一種發(fā)光二極管外延片及其生長方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管外延片及其生長方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述發(fā)光二極管外延片包括藍寶石襯底、低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、缺陷阻擋層、有源層、電子阻擋層、P型層，缺陷阻擋層包括第一子層和第二子層，第一子層包括交替層疊的第一AlGaN層和GaN層，第二子層包括交替層疊的第二AlGaN層和第三AlGaN層；第一AlGaN層中的Al含量沿所述發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，第二AlGaN層中的Al含量和第三AlGaN層中的Al含量均保持不變，且第二AlGaN層中的Al含量與第三AlGaN層中的Al含量不同且均小于第一AlGaN層中的Al含量。本發(fā)明對缺陷的延伸具有阻擋作用。
【專利說明】
一種發(fā)光二極管外延片及其生長方法
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生長方法。
【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。LED作為一種高效、環(huán)保、綠色的新型固態(tài)照明光源，正在被迅速廣泛地應(yīng)用在如交通信號燈、汽車內(nèi)外燈、城市景觀照明、手機背光源等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的LED外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在藍寶石襯底上的低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、P型層。其中，N型層和P型層均為GaN層，有源層包括交替層疊的InGaN層和GaN層。
[0004]在實現(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]藍寶石和GaN之間存在晶格失配，晶格失配所造成的缺陷沿LED的生長方向延伸到有源層，影響有源層中電子和空穴的復(fù)合發(fā)光和造成漏電，降低LED的功能性和可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片及其生長方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述發(fā)光二極管外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在所述藍寶石襯底上的低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、電子阻擋層、P型層，所述發(fā)光二極管外延片還包括層疊在所述N型層和所述有源層之間的缺陷阻擋層，所述缺陷阻擋層包括依次層疊在所述N型層上的第一子層和第二子層，所述第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，所述第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層;所述第一 AlGaN層中的Al含量沿所述發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，所述第二 AlGaN層中的Al含量和所述第三AlGaN層中的Al含量均保持不變，且所述第二AlGaN層中的Al含量與所述第三AlGaN層中的Al含量不同，所述第二AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量，所述第三AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量;所述第一子層中和所述第二子層中均摻雜有Si，所述第一子層中Si的摻雜濃度小于所述第二子層中Si的摻雜濃度;所述第一 AlGaN層的生長壓力、所述第二 AlGaN層的生長壓力、所述第三AlGaN層的生長壓力均小于所述GaN層的生長壓力；所述第一子層的生長速率小于所述第二子層的生長速率，所述第一子層的生長溫度小于所述第二子層的生長溫度;所述第一子層的厚度大于所述第二子層的厚度。
[0008]可選地，所述第一子層中的Al含量不大于所述第二子層中的Al含量的兩倍。
[0009]可選地，所述第一子層中Si的摻雜濃度為所述第二子層中Si的摻雜濃度的0.2?
0.5倍。
[0010]可選地，所述第一AlGaN層的生長壓力為50?150torr，所述第二 AlGaN層的生長壓力為50?150torr，所述第三AlGaN層的生長壓力為50?150torr，所述GaN層的生長壓力為200?350torr。
[0011]可選地，所述第一子層的生長溫度為1040?1060°C，所述第二子層的生長溫度為1060?1090。。。
[0012]可選地，所述第一子層的厚度為100?300埃，所述第二子層的厚度為50?200埃。
[0013]可選地，所述第一子層的生長速率為所述第二子層的生長速率的0.4?0.8倍。
[0014]另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，所述生長方法包括:
[0015]在藍寶石襯底上生長低溫緩沖層；
[0016]在所述低溫緩沖層上生長高溫緩沖層；
[0017]在所述高溫緩沖層上生長N型層；
[0018]在所述N型層上生長缺陷阻擋層；
[0019]在所述缺陷阻擋層上生長有源層；
[0020]在所述有源層上生長電子阻擋層；
[0021 ]在所述電子阻擋層上生長P型層；
[0022]其中，所述缺陷阻擋層包括依次層疊在所述N型層上的第一子層和第二子層，所述第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，所述第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層;所述第一 AlGaN層中的Al含量沿所述發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，所述第二 AlGaN層中的Al含量和所述第三AlGaN層中的Al含量均保持不變，且所述第二AlGaN層中的Al含量與所述第三AlGaN層中的Al含量不同，所述第二AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量，所述第三AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量;所述第一子層中和所述第二子層中均摻雜有Si，所述第一子層中Si的摻雜濃度小于所述第二子層中Si的摻雜濃度;所述第一 AlGaN層的生長壓力、所述第二 AlGaN層的生長壓力、所述第三AlGaN層的生長壓力均小于所述GaN層的生長壓力；所述第一子層的生長速率小于所述第二子層的生長速率，所述第一子層的生長溫度小于所述第二子層的生長溫度;所述第一子層的厚度大于所述第二子層的厚度。
[0023]可選地，所述第一子層中的Al含量不大于所述第二子層中的Al含量的兩倍。
[0024]可選地，所述第一子層中Si的摻雜濃度為所述第二子層中Si的摻雜濃度的0.2?
