一种多量子阱层及其制备方法、外延片及LED芯片与流程

本发明涉及半导体器件，具体涉及一种多量子阱层及其制备方法、外延片及led芯片。

背景技术：

1、led芯片是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小等特点，被广泛应用于照明等领域。led芯片由led外延片裂片得到，led外延片包括衬底及在衬底上生长的外延层。

2、当前阶段，常使用蓝宝石、硅或碳化硅等材料作为衬底。随着不同应用领域的扩展，led芯片的波长集中度以及亮度是一直追求提升的课题。

3、其中，外延片的多量子阱层，通常包括ingan阱层与gan垒层，然而，多量子阱层的生长过程中，由于ingan阱层的势垒较低，而gan磊层的势垒较高，这将使得能带弯曲导致多量子阱层中产生极化现象，且周期越往后极化现象越严重、波长越长，导致波长不集中，限制了led芯片的发光亮度。

技术实现思路

1、针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种多量子阱层及其制备方法、外延片及led芯片，旨在解决现有技术中ingan阱层与gan磊层之间存在势垒差异，使能带弯曲导致多量子阱层中产生极化现象，且周期越往后极化现象越严重、波长越长，导致波长不集中，限制了led芯片的发光亮度的问题。

2、本发明的第一方面在于提供一种多量子阱层的制备方法，所述制备方法包括：

3、提供一外延结构，所述外延结构包括应力释放层；

4、在所述应力释放层之上制作多量子阱层，所述多量子阱层为ingan量子阱层与gan量子垒层交替生长的周期性结构；

5、其中，制作所述ingan量子阱层时，第一个周期中ingan量子阱层的生长温度为一初始温度，所述多量子阱层的若干周期中，后一周期中ingan量子阱层的生长温度均较前一周期中ingan量子阱层高x℃，0.1≤x≤0.6。

6、根据上述技术方案的一方面，所述多量子阱层为6-14周期的ingan量子阱层与gan量子垒层交替生长的周期性结构，所述ingan量子阱层的数量为m个，所述gan量子垒层的数量为m+1个。

7、根据上述技术方案的一方面，后一周期中ingan量子阱层的生长温度均较前一周期中ingan量子阱层高x℃，0.2≤x≤0.4。

8、根据上述技术方案的一方面，每一周期中，所述ingan量子阱层的厚度为2-4nm，所述gan量子垒层的厚度为8-12nm。

9、根据上述技术方案的一方面，所述应力释放层为ingan层与gan层交替生长的周期性结构。

10、根据上述技术方案的一方面，在一应力释放层之上制作多量子阱层的步骤，具体包括：

11、a）控制反应室温度保持850-1150℃，气压保持为100-300torr；

12、b）分别通入氮气、氨气与三甲基镓，氮气、氨气与三甲基镓的流量分别为50-70sccm、30-50sccm与100-150sccm，以生长得到第1个gan量子垒层；

13、c）分别通入氮气、氨气、三甲基镓与三甲基铟，氮气、氨气、三甲基镓与三甲基铟的流量分别为50-70sccm、30-50sccm、450-500sccm与100-150sccm，以生长得到第1个ingan量子阱层；

14、d）重复步骤b）以得到第n个gan量子垒层；

15、e）将反应室内的温度相较于前一周期中ingan量子阱层生长温度提升x℃，重复步骤c）以得到第n个ingan量子阱层，得到多量子阱层。

16、根据上述技术方案的一方面，所述ingan量子阱层中in组分所占摩尔比例为10％-20％。

17、本发明的第二方面在于提供一种多量子阱层，所述多量子阱层由上述技术方案当中所述的制备方法制得。

18、本发明的第三方面在于提供一种外延片，所述外延片包括：

19、上述技术方案当中所述的多量子阱层；

20、衬底，以及依次层叠于所述衬底之上的aln层、缓冲层、三维gan层、非掺杂gan层、n型掺杂gan层与应力释放层；

21、其中，所述多量子阱层层叠于所述应力释放层之上，所述多量子阱层之上还层叠设有电子阻挡层与p型掺杂gan层。

22、本发明的第四方面在于提供一种led芯片，所述led芯片包括：

23、上述技术方案当中所示的外延片，以及电极结构，所述电极结构设于所述外延片之上。

24、与现有技术相比，采用本实施例当中所示的多量子阱层的制备方法多量子阱层及其制备方法、外延片及led芯片，有益效果在于：

25、在外延片的多量子阱层的制备过程中，由于多量子阱层为多个周期ingan量子阱层与gan量子垒层交替生长的周期性结构，在制备ingan量子阱层时，第一个周期的ingan量子阱层的生长温度为一初始温度，通过将后一周期中ingan量子阱层的生长温度相较于前一周期中ingan量子阱层的生长温度提升x℃，以使所有周期中ingan量子阱层的生长温度呈梯度递增，以修正多量子阱层中每个周期的波长，使得每个周期的波长一致，从而改善多量子阱层的波长集中度以及亮度。

技术特征：

1.一种多量子阱层的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的多量子阱层的制备方法，其特征在于，所述多量子阱层为6-14周期的ingan量子阱层与gan量子垒层交替生长的周期性结构，所述ingan量子阱层的数量为m个，所述gan量子垒层的数量为m+1个。

3.根据权利要求2所述的多量子阱层的制备方法，其特征在于，后一周期中ingan量子阱层的生长温度均较前一周期中ingan量子阱层高x℃，0.2≤x≤0.4。

4.根据权利要求3所述的多量子阱层的制备方法，其特征在于，每一周期中，所述ingan量子阱层的厚度为2-4nm，所述gan量子垒层的厚度为8-12nm。

5.根据权利要求1所述的多量子阱层的制备方法，其特征在于，所述应力释放层为ingan层与gan层交替生长的周期性结构。

6.根据权利要求1所述的多量子阱层的制备方法，其特征在于，在一应力释放层之上制作多量子阱层的步骤，具体包括：

7.根据权利要求1所述的多量子阱层的制备方法，其特征在于，所述ingan量子阱层中in组分所占摩尔比例为10％-20％。

8.一种多量子阱层，其特征在于，所述多量子阱层由权利要求1-7任一项所述的制备方法制得。

9.一种外延片，其特征在于，所述外延片包括：

10.一种led芯片，其特征在于，所述led芯片包括：

技术总结
本发明公开了一种多量子阱层及其制备方法、外延片及LED芯片，该方法包括：提供一外延结构，外延结构包括应力释放层；在应力释放层之上制作多量子阱层，多量子阱层为InGaN量子阱层与GaN量子垒层交替生长的周期性结构；其中，制作InGaN量子阱层时，第一个周期中InGaN量子阱层的生长温度为一初始温度，多量子阱层的若干周期中，后一周期中InGaN量子阱层的生长温度均较前一周期中InGaN量子阱层高x℃，0.1≤x≤0.6。解决了InGaN阱层与GaN磊层之间存在势垒差异，使能带弯曲导致多量子阱层中产生极化现象，且周期越往后极化现象越严重、波长越长，导致波长不集中，限制了LED芯片的发光亮度的问题。

技术研发人员：刘春杨,吕蒙普,胡加辉,金从龙,顾伟
受保护的技术使用者：江西兆驰半导体有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13