Led外延片及其制备方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及L邸领域，特别地，设及一种L邸外延片。此外，本发明还设及上述LED 外延片的制备方法。
【背景技术】
[0002] L邸市场上现在要求L邸忍片驱动电压低，特别是大电流下驱动电压越小越好、光 效越高越好；LED市场价值的体现为（光效）/单价，光效越好，价格越高，所WLED高光效 一直是L邸厂家和院校L邸研究所所追求的目标。
[0003] LED的光效很大程度和发光层材料特性相关，所W制作优良的发光层成为提高 L邸光效的关键。现有的L邸外延片的量子阱包括多个周期的势阱InGaN和势磊GaN,InGaN 容易出现In的偏析现象。
【发明内容】
[0004] 本发明提供了一种L邸外延片及其制备方法，W解决现有的L邸外延片容易出现 In的偏析现象的技术问题。 阳005] 本发明采用的技术方案如下：
[0006] 本发明一方面提供了一种L邸外延片，包括从下至上依序设置的衬底、低溫缓冲 GaN层、不渗杂GaN层、N型GaN层、多周期量子阱层、P型AlGaN层和P型GaN层。
[0007] 多周期量子阱层包括6~14个周期的In^Gai,N层/GaN层，在任一周期内，从下 至上依次设有InN薄层、IrixGaixN层和GaN层，InN薄层的厚度为0. 2~Inm，X为0. 20~ 0. 22。 阳00引进一步地，IrixGaixN层的厚度为2. 5-3皿，GaN的厚度为11-12皿，InN薄层的厚度 为 0. 5nm。
[0009] 进一步地，低溫缓冲GaN层的厚度为20-30皿。
[0010] 不渗杂GaN层的厚度为3-4um。 W11]N型GaN层的厚度为3-4ym，Si渗杂浓度为祀+18~沈+19。
[0012]P型AlGaN层的厚度为20-100皿，Al渗杂浓度为IE巧0-沈巧0,Mg渗杂浓度为 8E+18-1E+19。 阳01引 P型GaN层的厚度为20~lOOnm，Mg渗杂浓度祀+18-1E+19。
[0014] 本发明另一方面提供了一种上述L邸外延片的制备方法，包括W下步骤：
[0015] 在衬底上依次生长低溫缓冲GaN层、不渗杂GaN层和N型GaN层。
[0016] 在不渗杂GaN层上设置多周期重子阱层,在任一周期中，在锻IrixG曰1xN层和GaN层 之前，在锻膜时间为10~60秒、铜源流量为200~1500sccm、溫度为700~750°C、压力为 100~SOOmbar的条件下锻InN薄层。
[0017] 依次锻P型AlGaN层和P型GaN层。
[0018] 进一步地，InN薄层在锻膜时间为30秒、铜源流量为lOOOsccm、溫度为740°C、压 力为SOOmbar的条件下锻制。
[0019] 进一步地，在任一周期中，在锻膜时间为150~230秒、嫁源流量为250-1000sccm、 铜源流量为200~1500sccm、溫度为700~750 °C、压力为100~SOOmbar的条件下锻 IrixGaixN层。
[0020] 在锻膜时间为120~360秒、嫁源流量为200~eOOsccm、溫度为800~850°C、压 力为100~SOOmbar的条件下锻GaN层。
[0021] 进一步地，在锻膜速率为1.0~3埃/秒、溫度为530~560°C、压力为100~ SOOmbar的条件下锻低溫缓冲GaN层。
[0022] 在锻膜速率为5~15埃/秒、溫度为1000~1100°C、压力为100~SOOmbar的条 件下锻不渗杂GaN层。
[0023]在锻膜速率为1. 0~3埃/秒、溫度为1. 0~3埃/秒、900~930°C、压力为100~ SOOmbar的条件下锻P型AlGaN层。
[0024]在锻膜速率为1. 0~3埃/秒、溫度为930~1000°C、压力为100~SOOmbar的条 件下锻P型GaN层。
[00巧]进一步地，在衬底上依次生长低溫缓冲GaN层之前还包括： 阳0%] 在1000-1200°C的氨气气氛下处理衬底3-5分钟。
[0027] 进一步地，在锻完P型GaN层之后还包括：