0.5倍。
[0025]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0026]通過在N型層和有源層之間設(shè)置缺陷阻擋層，缺陷阻擋層包括依次層疊N型層上的第一子層和第二子層，第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，利用Al材料的特性減少長晶的錯位和裂縫，使后續(xù)生長的GaN完整性較好，對缺陷的延伸具有阻擋作用；同時第一 AlGaN層中的Al含量沿LED外延片的生長方向逐漸變化，避免Al作為一種雜質(zhì)影響GaN的結(jié)晶完整性;第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層，第二 AlGaN層中的Al含量與第三AlGaN層中的Al含量不同，由于Al的能階較高，因此可以階梯式地提高能階并增加阻抗，讓電流能有效擴散。第一子層中Si的摻雜濃度小于第二子層中Si的摻雜濃度，更有利于電子的擴展，使電子更好的分布在有源層中。而且第一子層的厚度大于第二子層，對缺陷的延伸具有良好的阻斷作用，有利于長晶。第一子層的生長溫度小于第二子層的生長溫度，與第一子層的生長速率小于第二子層的生長速率配合，也有利于后續(xù)的GaN結(jié)晶。另外，由于Al原子的半徑比Ga原子的半徑小，表面擴散長度很小，在生長過程中的寄生反應(yīng)更嚴重，AlGaN層的生長壓力小于GaN層的生長壓力可以盡量減少TMAl與NH3之間強烈的寄生反應(yīng)。
【附圖說明】
[0027]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。
[0028]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種發(fā)光二極管外延片的生長方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]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。
[0031 ] 實施例一
[0032]本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，參見圖1，該發(fā)光二極管外延片包括藍寶石襯底1、以及依次層疊在藍寶石襯底I上的低溫緩沖層2、高溫緩沖層3、N型層4、缺陷阻擋層5、有源層6、電子阻擋層7、P型層8。
[0033]在本實施例中，缺陷阻擋層5包括依次層疊在N型層4上的第一子層51和第二子層52，第一子層51包括交替層疊的第一 AlGaN層51a和GaN層51b，第二子層52包括交替層疊的第二 AlGaN層52a和第三AlGaN層52b。第一 AlGaN層51a中的Al含量沿發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，第二 AlGaN層52a中的Al含量和第三AlGaN層52b中的Al含量均保持不變，且第二AlGaN層52a中的Al含量與第三AlGaN層52b中的Al含量不同，第二AlGaN層52a中的Al含量小于第一 AlGaN層51a中的Al含量，第三AlGaN層52b中的Al含量小于第一 AlGaN層51a中的Al含量。第一子層51中和第二子層52中均摻雜有Si，第一子層51中Si的摻雜濃度小于第二子層52中Si的摻雜濃度。第一 AlGaN層51a的生長壓力、第二 AlGaN層52a的生長壓力、第三AlGaN層52b的生長壓力均小于GaN層51b的生長壓力。第一子層51的生長速率小于第二子層52的生長速率，第一子層51的生長溫度小于第二子層52的生長溫度。第一子層51的厚度大于第二子層52的厚度。
[0034]具體地，第一AlGaN層51a中的Al含量可以沿發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸增加，也可以沿發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸減少，兩者都可以起到有效阻擋缺陷和保證晶體質(zhì)量的目的。第二 AlGaN層52a中的Al含量可以大于第三AlGaN層52b中的Al含量，也可以小于第三AlGaN層52b中的Al含量，兩者都可以階梯能階和雙重有效擴散電子的作用。
[0035]可選地，第一子層51中的Al含量可以不大于第二子層52中的Al含量的兩倍。若大于兩倍，則會因為能階太高，電子濃度較低，從而影響電子的擴散，也會因為Al摻雜濃度較高而影響晶體質(zhì)量。另外，若第一子層51中的Al含量小于第二子層52中的Al含量，則起不到雙重階梯能階的作用，阻擋底層缺陷的能力也會降低。
[0036]可選地，第一子層51中Si的摻雜濃度可以為第二子層52中Si的摻雜濃度的0.2?0.5倍。若小于0.2倍，則會由于Si摻濃度太低而起不到擴散電流的目的;若大于0.5倍，則會由于摻雜濃度較大而使得晶體質(zhì)量變差。
[0037]優(yōu)選地，第一子層51中Si的摻雜濃度可以為第二子層52中Si的摻雜濃度的0.3?
