一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法与流程

本发明涉及发光二极管
技术领域：
，特别涉及一种gan基发光二极管外延片及其制备方法。
背景技术：
：gan(氮化镓)是第三代宽禁带半导体材料的典型代表，具有优异的高热导率、耐高温、耐酸碱、高硬度等特型，被广泛应用于制作蓝、绿、以及紫外发光二极管。gan基发光二极管通常包括外延片和设于外延片上的电极。现有的一种gan基发光二极管的外延片，其包括衬底、以及依次生长在衬底上的缓冲层、n型层、多量子阱层(又称有源层)、ebl(electronblockinglayer，电子阻挡层)和p型层。当有电流通过时，n型层的电子和p型层的空穴进入多量子阱层阱区并且复合，发出可见光。其中，ebl为p型algan层，其通过抑制电子溢流出多量子阱层，提高载流子的注入效率。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：现有的ebl其结构为bulk(整体)结构，al组分一般是恒定掺杂。al组分恒定时，不光对电子阻挡起作用，也对空穴的阻挡起一定作用。如何增强ebl的电子阻挡作用并减弱ebl的空穴阻挡作用成为本领域技术人员需要解决的问题。技术实现要素：本发明实施例提供了一种gan基发光二极管外延片及其制备方法，能够在对电子阻挡作用较强时减弱对空穴的阻挡作用，进而提高电子空穴在量子阱中的复合发光效率。所述技术方案如下：一方面，提供了一种gan基发光二极管外延片的制备方法，所述方法包括：提供衬底；顺次在所述衬底上沉积gan缓冲层、未掺杂gan层、n型掺杂gan层、n型algan层和多量子阱层；在所述多量子阱层上沉积电子阻挡层，所述电子阻挡层包括顺次层叠在所述多量子阱层上的第一algan层和第二algan层，所述第一algan层的生长压力小于所述第二algan层的生长压力；在所述电子阻挡层上沉积p型层。可选地，所述在所述多量子阱层上沉积电子阻挡层，包括：在所述多量子阱层上沉积所述第一algan层，所述第一algan层的生长压力为200～300torr；在所述第一algan层上沉积所述第二algan层，所述第二algan层的生长压力为400～600torr。可选地，所述电子阻挡层还包括aln层，所述aln层位于所述多量子阱层和所述第一algan层之间，所述在所述多量子阱层上沉积电子阻挡层，包括：在所述多量子阱层上沉积所述aln层，所述aln层的生长压力为50～100torr；在所述aln层上沉积所述第一algan层，所述第一algan层的生长压力为200～300torr；在所述第一algan层上沉积所述第二algan层，所述第二algan层的生长压力为400～600torr。可选地，所述aln层、所述第一algan层和所述第二algan层的生长温度均为850～1080℃。可选地，所述aln层的厚度为5～10nm，所述第一algan层的厚度为40～130nm，所述第二algan层的厚度为5～10nm。可选地，所述第一algan层中al摩尔掺入量为0.2～0.5，所述第二algan层中al摩尔掺入量为0.05～0.1。可选地，所述衬底为图形化蓝宝石衬底。另一方面，提供了一种gan基发光二极管外延片，所述外延片包括：衬底、顺次在所述衬底上沉积gan缓冲层、未掺杂gan层、n型掺杂gan层、n型algan层、多量子阱层、电子阻挡层和p型层，所述电子阻挡层包括顺次层叠在所述多量子阱层上的第一algan层和第二algan层，所述第一algan层的生长压力小于所述第二algan层的生长压力。可选地，所述第一algan层的生长压力为200～300torr；所述第二algan层的生长压力为400～600torr。可选地，所述电子阻挡层还包括aln层，所述aln层位于所述多量子阱层和所述第一algan层之间，所述aln层的生长压力为50～100torr，所述第一algan层的生长压力为200～300torr，所述第二algan层的生长压力为400～600torr。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在多量子阱层上沉积电子阻挡层，并在电子阻挡层上沉积p型层；电子阻挡层包括顺次层叠在多量子阱层上的第一algan层和第二algan层，并且，第一algan层的生长压力小于第二algan层的生长压力；由于生长压力越大，al组分并入gan层中越难，因此，第一algan层中的al组分含量高于第二algan层中的al组分含量；第一algan层中的al组分含量较高时，第一algan层的带宽较大，对量子阱中的电子有较强的阻挡作用，抑制电子溢流出量子阱；第二algan层中的al组分含量较低时，对p型层中的空穴的阻挡作用减弱，有利于空穴跃迁至量子阱中，从而增加了电子空穴在发光量子阱中复合发光效率，提升器件发光效率。