一种发光二极管的外延片及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及发光二极管领域，特别涉及一种发光二极管的外延片及其制备方法。
【背景技术】
[0002]在发光二极管产业的发展中，宽带隙(Eg > 2.3eV)半导体材料GaN发展迅速，被广泛应用于照明、显示屏、信号灯、背光源、玩具等领域。
[0003]传统的GaN基发光二极管的外延片包括蓝宝石衬底，在蓝宝石衬底上依次生长的缓冲层、无掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，多量子阱层为超晶格结构，每个周期包括交替生长的InGaN层和GaN层。由于InGaN与GaN之间存在较大的晶格失配，所以在InGaN层与GaN层异质界面处存在较大的应力，导致很强的压电极化。压电极化又会引起量子限制斯塔克效应，从而使发光二极管的发光效率难以提升。为了减少多量子阱层中由于晶格失配产生的应力，现有技术在N型层和多量子阱层之间增加了一个应力释放层。应力释放层为周期结构，其每个周期包括InGaN层和生长在InGaN层之上的GaN层。
[0004]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:
[0005]为了让应力释放层的晶格常数更接近多量子阱层，通常会让应力释放层中的InGaN层中的In组分的含量达到一个较高的要求，同时为了保证应力释放层的晶体质量通常会采用较高的生长温度，但是由于In-N键的强度很弱，过高的温度会造成很多In原子从InGaN层的生长表面解吸附而不能掺入到晶格当中，从而造成应力释放层中的InGaN层中的In组分的含量很难达到要求，而采用较低的温度生长时，在表面扩散移动的In原子只有少量被N的悬键俘获以形成In-N键，扩散移动的In原子在InGaN层的表面形成In滴(即从外延片上直接观察到的白点)，In滴的形成和长大过程与In原子掺入到晶格是相矛盾的，从而也使应力释放层中的InGaN层中的In组分的含量很难达到一个较高的要求。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片及其制备方法，使应力释放层中的每层InxGahN层均生长在InN层之上，在富In的氛围下，In-N键的形成概率高，In原子可以更容易地掺入到晶格结构中，形成In组分含量较高的InxGapxN层，技术方案如下:
[0007]一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底、依次生长在所述衬底上的缓冲层、N型层、应力释放层、多量子阱层和P型层，所述多量子阱层为超晶格结构，所述多量子阱层的每个周期包括InyGa1J层和生长在所述InyGa1J层之上的GaN层，0〈y < 1，所述应力释放层为周期结构，所述应力释放层的每个周期包括GaN层、InN层和生长在所述InN层之上的InxGapxN层，0〈x < y。
[0008]可选地，所述应力释放层的每个周期包括InN层、生长在所述InN层之上的InxGa1^N层和生长在所述InxGa1J^层之上的GaN层。
[0009]可选地，所述应力释放层的每个周期包括GaN层、生长在所述GaN层之上的InN层和生长在所述InN层之上的InxGa1J^层。
[0010]进一步地，在所述应力释放层的最后一层InxGa1J^层上生长一层GaN层。
[0011]优选地，所述应力释放层的每个周期中的所述InxGa1J层与所述GaN层的厚度均大于所述InN层的厚度。
[0012]可选地，所述应力释放层中的每层所述InN层的厚度大于Onm，且所述应力释放层中的每层所述InN层的厚度小于或等于2nm，所述应力释放层中的每层所述InxGahN层的厚度范围为I?20nm，所述应力释放层中的每层所述GaN层的厚度范围为I?20nm。
[0013]可选地，所述应力释放层的每个周期中的所述InxGapxN层的厚度小于所述GaN层的厚度。
[0014]可选地，所述应力释放层中的每层所述GaN层有惨杂，惨杂杂质兀素为娃或错，惨杂后的所述应力释放层中的每层所述GaN层的电子浓度范围为117?10 19cm_3。
[0015]可选地，所述应力释放层的周期数为2?20。
[0016]另一方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管的外延片的制备方法，所述方法包括:
[0017]提供一衬底；
[0018]在所述衬底上依次生长缓冲层、N型层、应力释放层、多量子阱层和P型层，所述多量子阱层为超晶格结构，所述多量子阱层的每个周期包括InyGai_yN层和生长在所述InyGa1^yN层之上的GaN层，0〈y < 1，所述应力释放层为周期结构，所述应力释放层的每个周期包括GaN层、InN层和生长在所述InN层之上的InxGa^N层，0〈x < y。
[0019]本发明实施例提供的技术方案的有益效果是:
[0020]通过将应力释放层采用三个子层的周期性循环生长方式生长，在其每个周期中，均使InxGahN层生长在InN层之上，InN层的存在为InxGapxN层生长提供了一个富In的氛围，在InxGahN层的生长过程中容易形成更多的In-N键，In-N键的形成概率高，In原子可以更容易地掺入到晶格中，形成In组分含量较高的InxGahN层。
【附图说明】
[0021]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。
[0022]图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管的外延片的结构示意图；
[0023]图2是本发明实施例一提供的另一种发光二极管的外延片的结构示意图；