0.5倍。實驗證明，第一子層51中Si的摻雜濃度為第二子層52中Si的摻雜濃度的0.3?0.5倍時，可以保證電流擴散和較優(yōu)的晶體質(zhì)量。
[0038]可選地，第一 AlGaN層51a的生長壓力可以為50?150torr，第二 AlGaN層52a的生長壓力可以為50?150torr，第三AlGaN層52b的生長壓力可以為50?150torr。若AlGaN層的生長壓力低于50torr，則會由于壓力太低而影響NH3的裂解效率，導(dǎo)致厚度偏薄，得不到理想的缺陷阻擋層;若AlGaN層的生長壓力大于150torr，則會加重TMAl和NH3的預(yù)反應(yīng)，同樣得不到理想的缺陷阻擋層。
[0039]優(yōu)選地，第一 AlGaN層51a的生長壓力可以為60?10torr，第二 AlGaN層52a的生長壓力可以為60?10torr，第三AlGaN層52b的生長壓力可以為60?10torr。實驗證明，AlGaN層的生長壓力為60?I OOtorr時，可得到理想的缺陷阻擋層。
[0040]可選地，GaN層5 Ib的生長壓力可以為200?350torr。若GaN層5 Ib的生長壓力小于200torr，則會降低NH3的裂解效率而增加NH3的用量;若GaN層51b的生長壓力大于350torr，則會增加與AlGaN層的低壓切換時間而增加生長時間，進而增加成本、影響產(chǎn)出。
[0041 ] 優(yōu)選地，GaN層51b的生長壓力可以為200?250torr。實驗證明，GaN層51b的生長壓力為200?250torr時，既可以保證NH3的裂解效率和用量，又不會增加生長時間。
[0042]可選地，第一子層51的生長溫度可以為1040?1060°C。若第一子層51的生長溫度低于1040°C，則會因為溫度太低而影響第一子層51的晶體質(zhì)量;若第一子層51的生長溫度高于1060°C，雖然會提高長晶質(zhì)量，但會因為溫度太高而提高NH3的裂解效率，進而加重TMAl和NH3的預(yù)反應(yīng)。
[0043]優(yōu)選地，第一子層51的生長溫度可以為1050?1060°C。實驗證明，第一子層51的生長溫度為1050?1060°C時，既可以保證長晶質(zhì)量，也不會加重TMAl和NH3的預(yù)反應(yīng)。
[0044]可選地，第二子層52的生長溫度可以為1060?1090°C。若第二子層52的生長溫度低于1060°C，則會因為生長速率太快，溫度又不夠高，而導(dǎo)致晶體質(zhì)量變差;若第二子層52的生長溫度高于1090°C，雖然可以大大提高長晶質(zhì)量，但是會加重TMAl和NH3的預(yù)反應(yīng)。
[0045]優(yōu)選地，第二子層52的生長溫度可以為1060?1080°C。實驗證明，第二子層52的生長溫度為1060?1080°C時，既可起到彌補生長速率太快帶來的副作用，又不會嚴重影響到TMAl和NH3的預(yù)反應(yīng)。
[0046]可選地，第一子層51的厚度可以為100?300埃。若第一子層51的厚度小于100埃，則會由于厚度太薄而起不到阻擋缺陷的目的;若第一子層51的厚度大于300埃，則會由于厚度較厚而影響電子的擴散。
[0047]優(yōu)選地，第一子層51的厚度可以為150?250埃。實驗證明，第一子層51的厚度為150?250埃時，既可起到阻擋缺陷，又可保證電子的有效擴散。
[0048]可選地，第二子層52的厚度可以為50?200埃。若第二子層52的厚度小于50埃，則會由于厚度偏薄而達不到形成階梯的能階;若第二子層52的厚度大于200埃，則會因為太厚影響電子的有效擴散。
[0049]優(yōu)選地，第二子層52的厚度可以為100?150埃。實驗證明，第二子層52的厚度為100?150埃時，既可形成階梯能階，又能更好的擴散電子。
[0050]可選地，第一子層51的生長速率可以為第二子層52的生長速率的0.4?0.8倍。若小于0.4倍，則會由于速度太慢，第一子層51的生長溫度較低，從而引入不必要的缺陷;若大于0.8倍，則會由于生長速率較快，第一子層51的生長溫度較低，同樣會影響晶體質(zhì)量。
[0051]優(yōu)選地，第一子層51的生長速率可以為第二子層52的生長速率的0.5?0.6倍。實驗證明，第一子層51的生長速率為第二子層的生長速率的0.5?0.6倍時，可保證溫度和生長速率的配合。