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是本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片的制备方法的流程图；图2是本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片的制备方法的流程图；图3是本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片的结构示意图；图4是本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片的结构示意图。具体实施方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。图1示出了本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片的制备方法。参见图1，该方法流程包括如下步骤。步骤101、提供衬底。步骤102、顺次在衬底上沉积gan缓冲层、未掺杂gan层、n型掺杂gan层、n型algan层和多量子阱层。步骤103、在多量子阱层上沉积电子阻挡层。其中，电子阻挡层包括顺次层叠在多量子阱层上的第一algan层和第二algan层。第一algan层的生长压力小于第二algan层的生长压力。示例性地，第一algan层的生长压力为200～300torr；第二algan层的生长压力为400～600torr。示例性地，第一algan层中al摩尔掺入量为0.2～0.5。第二algan层中al摩尔掺入量为0.05～0.1。示例性地，第一algan层和第二algan层的生长温度均为850～1080℃。示例性地，第一algan层的厚度为40～130nm，第二algan层的厚度为5～10nm。步骤104、在电子阻挡层上沉积p型层。本发明实施例通过在多量子阱层上沉积电子阻挡层，并在电子阻挡层上沉积p型层；电子阻挡层包括顺次层叠在多量子阱层上的第一algan层和第二algan层，并且，第一algan层的生长压力小于第二algan层的生长压力；由于生长压力越大，al组分并入gan层中越难，因此，第一algan层中的al组分含量高于第二algan层中的al组分含量；第一algan层中的al组分含量较高时，第一algan层的带宽较大，对量子阱中的电子有较强的阻挡作用，抑制电子溢流出量子阱；第二algan层中的al组分含量较低时，对p型层中的空穴的阻挡作用减弱，有利于空穴跃迁至量子阱中，从而增加了电子空穴在发光量子阱中复合发光效率，提升器件发光效率。图2示出了本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片的制备方法。该制备方法可以采用mocvd(metal～organicchemicalvapordeposition，金属有机化合物化学气相沉淀)设备实现。在该制备方法中，以高纯h2(氢气)、以及n2(氮气)作为载气，以tmga(三甲基稼)或者tega(三乙基稼)作为ga源，以tmal(三甲基铝)作为al源，以tmin(三甲基铟)作为in源，以nh3(氨气)作为n源，用sih4(硅烷)作为n型掺杂剂，用cp2mg(二茂镁)作为p型掺杂剂。参见图2，该方法流程包括如下步骤。步骤201、提供衬底。示例性地，衬底可以为图形化蓝宝石衬底(patternedsapphiresubstrate，简称pss)。采用pss生长gan基发光二极管外延片，可以增强发光二极管的出射光亮度，同时反向漏电流减小，发光二极管的寿命也得到了延长。步骤202、对衬底进行退火处理。示例性地，可以在氢气气氛中对衬底进行退火处理，退火时间可以为8分钟，退火温度在1000℃与1200℃之间。通过退火处理可以清洁衬底表面。在退火完成后，还可以对衬底进行氮化处理。步骤203、在衬底上沉积gan缓冲层。示例性地，gan缓冲层(又称成核层)的生长温度可以是400℃～600℃，生长压力区间为400torr～600torr。gan缓冲层的厚度可以是15至35nm。示例性地，步骤203还可以包括：对gan缓冲层进行退火处理。退火温度可以在1000℃～1200℃，退火时间可以在5分钟至10分钟之间，退火时压力可以是400torr～600torr。