一种提高发光效率的led外延片制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种提高发光效率的LED外延片制备方法，包括：在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层；在缓冲层上外延生长n型氮化镓层；在n型氮化镓层上外延生长多量子阱层；在多量子阱层上从下至上依次外延生长至少两层隔离层；其中，所述至少两层隔离层的生长温度按所述至少两层隔离层从先到后的外延生长顺序逐渐增大；在最后外延生长的隔离层上外延生长p型氮化镓层。通过使用本发明的LED外延片制备方法不仅能大大提高LED的发光效率，而且还能达到工艺步骤简单、成本低的目的。本发明作为一种提高发光效率的LED外延片制备方法可广泛地应用于LED领域中。
【专利说明】
一种提高发光效率的LED外延片制备方法
技术领域
[0001]本发明涉及LED外延片制备工艺，尤其涉及一种提高发光效率的LED外延片制备方法。
【背景技术】
[0002]LEDCLight Emitting D1de，发光二极管)凭借其寿命长、能耗少、光效高等优点正逐渐取代传统的照明光源，越来越广泛地应用于照明领域中。对于LED灯取代传统的白炽灯和荧光灯，其关键在于提高发光效率和降低成本。而外延技术提升则是促进LED照明应用光效提高和成本下降的关键，因此这推动了高光效LED外延的研究。
[0003]目前现阶段用于提高LED内量子效率的主要途径包括有:应用晶格较为匹配的衬底、四元合晶InAlGaN生长多量子阱、图形化衬底外延生长、非极性面生长、量子阱组分与形状的调节等技术手段。但是，这些传统技术手段的重点均集中在如何生长高质量、组分均勾、无分凝，应力小的InGaN材料及对已生长的InGaN讲层材料的保护上，其不仅工艺步骤繁琐复杂，而且所需成本高，因此这并不利于LED的进一步推广和应用。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种简易实现、成本低且可以提高发光效率的LED外延片制备方法。
[0005]本发明所采用的技术方案是:一种提高发光效率的LED外延片制备方法，该方法包括:
A、在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层；
B、在缓冲层上外延生长η型氮化镓层；
C、在η型氮化镓层上外延生长多量子阱层；
D、在多量子阱层上从下至上依次外延生长至少两层隔离层;其中，所述至少两层隔离层的生长温度按所述至少两层隔离层从先到后的外延生长顺序逐渐增大；
Ε、在最后外延生长的隔离层上外延生长P型氮化镓层。
[0006]进一步，所述外延生长的隔离层的层数为2，所述步骤D具体为:
在多量子阱层上从下至上依次外延生长第一隔离层和第二隔离层;其中，所述第二隔离层的生长温度高于第一隔离层的生长温度。
[0007]进一步，所述第一隔离层的生长温度与多量子阱层中的皇层的生长温度相同。
[0008]进一步，所述第二隔离层的生长温度比第一隔离层的生长温度高20?30°C。
[0009]进一步，所述第一隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半。
[0010]进一步，所述第二隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半。
[0011 ]进一步，所述步骤A具体包括: Al、在蓝宝石衬底上进行脱附处理后，对蓝宝石衬底的表面进行氮化处理；
A2、采用两步生长法在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层。
[0012]进一步，所述多量子阱层中皇层的生长温度为830°C，和/或所述多量子阱层中阱层的生长温度为730 °C。
[0013]进一步，所述多量子阱层中阱层的生长速率为皇层的生长速率的1.1倍，和/或所述多量子阱层中皇层和阱层的厚度分别为14nm和2.5nm0
[0014]本发明的有益效果是:本发明的制备方法是在外延生长隔离层时，依次外延生长至少两层隔离层，并且使所述依次外延生长的至少两层的隔离层，它们的生长温度按它们从先到后的外延生长顺序逐渐增大，即在LED外延片的制备过程中使用了温度渐变结构的隔离层，因此能使量子阱到P型氮化镓层缓慢过度，并且可略微升高了 P型氮化镓层的生长温度，从而提高P型氮化镓层的质量，促进空穴的注入以及与电子的复合发光，大大提高了LED的发光效率。而且，相较于传统的LED外延片的制备方法，本发明的制备方法工艺步骤非常简单、易于实现，并且所采用的衬底为蓝宝石衬底，以及无需额外增设其它昂贵的实施设备，因此能达到成本低的目的。由此可得，通过使用本发明的制备方法，不仅能够提高LED的发光效率，而且还能达到工艺步骤简单、成本低的目的，这样则能便于LED的进一步推广和应用。
【附图说明】
[0015]下面结合附图对本发明的【具体实施方式】作进一步说明:
图1是传统LED外延片的结构示意图；
图2是通过本发明方法所制备得出的LED外延片的一具体实施例结构示意图；