[0052]需要說明的是，低溫緩沖層2可以為GaN層，低溫緩沖層2的厚度可以為15?30nm。高溫緩沖層3可以為未摻雜的GaN層，高溫緩沖層3的厚度可以為2?3.5μηι C3N型層4可以為摻Si的GaN層，N型層4的厚度可以為2?3μπι。有源層6可以包括交替生長的InGaN阱層和GaN皇層。其中，InGaN層的厚度可以為2?3nm，GaN層的厚度可以為8?I lnm; InGaN層的層數(shù)可以為11?13層，GaN層的層數(shù)可以為11?13層;有源層6的厚度可以為130?160nm。電子阻擋層7可以為摻Mg的AlyGaiyN層，0.15<y <0.25,電子阻擋層7的厚度可以為30?SOnmt3P型層8可以為摻Mg的GaN層，P型層8的厚度可以為50?80nm。
[0053]本發(fā)明實施例通過在N型層和有源層之間設(shè)置缺陷阻擋層，缺陷阻擋層包括依次層疊N型層上的第一子層和第二子層，第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，利用Al材料的特性減少長晶的錯位和裂縫，使后續(xù)生長的GaN完整性較好，對缺陷的延伸具有阻擋作用；同時第一AlGaN層中的Al含量沿LED外延片的生長方向逐漸變化，避免Al作為一種雜質(zhì)影響GaN的結(jié)晶完整性;第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層，第二AlGaN層中的Al含量與第三AlGaN層中的Al含量不同，由于Al的能階較高，因此可以階梯式地提高能階并增加阻抗，讓電流能有效擴散。第一子層中Si的摻雜濃度小于第二子層中Si的摻雜濃度，更有利于電子的擴展，使電子更好的分布在有源層中。而且第一子層的厚度大于第二子層，對缺陷的延伸具有良好的阻斷作用，有利于長晶。第一子層的生長溫度小于第二子層的生長溫度，與第一子層的生長速率小于第二子層的生長速率配合，也有利于后續(xù)的GaN結(jié)晶。另外，由于Al原子的半徑比Ga原子的半徑小，表面擴散長度很小，在生長過程中的寄生反應(yīng)更嚴重，AlGaN層的生長壓力小于GaN層的生長壓力可以盡量減少TMAl與NH3之間強烈的寄生反應(yīng)。
[0054]實施例二
[0055]本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，適用于生長實施例一提供的發(fā)光二極管外延片，參見圖2，該生長方法包括:
[0056]步驟200:對藍寶石襯底進行預(yù)處理。
[0057]具體地，該步驟200可以包括:
[0058]在氫氣氣氛下，高溫處理襯底5?6min。
[0059]其中，反應(yīng)室溫度為1000?IlOOcC，反應(yīng)室壓力控制在200?500torr。
[0060]在本實施例中，米用VeecoK465i or C4M0CVD(Metal Organic Chemical VaporDepos it 1n，金屬有機化合物化學(xué)氣相沉淀)設(shè)備實現(xiàn)LED外延片的生長方法。采用高純H2(氫氣)、高純N2(氮氣)、高純H2和高純犯的混合氣體中的一種作為載氣，高純NH3作為咐原，三甲基鎵(TMGa)及三乙基鎵(TEGa)作為鎵源，三甲基銦(TMIn)作為銦源，硅烷(SiH4)作為N型摻雜劑，三甲基鋁(TMAl)作為鋁源，二茂鎂(CP2Mg)作為P型摻雜劑。反應(yīng)室壓力為100-600torro
[0061 ]步驟201:在藍寶石襯底上生長低溫緩沖層。
[0062]具體地，低溫緩沖層生長在藍寶石的
[0001]面上。
[0063]在本實施例中，低溫緩沖層可以為GaN層，厚度為15?30nm。生長低溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度為530?560°C，反應(yīng)室壓力控制在200?500torr。
[0064]步驟202:在低溫緩沖層上生長高溫緩沖層。
[0065]在本實施例中，高溫緩沖層可以為不摻雜的GaN層，厚度為2_3.5um。生長高溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度為1000-1100°c，反應(yīng)室壓力控制在200-600torr。
[0066]步驟203:在高溫緩沖層上生長N型層。
[0067]在本實施例中，N型層可以為摻Si的GaN層，厚度為2_3um。生長N型層時，反應(yīng)室溫度為1000-1100°C，反應(yīng)室壓力控制在200-300torr。
[0068]步驟204:在N型層上生長缺陷阻擋層。
