一种LED外延片的制备方法及LED外延片与流程

本发明涉及半导体光电子，更具体地说，涉及一种led外延片的制备方法及led外延片。

背景技术：

1、发光二极管(light emitting diode，简称led)作为一种新型的半导体固态光源，因其优越的性能在照明领域掀起新的浪潮，被誉为第四代绿色照明。

2、氮化镓(gan)作为第三代半导体材料代表之一，具有直接带隙、宽禁带、高击穿电场和高热导率等优异性能，gan基化合物一直是制备蓝白光led的主要材料，高质量gan材料一般都通过异质外延方法获得。作为常用于生长gan外延薄膜的衬底，蓝宝石有稳定的物理化学性质，但它与gan之间存在很大的晶格失配(16％)及热失配(25％)，因此，生长的gan外延薄膜质量较差；碳化硅(sic)衬底虽然与gan的晶格失配度仅为3.5％，但热失配与蓝宝石相当(25.6％)，且价格昂贵，同时外延技术被垄断，因此也无法大量推广；相比较下，硅(si)衬底据有成本低、单晶尺寸大、质量高、热导率高和导电性好等诸多优势，并且在si衬底上形成的gan外延薄膜也有望与硅的微电子技术相集成。

3、基于上述这些优点，在si衬底上制备gan外延薄膜的led外延片也越来越受到重视，但是，目前在si衬底上制备gan外延薄膜的质量不如蓝宝石衬底，其主要原因是由于si和gan的晶格失配和热失配较大，从而造成外延片应力大，易龟裂；同时位错密度较高，使得在si衬底上制备的led外延片翘曲严重，波长均匀性差，同时内量子效率偏低。

4、因此，制备一种位错密度低，且内量子效率高的led外延片成为了亟需解决的问题。

技术实现思路

1、有鉴于此，为解决上述问题，本发明提供一种led外延片的制备方及led外延片，技术方案如下：

2、一种led外延片的制备方法，所述led外延片的制备方法包括：

3、提供一衬底；

4、在所述衬底的一侧形成第一u型半导体层；

5、在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成低温u型插入层；

6、对所述低温u型插入层进行退火处理，以在所述低温u型插入层远离所述衬底一侧的表面形成多个锥形凹槽；

7、在所述进行退火处理后的低温u型插入层背离所述衬底的一侧形成第二u型半导体层。

8、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成低温u型插入层，包括：

9、在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成厚度范围为30nm-100nm的所述低温u型插入层。

10、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成低温u型插入层，包括：

11、在温度范围为950℃-1050℃，tmga的流量范围为150sccm-350sccm，时间范围为150s-250s的条件下，在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成所述低温u型插入层。

12、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述对所述低温u型插入层进行退火处理，包括：

13、在温度范围为950℃-1050℃，压力范围为100torr-200torr，时间范围为5s-15s的条件下，对所述低温u型插入层进行退火处理。

14、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述低温u型插入层为低温u型氮化镓插入层。

15、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述在所述衬底一侧形成第一u型半导体层，包括：

16、在所述衬底一侧形成厚度为2μm的所述第一u型半导体层；

17、所述第一子u型半导体层为u型氮化镓层。

18、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述在所述进行退火处理后的低温u型插入层背离所述衬底的一侧形成第二u型半导体层，包括：

19、在所述进行退火处理后的低温u型插入层背离所述衬底的一侧形成厚度为0.5μm的所述第二子u型半导体层；

20、所述第二子u型半导体层为u型氮化镓层。

21、可选的，在上述led外延片的制备方法中，所述led外延片的制备方法还包括：

22、在所述第二u型半导体层背离所述衬底的一侧，依次形成堆叠设置的n型半导体层、应力释放层、多量子阱层以及p型半导体层。

23、可选的，在上述led外延片的制备方法中，在形成所述第一u型半导体层之前，还包括：

24、在所述衬底与所述第一u型半导体层之间形成缓冲层；

25、在所述缓冲层与所述第一u型半导体层之间形成步进缓冲层。

26、一种led外延片，所述led外延片包括：

27、衬底；

28、位于所述衬底一侧，且依次堆叠设置的第一u型半导体层、低温u型插入层以及第二u型半导体层；

29、其中，所述低温u型插入层远离所述衬底一侧的表面具有多个锥形凹槽。

30、相较于现有技术，本发明实现的有益效果为：

31、本发明提供了一种led外延片的制备方法，该制备方法中在衬底的一侧依次形成了第一u型半导体层、低温u型插入层以及第二u型半导体层；在第一u型半导体层与第二u型半导体层之间形成了低温u型插入层，并对低温u型插入层进行退火处理，退火处理后的低温u型插入层改变了led外延片内的位错方向，增加了位错相互消弭的几率，有效的释放了led外延片中的应力，大幅度降低了后续外延薄膜制备的位错密度，提高了led外延片质量的同时，增加了led外延片的波长均匀性，进一步提升了内量子效率；并且退火处理使低温u型插入层远离衬底一侧的表面形成了多个锥形凹槽，这些锥形凹槽增加了低温u型插入层的表面粗糙度，从而增加了光的反射率，进一步提高了光的提取效率。

技术特征：

1.一种led外延片的制备方法，其特征在于，所述led外延片的制备方法包括：

2.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成低温u型插入层，包括：

3.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述第一u型半导体层背离所述衬底的一侧形成低温u型插入层，包括：

4.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述对所述低温u型插入层进行退火处理，包括：

5.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述低温u型插入层为低温u型氮化镓插入层。

6.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述衬底一侧形成第一u型半导体层，包括：

7.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述在所述进行退火处理后的低温u型插入层背离所述衬底的一侧形成第二u型半导体层，包括：

8.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，所述led外延片的制备方法还包括：

9.根据权利要求1所述的led外延片的制备方法，其特征在于，在形成所述第一u型半导体层之前，还包括：

10.一种led外延片，其特征在于，所述led外延片包括：

技术总结
本发明提供了一种LED外延片的制备方法及LED外延片，涉及半导体光电子技术领域，该制备方法在第一U型半导体层与第二U型半导体层之间形成了低温U型插入层，并对低温U型插入层进行退火处理，退火处理后的低温U型插入层改变了LED外延片内的位错方向，增加了位错相互消弭的几率，有效的释放了LED外延片中的应力，大幅度降低了后续外延薄膜制备的位错密度，提高了LED外延片质量的同时，增加了LED外延片的波长均匀性，进一步提升了内量子效率；并且退火处理使低温U型插入层远离衬底一侧的表面形成了多个锥形凹槽，这些锥形凹槽增加了低温U型插入层的表面粗糙度，从而增加了光的反射率，进一步提高了光的提取效率。

技术研发人员：聂虎臣,刘兆,袁健,唐慧慧
受保护的技术使用者：江西乾照光电有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/5/16