本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。

背景技術(shù)：

發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。作為一種高效、環(huán)保、綠色的新型固態(tài)照明光源，LED被迅速廣泛地應(yīng)用于交通信號燈、汽車內(nèi)外燈、城市景觀照明、手機(jī)背光源等。

現(xiàn)有LED的外延片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的低溫氮化鎵層、高溫氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、電子阻擋層和P型氮化鎵層。其中，應(yīng)力釋放層包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，第一子層為摻有硅的氮化鎵層，第二子層包括多層未摻雜的銦鎵氮層和多層未摻雜的氮化鎵層，多層未摻雜的銦鎵氮層和多層未摻雜的氮化鎵層交替層疊設(shè)置，第三子層為摻有硅的氮化鎵層；有源層包括多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層，多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層交替層疊設(shè)置。

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：

有源層包括多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層，第三子層為摻有硅的氮化鎵層，第三子層和有源層的組成不同，因此第三子層與有源層之間存在晶格失配，會產(chǎn)生作用于有源層的應(yīng)力。由于第三子層距離有源層最近，會對有源層造成極大的影響，同時有源層是LED中的發(fā)光層，因此第三子層與有源層之間晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力對LED的亮度和反向擊穿電壓產(chǎn)生很大的影響。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)對LED的亮度和反向擊穿電壓產(chǎn)生很大的影響的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的低溫氮化鎵層、高溫氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、電子阻擋層和P型氮化鎵層；所述應(yīng)力釋放層包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，所述第一子層為摻有硅的氮化鎵層，所述第二子層包括多層未摻雜的銦鎵氮層和多層未摻雜的氮化鎵層，所述多層未摻雜的銦鎵氮層和所述多層未摻雜的氮化鎵層交替層疊設(shè)置；所述有源層包括多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層，所述多層銦鎵氮層和所述多層氮化鎵層交替層疊設(shè)置，所述第三子層為摻雜銦和硅的氮化鎵層，所述第三子層中銦的摻雜濃度沿所述外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低。

可選地，所述第三子層中銦的摻雜濃度為所述第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/15～1/5。

可選地，所述第三子層中銦的摻雜濃度為所述有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/25～1/10。

可選地，所述有源層中的每個氮化鎵層中和所述N型氮化鎵層中均摻有硅，所述第三子層中硅的摻雜濃度小于所述N型氮化鎵層中硅的摻雜濃度，且所述第三子層中硅的摻雜濃度小于所述有源層中每個氮化鎵層中硅的摻雜濃度。

另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，所述制造方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次生長低溫氮化鎵層、高溫氮化鎵層、N型氮化鎵層、應(yīng)力釋放層、有源層、電子阻擋層和P型氮化鎵層；其中，所述應(yīng)力釋放層包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，所述第一子層為摻有硅的氮化鎵層，所述第二子層包括多層未摻雜的銦鎵氮層和多層未摻雜的氮化鎵層，所述多層未摻雜的銦鎵氮層和所述多層未摻雜的氮化鎵層交替層疊設(shè)置，所述第三子層為摻雜銦和硅的氮化鎵層，所述第三子層中銦的摻雜濃度沿所述外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低；所述有源層包括多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層，所述多層銦鎵氮層和所述多層氮化鎵層交替層疊設(shè)置。

可選地，所述第三子層的生長溫度為800～850℃。

可選地，所述第三子層的生長溫度低于所述第一子層的生長溫度，且所述第三子層的生長溫度低于所述第二子層的生長溫度。

優(yōu)選地，所述第三子層的生長速率大于所述第一子層的生長速率，且所述第三子層的生長速率大于所述第二子層的生長速率。

優(yōu)選地，所述第三子層的厚度小于所述第一子層的厚度，且所述第三子層的厚度小于所述第二子層的厚度。

可選地，所述第三子層的生長溫度高于所述有源層中每個銦鎵氮層的生長溫度。

本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過第三子層為摻雜銦和硅的氮化鎵層，與有源層中的銦鎵氮層形成直接且較優(yōu)的晶格匹配，避免由于晶格失配而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少了由此帶來的缺陷、以及缺陷引起的非輻射復(fù)合中心，大大提高了晶體質(zhì)量，最終提高了LED的亮度和反向擊穿電壓。而且第三子層中銦的摻雜濃度沿外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低，第三子層中銦的摻雜濃度是逐漸過渡的，可以盡可能減少In作為雜質(zhì)摻雜在第三子層中對第三子層結(jié)構(gòu)所造成的不良影響，如帶來晶格畸變，進(jìn)而影響到LED的亮度和反向擊穿電壓的提高。

附圖說明

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。

圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實(shí)施例一提供的應(yīng)力釋放層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