[0028]将L邸外延片降溫至700-750°C，保溫20-30min，冷却。
[0029]进一步地，载气为&、成或H2和N2的混合气体。N源为NH3,嫁源为S乙基嫁，铜源 为=甲基铜，N型渗杂剂为硅烷，侣源为=甲基侣，P型渗杂剂为二茂儀，衬底为蓝宝石。
[0030] 本发明具有W下有益效果：本发明的L邸外延片的多周期量子阱层包括6~14 个周期的IrixGaixN层/GaN层，每个周期的IrixGaixN层下方设有0.2~1皿的InN薄层。 InN薄层可使得In原子在到达IrixGaixN层之前就达到动态饱和平衡，很大程度的减少了 InyGaiyN层中In的偏析现象，从而降低斯塔克效应导致的电子和空穴波函数的分离程度， W提高LED的内量子效率。
[0031] 除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。 下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
【附图说明】
[0032] 构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实 施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
[0033]图1是本发明优选实施例的LED外延片示意图；
[0034] 图2是本发明优选实施例的L邸外延片亮度分布示意图；
[0035] 图3是本发明优选实施例的L邸外延片电压分布示意图。
[0036] 附图标记说明：10、衬底；20、低溫缓冲GaN层；30、不渗杂GaN层；40、N型GaN层； 50、多周期量子阱层；60、P型AlGaN层；70、P型GaN层；51、InN薄层；52、IrixGai xN层，53、 (^aN层。
【具体实施方式】
[0037] W下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可W由权利要求限定 和覆盖的多种不同方式实施。
[003引参照图1，本发明的优选实施例提供了本发明一方面提供了一种LED外延化包括 从下至上依序设置的衬底10、低溫缓冲GaN层20、不渗杂GaN层30、N型GaN层40、多周期 量子阱层50、P型AlGaN层60和P型GaN层70。多周期量子阱层50包括6~14个周期 的IrixGaixN层 52/GaN层 53，在任一周期内，GaN层 53 设置于IrixGaixN层上，IrixGaixN层 52 的下方设有InN薄层51，InN薄层51的厚度为0. 2~Inm，X为0. 20~0. 22。
[0039] 多周期量子阱层50的周期数为6~14。周期数不需太多，太多反而极化现象更 加严重，影响发光效率，且会造成材料浪费。在任一周期中，InxGaixN层52为势阱，GaN层 53为势磊，在IrixGaixN52层生长之前，预先生长一层InN薄层51。第一个周期的InN薄层 51生长在N型GaN层40上，其它周期的InN薄层51生长在前一周期的GaN层53上。其中 IrixGaixN层52的X为0. 18~0. 20。生长InN需要控制得当，InN是多晶材料，必须在不影 响InGaN结晶质量的前提下适当提高内量子效率，控制InN薄层厚度将成为重点。InN薄层 51的厚度为0. 2~Inm。该厚度有助于消除后续量子阱的In偏析现象，太薄对后续量子阱 InGaN的生长，起不到消除In偏析现象的效果，太厚量子阱质量变差，影响内量子效率。
[0040] 现有L邸外延片的InGaN/GaN体系中，因表面能量最低，In原子首先填充表面能 级，而随着In原子在表面的堆积会反过来阻碍In原子的向上扩散，甚至会达到一种动态平 衡。而如果在生长量子阱InGaN之前就使得In原子达到动态饱和平衡，则在InGaN中In 的偏析现象就可W大大消除了。 阳0川本专利从量子阱IrixGaixN52层设计出发，在传统的发光层势阱InGaN生长前通过In原子的预沉积处理，生长一层InN薄层51，来抑制后续量子阱中的铜偏析现象，从而降低 斯塔克效应导致的电子和空穴波函数的分离程度，W提高LED的内量子效率。
