以进一步减少外延缺陷，提高晶体质量。另外，铝层、氮化铝层、铝镓氮层和氮化镓层的折射率各不相同，射向蓝宝石衬底的光线会在交界面进行多次折射，加上铝层具有较高的反射能力，可以将射向蓝宝石衬底的光反射，增加外延片正向出光效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；

图2是本发明实施例一提供的缓冲层的结构示意图；

图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制备方法的流程图；