图3是通过本发明方法所制备得出的LED外延片与传统LED外延片两者在随着电流增强的情况下的发光强度对比示意图；
图4是通过本发明方法所制备得出的LED外延片与传统LED外延片两者在随着电流增强的情况下的半峰宽对比示意图。
【具体实施方式】
[0016]如图1所示，传统LED外延片包括蓝宝石衬底(Al2O3),所述蓝宝石衬底上从下至上依次外延生长有缓冲层(GaN)、n型层(GaN: Si )、多量子阱层(InGaN/GaN)、隔离层(GaN)以及P型层(GaN:Mg)。其中，所述的η型层(GaN: Si)为掺杂Si的η型氮化镓层，所述的P型层(GaN:Mg)为掺杂Mg的P型氮化镓层。而相较于上述传统的LED外延片结构，本发明方法所制备得出的LED外延片结构则含有温度渐变的至少两层隔离层的结构，从而大大提高发光效率。
[0017]对于本发明一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其具体步骤包括:
Α、在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层；
B、在缓冲层上外延生长η型氮化镓层；
C、在η型氮化镓层上外延生长多量子阱层；
D、在多量子阱层上从下至上依次外延生长至少两层隔离层;其中，所述至少两层隔离层的生长温度按所述至少两层隔离层从先到后的外延生长顺序逐渐增大；
Ε、在最后外延生长的隔离层上外延生长P型氮化镓层。例如，所述外延生长的隔离层的层数为4，即在多量子阱层上从下至上依次外延生长第一隔离层、第二隔离层、第三隔离层及第四隔离层，并且所述第一隔离层的生长温度Tl、第二隔离层的生长温度T2、第三隔离层的生长温度T3及第四隔离层的生长温度T4之间的关系为:T4>T3>T2>T1。
[0018]进一步作为优选的实施方式，所述外延生长的隔离层的层数为2，所述步骤D具体为:
在多量子阱层上从下至上依次外延生长第一隔离层和第二隔离层;其中，所述第二隔离层的生长温度高于第一隔离层的生长温度。这样制备得出的LED外延片的稳定性和可靠性会更好。
[0019]进一步作为优选的实施方式，所述第一隔离层的生长温度与多量子阱层中的皇层的生长温度相同。
[0020]进一步作为优选的实施方式，所述第二隔离层的生长温度比第一隔离层的生长温度高20?30°C。
[0021]进一步作为优选的实施方式，所述第一隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半。
[0022]进一步作为优选的实施方式，所述第二隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半。
[0023]进一步作为优选的实施方式，所述步骤A具体包括:
Al、在蓝宝石衬底上进行脱附处理后，对蓝宝石衬底的表面进行氮化处理；
A2、采用两步生长法在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层。
[0024]进一步作为优选的实施方式，所述多量子阱层中皇层的生长温度为830°C，和/或所述多量子阱层中阱层的生长温度为730°C。
[0025]进一步作为优选的实施方式，所述多量子阱层中阱层的生长速率为皇层的生长速率的1.1倍，和/或所述多量子阱层中皇层和阱层的厚度分别为14nm和2.5nm0
[0026]进一步作为优选的实施方式，所述η型氮化镓层的生长温度为1050°C，生长速率为
2.6ym/h，和/或厚度为2.6μηι ?2.7μηι。
[0027]进一步作为优选的实施方式，所述P型氮化镓层的生长温度为890?900°C、生长速率为0.4ym/h，和/或厚度为190nm?210nm。
[0028]本发明一具体实施例
一种提高发明效率的LED外延片制备方法的具体步骤包括有:
51、在蓝宝石衬底(Al2O3)上先采用1050°C的高温进行脱附处理，然后对蓝宝石衬底(Al2O3)的表面进行氮化处理；
52、采用两步生长法在蓝宝石衬底(Al2O3)上外延生长缓冲层(GaN);
所述步骤S2具体为:先低温成核，然后高温外延生长粗糙层(和退火温度一致1020°C)和恢复层(1065 °C);
53、在缓冲层(GaN)上外延生长η型层(GaN:Si)，即掺杂Si的η型氮化镓层;其中，所述η型层(GaN=Si)的生长温度为1050°C，控制生长速率为2.6ym/h，厚度为2.6μπι?2.7μπι;
54、在上述η型层(GaN:Si)上外延生长多量子阱层(InGaN/GaN);
其中，所述多量子阱层中皇层的生长温度为830°C，所述多量子阱层中阱层的生长温度为730°C，并且通过控制v/m使阱层的生长速率为皇层的生长速率的1.1倍，另外，所述多量子讲层中皇层和讲层的厚度分别为14nm和2.5nm，波长为460nm( ±3nm);
55、在多量子阱层(InGaN/GaN)上从下至上依次外延生长第一隔离层和第二隔离层； 其中，所述第二隔离层的生长温度高于第一隔离层的生长温度，即第二隔离层为高温隔离层，第一隔离层为低温隔离层；
优选地，所述第一隔离层的生长温度与多量子阱层中的皇层的生长温度相同，所述第一隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半；