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。

實(shí)施例一

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，參見圖1，該外延片包括襯底1、以及依次層疊在襯底1上的低溫氮化鎵層2、高溫氮化鎵層3、N型氮化鎵層4、應(yīng)力釋放層5、有源層6、電子阻擋層7和P型氮化鎵層8。

在本實(shí)施例中，參見圖2，應(yīng)力釋放層5包括依次層疊的第一子層51、第二子層52和第三子層53，第一子層51為摻有硅的氮化鎵層，第二子層52包括多層未摻雜的銦鎵氮層52a和多層未摻雜的氮化鎵層52b，多層未摻雜的銦鎵氮層52a和多層未摻雜的氮化鎵層52b交替層疊設(shè)置，第三子層53為摻雜銦和硅的氮化鎵層，第三子層53中銦的摻雜濃度沿外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低。有源層包括多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層，多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層交替層疊設(shè)置。

通過第三子層為摻雜銦和硅的氮化鎵層，與有源層中的銦鎵氮層形成直接且較優(yōu)的晶格匹配，避免由于晶格失配而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少了由此帶來的缺陷、以及缺陷引起的非輻射復(fù)合中心，大大提高了晶體質(zhì)量，最終提高了LED的亮度和反向擊穿電壓。而且第三子層中銦的摻雜濃度沿外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低，第三子層中銦的摻雜濃度是逐漸過渡的，可以盡可能減少In作為雜質(zhì)摻雜在第三子層中對第三子層結(jié)構(gòu)所造成的不良影響，如帶來晶格畸變，進(jìn)而影響到LED的亮度和反向擊穿電壓的提高。

在具體實(shí)現(xiàn)中，可以通過溫度的變化或者In的流量變化實(shí)現(xiàn)In摻雜濃度的變化。

可選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/15～1/5。當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度小于第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/15時，會因?yàn)閾诫s濃度較低而起不到晶格匹配的效果；當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度大于第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/5時，會因?yàn)閾诫s濃度較高而造成摻雜雜質(zhì)較多，引起缺陷產(chǎn)生。

優(yōu)選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/10～1/5，既能保證達(dá)到晶格匹配的效果，也不會因?yàn)閾诫s雜質(zhì)較多而影響整體的晶體質(zhì)量。

可選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/25～1/10。當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度小于有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/25時，會因?yàn)閾诫s濃度較低而起不到晶格匹配的效果；當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度大于有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/10時，會因?yàn)閾诫s濃度較高而造成摻雜雜質(zhì)較多，引起缺陷產(chǎn)生。

優(yōu)選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/20～1/10，既能保證達(dá)到晶格匹配的效果，也不會因?yàn)閾诫s雜質(zhì)較多而影響整體的晶體質(zhì)量。

可選地，有源層中的每個氮化鎵層中和N型氮化鎵層中均摻有硅，第三子層中硅的摻雜濃度可以小于N型氮化鎵層中硅的摻雜濃度，且第三子層中硅的摻雜濃度可以小于有源層中每個氮化鎵層中硅的摻雜濃度。

需要說明的是，由于第三子層為電子儲存層，因此第三子層中摻有硅；同時第三子層距離有源層最近，為了減少摻雜雜質(zhì)帶來的缺陷，因此第三子層中會采用較低的硅摻雜量，通常第三子層中硅的摻雜濃度小于N型氮化鎵層和有源層中的氮化鎵層。

另外，第三子層中銦的摻雜濃度是指第三子層中銦的平均摻雜濃度，如第三子層中銦的摻雜濃度沿外延片的層疊方向從A逐漸升高到A+B，則第三子層中銦的摻雜濃度為A+B/2，A＞0，B＞0。第二子層中每個銦鎵氮層中銦的摻雜濃度相同，有源層中每個銦鎵氮層中銦的摻雜濃度相同。

實(shí)施例二

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，適用于實(shí)施例一提供的外延片的制造。在本實(shí)施例中，采用Veeco K465i or C4金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，簡稱：MOCVD)設(shè)備實(shí)現(xiàn)LED外延片的制造。采用高純氫氣(H₂)或高純氮?dú)?N₂)或高純H₂和高純N₂的混合氣體作為載氣，高純NH₃作為氮源，三甲基鎵(TMGa)及三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，硅烷(SiH4)作為N型摻雜劑，二茂鎂(CP₂Mg)作為P型摻雜劑。反應(yīng)室壓力控制在100～600torr。

具體地，參見圖3，該生長方法包括：

步驟200：提供一襯底。

在本實(shí)施例中，襯底為藍(lán)寶石。

步驟201：對襯底進(jìn)行預(yù)處理。

具體地，該步驟201可以包括：

在氫氣氣氛下，高溫處理襯底5～6min。

其中，反應(yīng)室溫度可以為1000～1100℃，反應(yīng)室壓力可以控制在200～500torr。

步驟202：在襯底上生長低溫緩沖層。

在本實(shí)施例中，低溫緩沖層為氮化鎵層，厚度可以為15～30nm。生長低溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度可以為530～560℃，反應(yīng)室壓力可以控制在200～500torr。

