一种发光二极管外延片的生长方法及外延片的制作方法
一种发光二极管外延片的生长方法及外延片的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的生长方法及外延片。
【背景技术】
[0002]LED (Light Emitting D1de，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，LED具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等。
[0003]外延片是制造LED的重要部件。现有的外延片的生长方法包括:依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层、P型层。其中，有源层由InGaN层和GaN层交替生长形成。
[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]InGaN层和GaN层的生长温度是固定不变的，由于生长温度越高，反应越迅速和完全，晶格质量越好，同时生长温度越高，In析出越严重(In不能掺杂到晶格中)，析出的In不能有效参与反应，InGaN层被破坏，在兼顾晶格质量和In的并入效率(In掺入晶格中的多少)的情况下，LED的发光效率有限。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术LED的发光效率有限的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法及外延片。所述技术方案如下:
[0007]—方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括:
[0008]依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层；
[0009]在所述N型层上交替生长高温InGaN阱层和高温GaN皇层，形成高温有源层；
[0010]在所述高温有源层上交替生长低温InGaN阱层和低温GaN皇层，形成低温有源层；
[0011]依次在所述低温有源层上生长电子阻挡层、P型层；
[0012]其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度；
[0013]所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率；
[0014]所述低温InGaN讲层的厚度大于所述高温InGaN讲层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度；
[0015]所述低温InGaN阱层的V / III比与所述低温GaN皇层的V /III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。
[0016]可选地，所述低温InGaN阱层的V /III比小于所述高温InGaN阱层的V /III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V /III比。
[0017]可选地，所述低温InGaN阱层的V / III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。
[0018]可选地，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。
[0019]可选地，所述低温InGaN讲层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。
[0020]另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、电子阻挡层、P型层，在所述N型层和所述P型层之间依次生长高温有源层、低温有源层，所述高温有源层由交替生长的高温InGaN阱层和高温GaN皇层形成，所述低温有源层由交替生长的低温InGaN讲层和低温GaN皇层形成；
[0021]其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度；
[0022]所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率；
[0023]所述低温InGaN阱层的厚度大于所述高温InGaN阱层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度；
[0024]所述低温InGaN阱层的V /III比与所述低温GaN皇层的V /III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。
[0025]可选地，所述低温InGaN阱层的V /III比小于所述高温InGaN阱层的V /III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V /III比。
[0026]可选地，所述低温InGaN阱层的V / III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。
[0027]可选地，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。
[0028]可选地，所述低温InGaN讲层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。
[0029]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0030]通过先生长高温有源层，高温有源层的生长温度较高、生长速率较快、厚度较薄、阱层的V / III比和皇层的V / III比相同，反应分子的迀移率较高、反应迅速且充分，晶格质量较好，提高了 LED的光电性能(不会造成负影响，如开启电压高)，并且对电子空穴在低温有源层复合发光的阻挡作用较弱。再在晶格质量较好的高温有源层上生长低温有源层，由于晶格质量是随着LED的生长过程缓慢变化的，因此整体的晶格质量不会较差。另外，低温有源层的生长温度较低、生长速率较慢、厚度较厚，In不容易析出，尽可能地提高了 In的并入效率。而且低温有源层中阱层的V /III比和皇层的V /III比不同，由于V /III比会影响In在GaN中的溶解度，因此低温有源层中各成分是不稳定的、分布不均匀，这个状态的低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光，发光强度较高，可以出现非常亮的斑点(spots)，有效发光较多，发光效率高。