[0024]图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管的外延片的制备方法流程图。
【具体实施方式】
[0025]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。
[0026]实施例一
[0027]本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，参见图1和图2，该外延片包括衬底10、生长在衬底上的缓冲层20、N型层30、应力释放层40、多量子阱层50和P型层60，多量子阱层50为超晶格结构，多量子阱层的每个周期可以包括InyGai_yN层501和生长在InyGa^yN层501之上的GaN层502，0〈y < 1，应力释放层40为周期结构，应力释放层40的每个周期包括GaN层401、InN层402和生长在InN层402之上的InxGai_xN层403，0〈x < y。
[0028]在本实施例中，应力释放层40的周期数可以为2?20。
[0029]在第一种实现方式中，参见图1，应力释放层40的每个周期可以包括InN层402、生长在InN层402之上的InxGa1J层403和生长在InxGa1J层403之上的GaN层401，即从N型层30 —侧开始，应力释放层40中的第一层InN层402可以直接生长在N型层30上。
[0030]在第二种实现方式中，应力释放层40的每个周期也可以包括GaN层401、生长在GaN层401之上的InN层402和生长在InN层402之上的InxGa^N层403。
[0031]在第三种实现方式中，参见图2，还可以在第二种实现方式的基础上，进一步在应力释放层40的最后一层InxGahN层403上生长一层GaN层401。这种生长方式也可以理解为，先在N型层上生长一层GaN层401后再生长应力释放层40，并在应力释放层40中的最后一层InxGa^N层403上生长一层GaN层401后，再直接生长多量子阱层50。
[0032]容易理解地，第一种和第三种实现方式中，均是在最后一层GaN层401上直接生长多量子阱层50。由于GaN层401的组分比较单纯，生长质量较好，以此为基础生长的多量子阱层会比在InGaN层403上生长的多量子阱层晶体质量更好，从而多量子阱层的内量子效率也会较高。
[0033]由于应力释放层40中的InxGapxN层403中的In组分的含量很难达到一个较高的要求，本实施例，在生长InxGahN层403之前先预生长一层InN层402，InN层的存在为InxGahN层生长提供了一个富In的氛围(即In原子很充足)，在InxGai_xN层的生长过程中容易形成更多的In-N键，In-N键的形成概率高，In原子可以更好的掺入GaN，形成In组分较高的InGaN层。
[0034]具体地，应力释放层40中的InxGa1J层402可以采用无掺杂的InGaN材料生长。
[0035]容易理解地，因为0〈x < y，所以应力释放层40的每个周期中的InxGai_xN层中的In的含量均低于多量子阱层50的每个周期中的InyGapyN层501中的In的含量。具体地，多量子阱层50的每个周期中的InyGai_yN层501中的In的含量与实际的需求有关，例如在波长各不相同的蓝绿光、红黄光等发光二极管中In的含量各不相同。
[0036]具体地，应力释放层40中的每层GaN层401可以掺杂，该掺杂杂质元素可以为硅
(Si)或锗(Ge)，掺杂后的应力释放层40中的每层GaN层401的电子浓度范围为117?1019cnT3。在其他实施例中，应力释放层40中的每层GaN层401也可以采用无掺杂的GaN材料生长。一般而言，GaN层401如果掺杂一定杂质元素，其抗静电能力会提高，但是掺杂也会影响到其反向工作电压，并且GaN层掺杂的杂质元素过量时，其抗静电能力反而会降低，且反向工作电压会进一步降低，所以GaN层是否需要掺杂可以结合具体的生长条件进行考虑O
[0037]实现时，应力释放层40的每个周期中的InxGapxN层403与GaN层401的厚度大于InN层402的厚度。应力释放层40的晶格常数是InN层402、InxGa1^xN层403、GaN层401三个子层晶格常数的平均值，InN层402的晶格常数大于GaN层401的晶格常数，所以InN层402越厚应力释放层40的晶格常数平均值越大，越薄则越小，所以我们可以通过改变InN层的厚度来改变应力释放层的晶格常数使其更接近多量子阱层的晶格常数平均值。此外，InN层402如果过厚的话，晶体质量会变差，并且LED器件的工作电压会升高，所以需要保证应力释放层40的每个周期中的InxGahN层403与GaN层401的厚度大于InN层402的厚度。
[0038]具体地，应力释放层40中的每层InN层402的厚度大于Onm，且应力释放层中的每层InN层的厚度小于或等于2nm，应力释放层40中的每层InxGa1J^层403的厚度可以为I?20nm，应力释放层40中的每层GaN层401的厚度的范围可以为I?20nmo
[0039]进一步地，应力释放层40的每个周期中的InxGapxN层403的厚度与GaN层401的厚度可以相同，也可以不同。容易理解地，当两者的厚度不同时，可以包括每个周期中的InxGa1^xN层403的厚度小于或者大于GaN层401的厚度。
[0040]优选应力释放层40的每个周期中的InxGahN层403的厚度小于GaN层401的厚度的生长方式，因为GaN层401的组分比较简单，生长的晶体质量更好，当GaN层401生长的较厚时，有利于提升LED的抗静电能力。
[0041]作为一种举例，当应力释放层40的周期数为6时，每个周期中的InN层402的厚度为0.15nm，InxGai_xN层403中的In含量可以为0.06，其每层的厚度可以为2nm。每个周期中的GaN层401采用无掺杂的GaN材料生长，其每层的厚度可以为3nm。<