[0069]在本實施例中，缺陷阻擋層包括依次層疊在N型層上的第一子層和第二子層，第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層。第一 AlGaN層中的Al含量沿發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，第二 AlGaN層中的Al含量和第三AlGaN層中的Al含量均保持不變，且第二AlGaN層中的Al含量與第三AlGaN層中的Al含量不同，第二AlGaN層中的Al含量小于第一AlGaN層中的Al含量，第三AlGaN層中的Al含量小于第一 AlGaN層中的Al含量。第一子層中和第二子層中均摻雜有Si，第一子層中Si的摻雜濃度小于第二子層中Si的摻雜濃度。第一 AlGaN層的生長壓力、第二AlGaN層的生長壓力、第三AlGaN層的生長壓力均小于GaN層的生長壓力。第一子層的生長速率小于第二子層的生長速率，第一子層的生長溫度小于第二子層的生長溫度。第一子層的厚度大于第二子層的厚度。
[0070]具體地，第一AlGaN層中的Al含量可以沿發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸增加，也可以沿發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸減少。第二 AlGaN層中的Al含量可以大于第三AlGaN層中的Al含量，也可以小于第三AlGaN層中的Al含量。
[0071]可選地，第一子層中的Al含量可以不大于第二子層中的Al含量的兩倍。
[0072]可選地，第一子層中Si的摻雜濃度可以為第二子層中Si的摻雜濃度的0.2?0.5倍。
[0073]優(yōu)選地，第一子層中Si的摻雜濃度可以為第二子層中Si的摻雜濃度的0.3?0.5倍。
[0074]可選地，第一AlGaN層的生長壓力可以為50?150torr，第二 AlGaN層的生長壓力可以為50?150torr，第三AlGaN層的生長壓力可以為50?150torr。
[0075]優(yōu)選地，第一AlGaN層的生長壓力可以為60?10torr，第二 AlGaN層的生長壓力可以為60?I OOtorr，第三AlGaN層的生長壓力可以為60?I OOtorr。
[0076]可選地，GaN層的生長壓力可以為200?350torr。
[0077 ] 優(yōu)選地，GaN層的生長壓力可以為200?250torr。
[0078]可選地，第一子層的生長溫度可以為1040?1060 V。
[0079]優(yōu)選地，第一子層的生長溫度可以為1050?1060°C。
[0080]可選地，第二子層的生長溫度可以為1060?1090°C。[0081 ] 優(yōu)選地，第二子層的生長溫度可以為1060?1080°C。
[0082]可選地，第一子層的厚度可以為100?300埃。
[0083]優(yōu)選地，第一子層的厚度可以為150?250埃。
[0084]可選地，第二子層的厚度可以為50?200埃。
[0085]優(yōu)選地，第二子層的厚度可以為100?150埃。
[0086]可選地，第一子層的生長速率可以為第二子層的生長速率的0.4?0.8倍
[0087]優(yōu)選地，第一子層的生長速率可以為第二子層的生長速率的0.5?0.6倍。
[0088]步驟205:在缺陷阻擋層上生長有源層。
[0089]在本實施例中，有源層可以包括交替生長的InGaN阱層和GaN皇層。其中，InGaN層的厚度可以為2?3nm，GaN層的厚度可以為8?I Inm<JnGaN層的層數(shù)可以為11?13層，GaN層的層數(shù)可以為11?13層。有源層的厚度可以為130?160nm。
[0090]具體地，生長有源層時，反應(yīng)室壓力控制在200torr。生長InGaN阱層時，反應(yīng)室溫度為760-780 0C ο生長GaN皇層時，反應(yīng)室溫度為860-890 V。
[0091 ] 步驟206:在有源層上生長電子阻擋層。
[0092]在本實施例中，電子阻擋層可以為摻Mg的AlyGaryN，0.15 < y < 0.25，電子阻擋層的厚度可以為30-50nmo
[0093]具體地，生長電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度為930-970 °C，反應(yīng)室壓力控制在10torr0
[0094]步驟207:在電子阻擋層上生長P型層。
[0095]在本實施例中，P型層可以為摻Mg的GaN層，P型層的厚度可以為50-80nm。