【附图说明】
[0031]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。
[0032]图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
[0033]图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]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。
[0035]实施例一
[0036]本发明实施例提供了发光二极管外延片的生长方法，参见图1，该生长方法包括:
[0037]步骤10:对衬底进行预处理。
[0038]可选地，衬底为蓝宝石。
[0039]具体地，该步骤10可以包括:
[0040]在氢气气氛下，高温处理衬底5_8min。其中，反应室温度为1000-1050°C，反应室压力控制在200-300torr。
[0041]步骤11:依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层。
[0042]在本实施例中，米用Veeco K465i/C4 MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposit1n，金属有机化学气相沉淀)设备实现 LED外延片的生长方法。采用高纯H2 (氢气)或高纯N2 (氮气)或高纯H2和高纯N 2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力为100-600torr。
[0043]具体地，低温缓冲层等生长在蓝宝石的面上。
[0044]可选地，低温缓冲层可以为GaN层，厚度可以为20_35nm。具体地，生长低温缓冲层时，反应室温度可以为520-560°C，反应室压力控制在200-300torr。
[0045]未掺杂GaN层可以为不掺杂的GaN层，厚度可以为1.5_3um。具体地，生长未掺杂GaN层时，反应室温度可以为1060-1100°C，反应室压力控制在200-600torr。
[0046]N型层可以为掺Si的GaN层，厚度可以为2_3um。具体地，生长N型层时，反应室温度可以为1050-1090°C，反应室压力控制在100-200torr。
[0047]步骤12:在N型层上交替生长高温InGaN阱层和高温GaN皇层，形成高温有源层。
[0048]在本实施例中，高温InGaN阱层的V / III比与高温GaN皇层的V / III比相同。
[0049]其中，V /III比为V价原子与III价原子的摩尔比，例如GaN的V /III比为N原子与Ga原子的摩尔比。具体到本实施例中，V /III比为N源(NH3)与镓源(TMGa、TEGa等)的比值。
[0050]可选地，高温InGaN阱层的生长温度可以为780_820°C，高温GaN皇层的生长温度可以为890-940°C。若高温InGaN阱层的生长温度低于780°C，则会由于温度低造成此层材料内部缺陷增多，近而导致晶格质量变差。若高温InGaN阱层的生长温度高于820°C，则会引起InGaN层的分解，进而导致有源层的缺陷增多。若高温GaN皇层的生长温度低于890°C，则会导致晶格质量变差，失去了高温有源层作为长晶层的意义。若高温GaN皇层的生长温度高于940°C，则会破坏InGaN阱层。高温有源层的InGaN阱层的生长温度为780_820°C、GaN皇层的生长温度为890-940 °C，既可以保证晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，同时保证发光效率。
[0051]优选地，高温InGaN阱层的生长温度可以为790_810°C，高温GaN皇层的生长温度可以为900-930°C。既保证整体有源层的晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，提高了发光效率和抗静电能力。
[0052]具体地，高温InGaN阱层的生长速率可以等于高温GaN皇层的生长速率，也可以小于高温GaN皇层的生长速率，还可以大于高温GaN皇层的生长速率。
[0053]具体地，高温InGaN阱层的厚度可以等于高温GaN皇层的厚度，也可以小于高温GaN皇层的厚度，还可以大于高温GaN皇层的厚度。
[0054]可选地，高温InGaN讲层的层数可以为2-6，高温GaN皇层的层数可以为2-6。实验表明，若高温InGaN阱层的层数和高温GaN皇层的层数低于2个，则起不到高温有源层作为长晶层的作用和意义。若高温InGaN阱层的层数和高温GaN皇层的层数多于6个，则会因为高温有源层较高的生长温度对发光阱造成破坏。
[0055]优选地，高温InGaN讲层的层数可以为4_6，高温GaN皇层的层数可以为4_6。既保证多量子阱的整体晶格质量，又保证电子与空穴有效复合的几率。
[0056]步骤13:在高温有源层上交替生长低温InGaN阱层和低温GaN皇层，形成低温有源层。
[0057]在本实施例中，低温InGaN阱层的V /III比与低温GaN皇层的V /III比不同。低温InGaN阱层的生长温度低于高温InGaN阱层的生长温度，低温GaN皇层的生长温度低于高温GaN皇层的生长温度。低温InGaN阱层的生长速率小于高温InGaN阱层的生长速率，低温GaN皇层的生长速率小于高温GaN皇层的生长速率。低温InGaN阱层的厚度大于高温InGaN讲层的厚度，低温GaN皇层的厚度大于高温GaN皇层的厚度。
[0058]优选地，低温InGaN阱层的V / III比可以小于低温GaN皇层的V / III比，此时
V/III比的不同更容易导致的册13的掺入量不一样、成分不均匀，低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光、提高发光强度。
[0059]更优选地，低温GaN皇层的V /III比可以为低温InGaN阱层的V /III比的2_5倍。在这个范围内，既可以保证对高温有源层长晶的影响最小，也容易产生成分不均匀的低温有源层，从而提高发光强度。
[0060]具体地，低温InGaN阱层的V /III比可以等于高温InGaN阱层的V /III比，也可以小于高温InGaN阱层的V /III比，还可以大于高温InGaN阱层的V /III比。低温GaN皇层的V /III比可以等于高温GaN皇层的V /III比，也可以小于高温GaN皇层的V /III比，还可以大于高温GaN皇层的V /III比。