步骤204、在gan缓冲层上沉积未掺杂gan层。在完成gan缓冲层的退火处理后，在gan缓冲层上沉积未掺杂gan层。示例性地，未掺杂gan层的生长温度可以是1000℃～1100℃，生长压力可以是100torr至500torr之间。未掺杂gan层的生长厚度可以是1.0至5.0微米。步骤205、在未掺杂gan层上沉积n型掺杂gan层。示例性地，n型掺杂gan层的厚度在1～5微米之间，n型掺杂gan层的生长温度可以为1000℃～1200℃，生长压力在100torr至500torr之间。n型掺杂gan层为si掺杂，si掺杂浓度在1018cm-3～1019cm-3之间。步骤206、在n型掺杂gan层上沉积n型algan层。示例性地，n型algan层的厚度在50～180nm，n型algan层的生长温度为800℃～1100℃，生长压力在300torr至500torr之间。n型algan层中al的摩尔掺入量为0～0.3。步骤207、在n型algan层上沉积多量子阱层。示例性地，多量子阱层可以由3到15个周期的量子阱垒层构成。量子阱垒层包括inxga1-xn(0<x<1)量子阱和gan量子垒，量子阱的厚度在3nm左右，生长温度的范围在720℃～829℃间，生长压力范围在100torr与500torr之间。量子垒的厚度在9nm至20nm间，生长温度在850℃～959℃之间，生长压力在100torr到500torr之间。步骤208、在多量子阱层上沉积aln层。示例性地，aln层的生长温度为850～1080℃，生长压力为50～100torr；aln层的厚度为5～10nm。aln层为p型掺杂aln层，p型掺杂剂为cp2mg，p型掺杂aln层中mg的掺杂浓度为2×1017cm-3～2×1018cm-3。步骤209、在aln层上沉积第一algan层。示例性地，第一algan层的生长温度为850～1080℃，生长压力为200～300torr；第一algan层的厚度为40～130nm。第一algan层中al摩尔掺入量为0.2～0.5。第一algan层为p型掺杂第一algan层，p型掺杂剂为cp2mg，p型掺杂第一algan层中mg的掺杂浓度为2×1017cm-3～2×1018cm-3。步骤210、在第一algan层上沉积第二algan层。示例性地，第二algan层的生长温度为850～1080℃，生长压力为400～600torr。第二algan层的厚度为5～10nm。第二algan层中al摩尔掺入量为0.05～0.1。第二algan层为p型掺杂第二algan层，p型掺杂剂为cp2mg，p型掺杂第二algan层中mg的掺杂浓度为2×1017cm-3～2×1018cm-3。通过步骤208～步骤210实现了，在多量子阱层上沉积电子阻挡层，电子阻挡层包括顺次层叠在多量子阱层上的aln层、第一algan层和第二algan层。aln层、第一algan层和第二algan层中，aln层的生长压力最低，al组分含量最高，由于aln层靠近量子阱，aln层的带宽较大，相比于第一algan层，对量子阱中的电子有更强的阻挡作用，抑制电子溢流出量子阱。第二algan层的生长压力最低，第二algan层中的al组分含量最低，由于第二algan层靠近p型层，对p型层中的空穴的阻挡作用减弱，有利于空穴跃迁至电子阻挡层中。由于电子阻挡层对空穴的阻挡作用在电子阻挡层与p型层的接触面最强，当空穴通过电子阻挡层与p型层的接触面跃迁至电子阻挡层后，电子阻挡层内部的阻挡作用小于电子阻挡层与p型层的接触面的阻挡作用，空穴能够克服电子阻挡层内部的阻挡作用跃迁至量子阱中，从而增加了电子空穴在发光量子阱中复合发光效率，提升器件发光效率。步骤211、在第二algan层上沉积p型掺杂gan层。p型掺杂gan层的生长温度在850℃～1080℃之间，生长压力区间为200torr～300torr。p型掺杂gan层的厚度在100nm至800nm之间。步骤212、在p型掺杂gan层上沉积p型复合接触层。p型复合接触层的生长温度区间为850℃～1050℃，生长压力区间为100torr～300torr。p型复合接触层的厚度为5nm至300nm之间。沉积p型复合接触层之后，可以将mocvd的反应腔内温度降低，在氮气气氛中对外延片进行退火处理，退火温度可以为650℃～850℃，退火时间可以为5到15分钟，而后降至室温，结束外延片的生长。图3示出了本发明实施例提供的一种gan基发光二极管外延片，参见图3，该外延片包括：衬底31、顺次在衬底31上沉积gan缓冲层32、未掺杂gan层33、n型掺杂gan层34、n型algan层35、多量子阱层36、电子阻挡层37和p型层38。