[发明专利]一种发光二极管外延片及其制备方法

说明书

本发明属于半导体器件制备技术领域，涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。发光二极管外延片包括蓝宝石衬底、缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、n型电子阻挡层、应力释放层、具有新量子阱结构的发光层、p型电子阻挡层、p型氮化镓层、p型接触层。本发明创新在于设计了一种新的量子阱生长结构，通过在传统量子阱生长前后插入富铟层，减少了量子阱层铟组分的波动，在较大程度上提高了外延片的发光均匀性，进而提升了LED芯片的光效性能。

技术领域

本发明属于半导体器件制备技术领域，涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

LED(发光二极管)由于具有亮度高、能耗低、使用寿命长、发光均匀性好等优点成为国家节能领域中优先扶持对象，通过将蓝光LED芯片和荧光粉组合能发出白光而广泛应用于路灯、汽车灯、家用灯等照明领域。随着近年来LED市场产能过剩局面越来越严重，LED外延生长技术要求也越来越高。正常蓝光LED外延片包括蓝宝石衬底、缓冲层、非故意掺杂层以及n 型氮化镓层、有源发光层、p型氮化镓层等，其中发光层包括多个周期的量子阱层(In_xGa_(1-x)N)和量子垒层(GaN)，量子阱层的生长时间、In/Ga比相同。但量子阱In_xGa_(1-x)N中In组分浓度受温度影响较大，在量子阱到量子垒的升温以及p型氮化镓层生长过程中会发生铟析出现象，导致量子阱中的铟组分浓度减少，其组分减少量沿外延层生长方向逐渐增加。量子阱层中In组分浓度的差异对发光波长的均匀性及光效产生了较大的影响。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述LED外延生长过程中量子阱铟组分浓度发生变化、影响发光波长均匀性和光效这一技术难题，提出一种具有新量子阱结构的发光二极管外延片及其制备方法，外延结构包括：蓝宝石衬底、缓冲层、非故意掺杂氮化镓层、n型氮化镓层、n型电子阻挡层、应力释放层、具有新量子阱结构的发光层、p型电子阻挡层、p型氮化镓层、p型接触层。

本发明的技术方案：

一种发光二极管外延片，以蓝宝石为衬底，其表面依次为缓冲层、非故意掺杂氮化镓层和n型氮化镓层，其中n型氮化镓层，以硅烷(SiH4)为掺杂剂；在n型氮化镓层上再依次生长n型电子阻挡层和应力释放层，其中应力释放层为数个周期的In_xGa_(1-x)N/GaN超晶格层，0.1≤x≤0.4；在应力释放层上继续外延生长具有新量子阱结构的发光层、p型电子阻挡层、p型氮化镓层和p型接触层，其中新量子阱结构为InN(t1)/In_xGa_(1-x)N/InN(t2)三明治结构， t1和t2为量子阱生长时间，随着阱层个数增加而增加，0.1≤x≤0.4；p型电子阻挡层采用Al_xGa_(1-x)N体结构生长，p型电子阻挡层、p型氮化镓层和p 型接触层均采用二茂镁(Cp₂Mg)作为掺杂剂；

所述的缓冲层的厚度为10nm～50nm；

所述的非故意掺杂氮化镓层的厚度为1μm～5μm；

所述的n型氮化镓层的厚度为2μm～10μm；

所述的n型电子阻挡层的厚度为20nm～200nm；

所述的应力释放层的厚度为50nm～500nm，周期数为2～10个；

所述的新量子阱结构的发光层周期数为6～15个，每个周期包括一个量子阱层和一个量子垒层，其中量子阱层为InN(t1)/In_xGa_(1-x)N/InN(t2)三明治结构生长，0.1≤x≤0.4，t1、t2为InN层的生长时间，t1为5s～50s，t2为8～80s；量子阱层的厚度为2nm～20nm，量子垒层的厚度为4nm～40nm；

所述的p型电子阻挡层的厚度为10nm～200nm；