具體地，低溫緩沖層生長在藍(lán)寶石的[0001]面上。

步驟203：在低溫緩沖層上生長高溫緩沖層。

在本實(shí)施例中，高溫緩沖層為不摻雜的氮化鎵層，厚度可以為2～3.5μm。生長高溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度可以為1000～1100℃，反應(yīng)室壓力可以控制在200～600torr。

步驟204：在高溫緩沖層上生長N型氮化鎵層。

在本實(shí)施例中，N型氮化鎵層中摻有硅，厚度可以為2～3μm。生長N型氮化鎵層時，反應(yīng)室溫度可以為1000～1100℃，反應(yīng)室壓力可以控制在200～300torr。

步驟205：在N型氮化鎵層上生長應(yīng)力釋放層。

在本實(shí)施例中，應(yīng)力釋放層包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，第一子層為摻有硅的氮化鎵層，第二子層包括多層未摻雜的銦鎵氮層和多層未摻雜的氮化鎵層，多層未摻雜的銦鎵氮層和多層未摻雜的氮化鎵層交替層疊設(shè)置，第三子層為摻雜銦和硅的氮化鎵層，第三子層中銦的摻雜濃度沿外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低。

可選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/15～1/5。當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度小于第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/15時，會因?yàn)閾诫s濃度較低而起不到晶格匹配的效果；當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度大于第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/5時，會因?yàn)閾诫s濃度較高而造成摻雜雜質(zhì)較多，引起缺陷產(chǎn)生。

優(yōu)選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為第二子層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/10～1/5，既能保證達(dá)到晶格匹配的效果，也不會因?yàn)閾诫s雜質(zhì)較多而影響整體的晶體質(zhì)量。

可選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/25～1/10。當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度小于有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/25時，會因?yàn)閾诫s濃度較低而起不到晶格匹配的效果；當(dāng)?shù)谌訉又秀煹膿诫s濃度大于有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/10時，會因?yàn)閾诫s濃度較高而造成摻雜雜質(zhì)較多，引起缺陷產(chǎn)生。

優(yōu)選地，第三子層中銦的摻雜濃度可以為有源層中每個銦鎵氮層中的銦的摻雜濃度的1/20～1/10，既能保證達(dá)到晶格匹配的效果，也不會因?yàn)閾诫s雜質(zhì)較多而影響整體的晶體質(zhì)量。

可選地，有源層中的每個氮化鎵層中和N型氮化鎵層中均摻有硅，第三子層中硅的摻雜濃度可以小于N型氮化鎵層中硅的摻雜濃度，且第三子層中硅的摻雜濃度可以小于有源層中每個氮化鎵層中硅的摻雜濃度。

需要說明的是，由于第三子層為電子儲存層，因此第三子層中摻有硅；同時第三子層距離有源層最近，為了減少摻雜雜質(zhì)帶來的缺陷，因此第三子層中會采用較低的硅摻雜量，通常第三子層中硅的摻雜濃度小于N型氮化鎵層和有源層中的氮化鎵層。

可選地，第三子層的生長溫度可以為800～850℃。當(dāng)?shù)谌訉拥纳L溫度低于800℃時，會因?yàn)闇囟忍投绊懻w的晶體質(zhì)量；當(dāng)?shù)谌訉拥纳L溫度高于850℃時，對有源層中銦鎵氮層的破壞比較大；當(dāng)?shù)谌訉拥纳L溫度為800～850℃時，既可保證整體的晶體質(zhì)量，又可減少對對有源層中銦鎵氮層的破壞。

可選地，第一子層的生長溫度可以為830～900℃，第二子層的生長溫度可以為830～900℃。當(dāng)?shù)谝蛔訉雍偷诙訉又兄辽僖粋€的生長溫度低于830℃，會影響晶體質(zhì)量；當(dāng)?shù)谝蛔訉雍偷诙訉又兄辽僖粋€的生長溫度高于900℃時，會對有源層中銦鎵氮層造成破壞；當(dāng)?shù)谝蛔訉拥纳L溫度為830～900℃，且第二子層的生長溫度為830～900℃時，既可保證整體的晶體質(zhì)量，又可減少對對有源層中銦鎵氮層的破壞。