[0042] 本发明具有W下有益效果：本发明的L邸外延片的多周期量子阱层50包括6~16 个周期的IrixGaixN层52/GaN层53，每个周期的111脚1xN层52下方设有0. 2~Inm的InN薄层51。InN薄层51可使得In原子在到达IrixGaixN层52之前就达到动态饱和平衡，很大 程度的减少了InyGaiyN层52中In的偏析现象，从而降低斯塔克效应导致的电子和空穴波 函数的分离程度，W提高LED的内量子效率。 阳0创可选地，1〇脚1xN层52的厚度为2. 5-3皿，GaN层53的厚度为11-12皿，InN薄层 51的厚度为0. 5皿。上述厚度的IrixGaixN层、GaN层和InN薄层LED的内量子效率最高。
[0044] 可选地，低溫缓冲GaN层20的厚度为20-30皿。 |；0045]不渗杂GaN层30的厚度为3-4um。
[0046]N型GaN层40的厚度为3-4ym，Si渗杂浓度为祀+18~沈+19。
[0047]P型AlGaN层60的厚度为20-100皿，Al渗杂浓度为IE巧0-沈巧0,Mg渗杂浓度为 8E+18-1E+19。
[0048]P型GaN层70的厚度为20~lOOnm，Mg渗杂浓度祀+18-1E+19。 W例 P型AlGaN起电子阻挡层作用，防止电子过多泄漏至P型GaN层，从而影响了在量 子阱中的复合发光，Al浓度过少不利于起电子阻挡作用，过多则不利于空穴向量子阱注入。 并且P型AlGaN厚度的作用也具有相同的作用，厚度过薄，不利于起电子阻挡作用，过厚则 不利于空穴向量子阱注入。N型GaN需提供足够多的电子，但Si渗杂浓度太多晶体结晶质 量恶化，因此Si渗杂浓度设置为祀+18~沈+19。P型GaN需提供足够多的空穴，P层Mg的 激活效率比较低，约1-2 %，得到的空穴浓度低，Mg浓度过多，易形成Mg-H络合物，反而不利 于Mg的激活，因此Mg渗杂浓度设置为祀+18-1E+19。
[0050] 本发明另一方面提供了一种上述的L邸外延片的制备方法，包括W下步骤： 阳05U 在衬底10上依次生长低溫缓冲GaN层20、不渗杂GaN层30和N型GaN层40。
[0052] 在不渗杂GaN层30上设置多周期量子阱层50,在任一周期中，在锻In,Gai,N层52 和GaN层53之前，在锻膜时间为10~60秒、铜源流量为200~1500sccm、溫度为700~ 750°C、压力为100~SOOmbar的条件下锻InN薄层51。
[0053] 依次锻P型AlGaN层60和P型GaN层70。
[0054] 采用AixtronMOCVD来生长L邸外延片。低溫缓冲GaN层20、不渗杂GaN层30和 N型GaN层40、IrixGaixN层52、GaN层53和锻P型AlGaN层60、P型GaN层70可采用较为 常规的生长方法和工艺参数。在本申请中，在每个周期的量子阱InxGaixN层52生长前，先 在锻膜时间为10~60秒、铜源流量为200~1500sccm、溫度为700~750°C、压力为100~ SOOmbar的条件下通入铜源沉积形成InN薄层51，再通入嫁源进行量子阱IrixGaixN层52的 生长，再升溫生长GaN势垒层。通过合适的生长时间，铜源流量，溫度，及生长压力，控制InN 材料的生长质量，控制InN材料的生长厚度，从而在不影响InGaN结晶质量的前提下提高内 量子效率。 阳05引可选地，InN薄层51在锻膜时间为30秒、铜源流量为lOOOsccm、溫度为740°C、压 力为SOOmbar的条件下锻制。
[0056] 可选地，在任一周期中，在锻膜时间为150~230秒、嫁源流量为250-1000sccm、铜 源流量为200~1500sccm、溫度为700~750°C、压力为100~SOOmbar的条件下锻IrixGaixN 层52。
[0057] 在锻膜时间为120~360秒、载气流量为200~eOOsccm、溫度为800~850°C、压 力为100~SOOmbar的条件下锻GaN层53。
[0058] 锻GaN层时，嫁源为S乙基嫁，参加反