[0096]具體地，生長P型層時，反應(yīng)室溫度為940-980°C，反應(yīng)室壓力控制在200-600torr。
[0097]步驟208:活化P型層。
[0098]具體地，該步驟208可以包括:
[0099]在氮氣氣氛下，持續(xù)處理P型層20?30min。
[0100]其中，反應(yīng)室溫度為650-750°C。需要說明的是，活化P型層主要是活化P型層中摻雜的Mg，使Mg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。
[Ο?Ο? ]下面分別對第一樣品和第二樣品在相同的工藝條件下鍍120nm的IT0(Indium TinOxides，氧化銦錫金屬氧化物)層，130nm的Cr/Pt/Au電極和50nm的Si02保護層，并分別將處理后的第一樣品和第二樣品研磨切割成457口111*8894111(18111；[*35111；[1)的芯粒和3054111*6354111(12mi*25mil)的芯粒。其中，第一樣品是采用傳統(tǒng)生長方法得到的，第二樣品是采用本實施例提供的發(fā)光二極管的生長方法得到的。
[0102]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200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。
[0103]結(jié)果顯示，兩種來自于第二樣品的晶粒與比來自于第一樣品的晶粒相比，光強分別在150mA和120mA驅(qū)動電流下有明顯提升，反向電壓擊穿能力明顯升高，漏電也明顯改善，這就說明此法生長的結(jié)構(gòu)晶體質(zhì)量較好，可以有效提高器件的壽命。
[0104]本發(fā)明實施例通過在N型層和有源層之間設(shè)置缺陷阻擋層，缺陷阻擋層包括依次層疊N型層上的第一子層和第二子層，第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，利用Al材料的特性減少長晶的錯位和裂縫，使后續(xù)生長的GaN完整性較好，對缺陷的延伸具有阻擋作用；同時第一AlGaN層中的Al含量沿LED外延片的生長方向逐漸變化，避免Al作為一種雜質(zhì)影響GaN的結(jié)晶完整性;第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層，第二AlGaN層中的Al含量與第三AlGaN層中的Al含量不同，由于Al的能階較高，因此可以階梯式地提高能階并增加阻抗，讓電流能有效擴散。第一子層中Si的摻雜濃度小于第二子層中Si的摻雜濃度，更有利于電子的擴展，使電子更好的分布在有源層中。而且第一子層的厚度大于第二子層，對缺陷的延伸具有良好的阻斷作用，有利于長晶。第一子層的生長溫度小于第二子層的生長溫度，與第一子層的生長速率小于第二子層的生長速率配合，也有利于后續(xù)的GaN結(jié)晶。另外，由于Al原子的半徑比Ga原子的半徑小，表面擴散長度很小，在生長過程中的寄生反應(yīng)更嚴重，AlGaN層的生長壓力小于GaN層的生長壓力可以盡量減少TMAl與NH3之間強烈的寄生反應(yīng)。
[0105]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(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種發(fā)光二極管外延片，所述發(fā)光二極管外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在所述藍寶石襯底上的低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、電子阻擋層、P型層，其特征在于，所述發(fā)光二極管外延片還包括層疊在所述N型層和所述有源層之間的缺陷阻擋層，所述缺陷阻擋層包括依次層疊在所述N型層上的第一子層和第二子層，所述第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，所述第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層;所述第一 AlGaN層中的Al含量沿所述發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，所述第二AlGaN層中的Al含量和所述第三AlGaN層中的Al含量均保持不變，且所述第二 