可選地，第三子層的生長溫度可以低于第一子層的生長溫度，且第三子層的生長溫度可以低于第二子層的生長溫度，以減少對有源層中銦鎵氮層的破壞。

優(yōu)選地，第三子層的生長速率可以大于第一子層的生長速率，且第三子層的生長速率可以大于第二子層的生長速率，采用較快的生長速率減少生長時間，在一定程度上彌補(bǔ)第三子層的生長溫度較低帶來的晶體質(zhì)量差的影響。若第三子層的生長速率小于第一子層和第二子層，加上第三子層的生長溫度較低，生長速率較慢勢必會造成晶體質(zhì)量的降低。

優(yōu)選地，第三子層的厚度可以小于第一子層的厚度，且第三子層的厚度可以小于第二子層的厚度。若第三子層的厚度大于第一子層和第二子層，加上第三子層的生長溫度較低，厚度大勢必會造成晶體質(zhì)量的降低。

可選地，第三子層的生長溫度可以高于有源層中每個銦鎵氮層的生長溫度。

步驟206：在應(yīng)力釋放層上生長有源層。

在本實(shí)施例中，有源層包括多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層，多層銦鎵氮層和多層氮化鎵層交替層疊設(shè)置。其中，銦鎵氮層的厚度為2～3nm，氮化鎵層的厚度為8～11nm。銦鎵氮層和氮化鎵層的層數(shù)相同，氮化鎵層的層數(shù)為11～13層，有源層的厚度為130～160nm。

具體地，生長有源層時，反應(yīng)室壓力控制在200torr。生長銦鎵氮層時，反應(yīng)室溫度為760～780℃。生長氮化鎵層時，反應(yīng)室溫度為860～890℃。

步驟207：在有源層上生長電子阻擋層。

在本實(shí)施例中，電子阻擋層為摻雜鎂的鋁鎵氮(AlGaN)層。其中，鋁鎵氮層為Al_yGa_1-yN層，0.15≤y≤0.25，厚度可以為30～50nm。生長電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度可以為930～970℃，反應(yīng)室壓力可以控制在100torr。

步驟208：在電子阻擋層上生長P型氮化鎵層。

在本實(shí)施例中，P型氮化鎵層為摻雜高于設(shè)定濃度鎂的氮化鎵層，厚度可以為50～80nm。生長P型氮化鎵層時，反應(yīng)室溫度可以為940～980℃，反應(yīng)室壓力可以控制在200～600torr。

步驟209：活化P型氮化鎵層。

具體地，該步驟209可以包括：

在氮?dú)鈿夥障?，持續(xù)處理P型氮化鎵層20～30min。其中，反應(yīng)室溫度可以為650～750℃。

需要說明的是，活化P型氮化鎵層主要是P型氮化鎵層中摻雜的鎂，使鎂活化后產(chǎn)生更多的空穴，避免由于不活化而導(dǎo)致歐姆接觸差，引起芯片亮度低和電壓高的情況。

下面分別對第一樣品和第二樣品在相同的工藝條件下鍍110nm的氧化銦錫金屬氧化物(英文：Indium Tin Oxides，簡稱：ITO)層，120nm的Cr/Pt/Au電極和40nm的SiO₂保護(hù)層，并分別將處理后的第一樣品和第二樣品研磨切割成305μm*635μm(12mi*25mil)的芯粒和229μm*559μm(9mi*22mil)的芯粒。其中，第一樣品是采用傳統(tǒng)的發(fā)光二極管外延片的制造方法得到的，第二樣品是采用本實(shí)施例提供的發(fā)光二極管外延片的制造方法得到的。

接著在處理后的第一樣品和第二樣品的相同位置各自挑選300顆晶粒，在相同的工藝條件下，封裝成白光LED。采用積分球分別在驅(qū)動電流150mA和120mA條件下測試來自于第一樣品的晶粒和來自于第二樣品的晶粒的光電性能。

結(jié)果顯示，來自于第二樣品的晶粒與比來自于第一樣品的晶粒相比，光強(qiáng)分別在150mA和120mA驅(qū)動電流下有明顯提高，反向擊穿電壓也大大提高，說明本實(shí)施例提供的制造方法制造的外延片的晶體質(zhì)量較好。

本發(fā)明實(shí)施例通過第三子層為摻雜銦和硅的氮化鎵層，與有源層中的銦鎵氮層形成直接且較優(yōu)的晶格匹配，避免由于晶格失配而產(chǎn)生的應(yīng)力，減少了由此帶來的缺陷、以及缺陷引起的非輻射復(fù)合中心，大大提高了晶體質(zhì)量，最終提高了LED的亮度和反向擊穿電壓。而且第三子層中銦的摻雜濃度沿外延片的層疊方向逐漸升高或者逐漸降低，第三子層中銦的摻雜濃度是逐漸過渡的，可以盡可能減少In作為雜質(zhì)摻雜在第三子層中對第三子層結(jié)構(gòu)所造成的不良影響，如帶來晶格畸變，進(jìn)而影響到LED的亮度和反向擊穿電壓的提高。

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)。