优选地，所述第二隔离层的生长温度比第一隔离层的生长温度高20?30°C，所述第二隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半；
56、在第二隔离层上，S卩最后外延生长的隔离层上，外延生长P型层(GaN:Mg)，即掺杂Mg的P型氮化镓层；
其中，所述P型氮化镓层的生长温度为890?900°C、生长速率为0.4ym/h，厚度为190nm?21 Onm。而通过这一制备方法所制备得出的LED外延片的结构如图2所示。
[0029]对于上述制备方法所制备得出的LED外延片，其相较于传统的LED外延片结构，在随着电流增强的情况下，发光强度更大，如图3所示(A表示本发明方法制备得出的LED外延片的发光强度，B表示传统LED外延片的发光强度);并且，在随着电流增强的情况下，相较于传统的LED外延片，本发明方法制备得出的LED外延片的光谱的半峰宽变小，如图4所示(A表示本发明方法制备得出的LED外延片的光谱本峰宽，B表示传统LED外延片的光谱本峰宽)。
[0030]优选地，在缓冲层中的恢复层及之后外延生长层的控制生长过程中所采用的压强为500Torr，而在缓冲层中的恢复层之前，其控制生长过程所采用的压强为200Torr。
[0031]由上述可得，由于通过本发明方法制备得出的LED外延片含有温度渐变的隔离层，因此能使量子阱到P型层缓慢过渡;并且由于最后生长的隔离层的温度变高，因此可以略微升高了 P型层的温度，这样则可以提高P型层的质量，促进空穴的注入以及与电子的复合发光，大大提高了 LED的发光效率。并且，相较于传统的LED外延片的制备方法，本发明的制备方法工艺步骤简单、易于实现、成本低，无需采用额外其它复杂的制备手段以及增设其它昂贵的实施设备，因此能有效地对LED进行进一步的推广和应用。
[0032]另外，对于上述的制备方法，其既可以结合其他办法共同提高蓝光LED的效率，同时也可以应用于长波长的LED中。
[0033]以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
【主权项】
1.一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:该方法包括: A、在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层； B、在缓冲层上外延生长η型氮化镓层； C、在η型氮化镓层上外延生长多量子阱层； D、在多量子阱层上从下至上依次外延生长至少两层隔离层；其中，所述至少两层隔离层的生长温度按所述至少两层隔离层从先到后的外延生长顺序逐渐增大； E、在最后外延生长的隔离层上外延生长P型氮化镓层。2.根据权利要求1所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述外延生长的隔离层的层数为2，所述步骤D具体为: 在多量子阱层上从下至上依次外延生长第一隔离层和第二隔离层；其中，所述第二隔离层的生长温度高于第一隔离层的生长温度。3.根据权利要求2所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述第一隔离层的生长温度与多量子阱层中的皇层的生长温度相同。4.根据权利要求2或3所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述第二隔离层的生长温度比第一隔离层的生长温度高20?30°C。5.根据权利要求3所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述第一隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半。6.根据权利要求4所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述第二隔离层的外延生长时间为多量子阱层中皇层的生长时间的一半。7.根据权利要求1所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述步骤A具体包括: Al、在蓝宝石衬底上进行脱附处理后，对蓝宝石衬底的表面进行氮化处理； A2、采用两步生长法在蓝宝石衬底上外延生长缓冲层。8.根据权利要求1所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述多量子阱层中皇层的生长温度为830°C，和/或所述多量子阱层中阱层的生长温度为730°C。9.根据权利要求1或8所述一种提高发光效率的LED外延片制备方法，其特征在于:所述多量子阱层中阱层的生长速率为皇层的生长速率的1.1倍，和/或所述多量子阱层中皇层和讲层的厚度分别为14nm和2.5nm ο
【文档编号】H01L33/00GK105895751SQ201610277446
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年4月27日
【发明人】何苗, 黄波, 陈雪芳, 刘翠, 郑树文, 李述体
【申请人】华南师范大学