AlGaN層中的Al含量與所述第三AlGaN層中的Al含量不同，所述第二AlGaN層中的Al含量小于所述第一AlGaN層中的Al含量，所述第三AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量;所述第一子層中和所述第二子層中均摻雜有Si，所述第一子層中Si的摻雜濃度小于所述第二子層中Si的摻雜濃度;所述第一 AlGaN層的生長壓力、所述第二 AlGaN層的生長壓力、所述第三AlGaN層的生長壓力均小于所述GaN層的生長壓力;所述第一子層的生長速率小于所述第二子層的生長速率，所述第一子層的生長溫度小于所述第二子層的生長溫度;所述第一子層的厚度大于所述第二子層的厚度。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述第一子層中的Al含量不大于所述第二子層中的Al含量的兩倍。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述第一子層中Si的摻雜濃度為所述第二子層中Si的摻雜濃度的0.2?0.5倍。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述第一AlGaN層的生長壓力為50?150torr，所述第二 AlGaN層的生長壓力為50?150torr，所述第三AlGaN層的生長壓力為50?150torr，所述GaN層的生長壓力為200?350torr。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述第一子層的生長溫度為1040?1060°C，所述第二子層的生長溫度為1060?1090°C。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述第一子層的厚度為100?300埃，所述第二子層的厚度為50?200埃。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)光二極管外延片，其特征在于，所述第一子層的生長速率為所述第二子層的生長速率的0.4?0.8倍。8.一種發(fā)光二極管外延片的生長方法，其特征在于，所述生長方法包括: 在藍寶石襯底上生長低溫緩沖層； 在所述低溫緩沖層上生長高溫緩沖層； 在所述高溫緩沖層上生長N型層； 在所述N型層上生長缺陷阻擋層； 在所述缺陷阻擋層上生長有源層； 在所述有源層上生長電子阻擋層； 在所述電子阻擋層上生長P型層； 其中，所述缺陷阻擋層包括依次層疊在所述N型層上的第一子層和第二子層，所述第一子層包括交替層疊的第一 AlGaN層和GaN層，所述第二子層包括交替層疊的第二 AlGaN層和第三AlGaN層;所述第一 AlGaN層中的Al含量沿所述發(fā)光二極管外延片的生長方向逐漸變化，所述第二 AlGaN層中的Al含量和所述第三AlGaN層中的Al含量均保持不變，且所述第二AlGaN層中的Al含量與所述第三AlGaN層中的Al含量不同，所述第二AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量，所述第三AlGaN層中的Al含量小于所述第一 AlGaN層中的Al含量;所述第一子層中和所述第二子層中均摻雜有Si，所述第一子層中Si的摻雜濃度小于所述第二子層中Si的摻雜濃度;所述第一 AlGaN層的生長壓力、所述第二 AlGaN層的生長壓力、所述第三AlGaN層的生長壓力均小于所述GaN層的生長壓力；所述第一子層的生長速率小于所述第二子層的生長速率，所述第一子層的生長溫度小于所述第二子層的生長溫度;所述第一子層的厚度大于所述第二子層的厚度。9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生長方法，其特征在于，所述第一子層中的Al含量不大于所述第二子層中的Al含量的兩倍。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的生長方法，其特征在于，所述第一子層中Si的摻雜濃度為所述第二子層中Si的摻雜濃度的0.2?0.5倍。
【文檔編號】H01L33/00GK105870277SQ201610247660
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2016年4月20日
【發(fā)明人】姚振, 從穎, 胡加輝
【申請人】華燦光電(蘇州）有限公司