电子阻挡层37包括顺次层叠在多量子阱层36上的第一algan层372和第二algan层373。第一algan层372的生长压力小于第二algan层373的生长压力。通过电子阻挡层包括顺次层叠在多量子阱层上的第一algan层372和第二algan层373，并且，第一algan层372的生长压力小于第二algan层373的生长压力；由于生长压力越大，al组分并入gan层中越难，因此，第一algan372层中的al组分含量高于第二algan层373中的al组分含量；第一algan层372中的al组分含量较高时，第一algan层372的带宽较大，对量子阱中的电子有较强的阻挡作用，抑制电子溢流出量子阱；第二algan层372中的al组分含量较低时，对p型层中的空穴的阻挡作用减弱，有利于空穴跃迁至量子阱中，从而增加了电子空穴在发光量子阱中复合发光效率，提升器件发光效率。示例性地，第一algan层372的生长压力为200～300torr；第二algan层373的生长压力为400～600torr。下表1示出了第一algan层和第二algan层的生长压力变化对发光二极管的亮度的影响。表1参见表1，当第一algan层的生长压力为200～300torr；第二algan层的生长压力为400～600torr时，发光二极管的亮度达到最大值196.8mw，远超发光二极管的平均亮度，极大地提高了发光二极管的亮度。示例性地，参见图4，电子阻挡层还包括aln层371，aln层371位于多量子阱层和第一algan层372之间。aln层371、第一algan层372和第二algan层373的生长压力逐层增大。示例性地，aln层371的生长压力为50～100torr，第一algan层372的生长压力为200～300torr，第二algan层373的生长压力为400～600torr。示例性地，第一algan层372中al摩尔掺入量为0.2～0.5，第二algan层373中al摩尔掺入量为0.05～0.1。下表2示出了第一algan层和第二algan层的摩尔掺入量变化对发光二极管的亮度的影响。表2参见表2，当第一algan层中al摩尔掺入量为0.2～0.5，第二algan层中al摩尔掺入量为0.05～0.1时，发光二极管的亮度达到最大值195.7mw，远超发光二极管的平均亮度，极大地提高了发光二极管的亮度。示例性地，aln层371、第一algan层372和第二algan层373的生长温度均为850～1080℃。示例性地，aln层371的厚度为5～10nm，第一algan层372的厚度为40～130nm，第二algan层373的厚度为5～10nm。表3示出了aln层、第一algan层和第二algan层的厚度变化对发光二极管的亮度的影响。参见表3，当aln层的厚度为5～10nm，第一algan层的厚度为40～130nm，第二algan层的厚度为5～10nm时，即电子阻挡层为薄-厚-薄的复合层，发光二极管的亮度达到最大值196.6mw，远超平均亮度水平。表3aln层厚度(nm)第一algan层厚度(nm)第二algan层厚度(nm)亮度(mw)0～510～400～5194.60～510～405～10195.80～510～4010～15195.10～540～1300～5193.20～540～1305～10194.50～540～13010～15193.70～5130～2000～5192.40～5130～2005～10193.20～5130～20010～15192.45～1010～400～5194.15～1010～405～10193.85～1010～4010～15194.25～1040～1300～5195.35～1040～1305～10196.65～1040～13010～15194.95～10130～2000～5194.15～10130～2005～10194.85～10130～20010～15193.910～1510～400～5193.210～1510～405～10194.110～1510～4010～15194.210～1540～1300～5193.510～1540～1305～10194.710～1540～13010～15192.910～15130～2000～5194.510～15130～2005～10193.910～15130～20010～15194示例性地，衬底31为pss。示例性地，p型层38包括顺次层叠在电子阻挡层37上的p型掺杂gan层381和p型复合接触层382。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。当前第1页12