[0061]优选地，低温InGaN阱层的V /III比可以小于高温InGaN阱层的V /III比，低温GaN皇层的V /III比可以小于高温GaN皇层的V /III比。由于高的V /III比利于二维生长，低的V /III比利于三维生长，高V /III比下，有源层会容易生长好，因此高温有源层的V /III比较高时长晶较好，为发光层作基础。
[0062]可选地，低温InGaN阱层的生长温度可以为750_790°C，低温GaN皇层的生长温度可以为880-930°C。若低温InGaN阱层的生长温度低于750°C，则在增加In的并入效率同时，导致晶格质量严重变差。若低温InGaN阱层的生长温度高于790°C，则会引起In的析出而降低In的并入效率。若低温GaN皇层的生长温度低于880°C，则会由于此层温度高而导致阱层的In析出，更会导致此低温有源层的整体晶格质量变差。若低温GaN皇层的生长温度高于930°C，则同样会破坏InGaN有源层。高温有源层的InGaN阱层的生长温度为780-820°C, GaN皇层的生长温度为890-940°C，低温InGaN阱层的生长温度为750_790°C、GaN皇层的生长温度为880-930°C，既可以保证晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，同时保证发光效率。
[0063]优选地，低温InGaN阱层的生长温度可以为760_780°C，低温GaN皇层的生长温度可以为890-920°C。既保证整体有源层的晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，因此提高了发光效率和抗静电能力。
[0064]可选地，低温InGaN阱层的层数可以为8_14，低温GaN皇层的层数可以为8_14。实验表明，若低温InGaN阱层的层数和低温GaN皇层的层数低于8个，则会因为发光阱数太少而影响发光效率。若低温InGaN阱层的层数和低温GaN皇层的层数多于14个，则会影响电子与空穴有效复合的几率。
[0065]优选地，低温InGaN阱层的层数可以为9-12，低温GaN皇层的层数可以为9-12。既保证多量子阱的整体晶格质量，又保证电子与空穴有效复合的几率。
[0066]具体地，低温InGaN阱层的生长速率可以等于低温GaN皇层的生长速率，也可以小于低温GaN皇层的生长速率，还可以大于低温GaN皇层的生长速率。
[0067]优选地，低温InGaN阱层的生长速率可以小于低温GaN皇层的生长速率，有效弥 补低温有源层的低温生长而导致晶格质量较差的负影响。具体来说，低温生长本身对有源层长晶是不好的，但是由于In的并入效率需要低温，因此量子阱必须要用低温。同时生长速率对晶体质量的影响较大，生长速率慢对晶体质量的提高有好处，但是耗时、成本高。由于量子阱温度低而导致晶体质量差，所以采用低速生长来弥补质量差。不过低速也不会太低，若太低，不但不能弥补低温生长带来的晶体质量差，还会影响发光强度。
[0068]更优选地，低温GaN皇层的生长速率可以为低温InGaN阱层的生长速率的5-10倍。在这个范围内，既不延长生长时间，也不会因为温度低、生长时间长而影响晶体质量。否则既不能保证晶体质量又延长生长时间，对发光强度也有负影响。
[0069]具体地，低温InGaN阱层的厚度可以等于低温GaN皇层的厚度，也可以小于低温GaN皇层的厚度，还可以大于低温GaN皇层的厚度。
[0070]优选地，低温InGaN阱层的厚度可以小于低温GaN皇层的厚度，避免量子阱太厚引起较强的极化作用，增加电子波函数与空穴波函数的重叠几率，从而提高电子与空穴复合的几率。
[0071]步骤14:依次在低温有源层上生长电子阻挡层、P型层。
[0072]可选地，电子阻挡层可以为掺Al、掺Mg的AlyG&1_yN(y = 0.15-0.25)，电子阻挡层的厚度可以为35-60nm。具体地，生长电子阻挡层时，反应室温度可以为940_970°C，反应室压力控制在lOOtorr。
[0073]P型层可以为掺Mg的GaN层，P型层的厚度可以为60_100nm。具体地，生长P型层时，反应室温度可以为940-970 0C，反应室压力控制在200-500torr。
[0074]步骤15:活化P型层。
[0075]具体地，该步骤15可以包括:
[0076]在氮气气氛下，持续处理P型层20_30min。其中，反应室温度为650_750°C，反应室压力控制在200torr。
[0077]需要说明的是，活化P型层主要是活化P型层中掺杂的Mg，避免由于不活化而导致欧姆接触差引起芯片亮度低和电压高的情况。
[0078]下面分别对第一样品和第二样品在相同的工艺条件下镀10nm的IT0(IndiumTin Oxides，氧化铟锡金属氧化物)层，150nm的Cr/Pt/Au电极和50nm的S12保护层，并分别将处理后的第一样品和第二样品研磨切割成254 μ m*762 μ m(1mi*30miI)的芯粒和229 ym*559 ym(9mi*22mil)的芯粒。其中，第一样品是采用有源层由InGaN层和GaN层交替生长形成的发光二极管的生长方法(InGaN层和GaN层的生长温度、生长速率、厚度、V /III比均固定不变)得到的，第二样品是采用本实施例提供的发光二极管的生长方法得到的。
[0079]接着在处理后的第一样品和第二样品的相同位置各自挑选350颗晶粒，在相同的工艺条件下，封装成白光LED。采用积分球分别在驱动电流120mA和60mA条件下测试来自于第一样品的晶粒和来自于第二样品的晶粒的光电性能。
[0080]结果显示，两种来自于第二样品的晶粒与比来自于第一样品的晶粒相比，光强分别在120mA和60mA驱动电流下有明显提升，而且抗静电能力也明显升高。
[0081]本发明实施例通过先生长高温有源层，高温有源层的生长温度较高、生长速率较快、厚度较薄、阱层的V /III比和皇层的V /III比相同，反应分子的迀移率较高、反应迅速且充分，晶格质量较好，提高了 LED的光电性能(不会造成负影响，如开启电压高)，并且对电子空穴在低温有源层复合发光的阻挡作用较弱。再在晶格质量较好的高温有源层上生长低温有源层，由于晶格质量是随着LED的生长过程缓慢变化的，因此整体的晶格质量不会较差。另外，低温有源层的生长温度较低、生长速率较慢、厚度较厚，In不容易析出，尽可能地提高了 In的并入效率。而且低温有源层中阱层的V /III比和皇层的V /III比不同，由于
V/III比会影响In在GaN中的溶解度，因此低温有源层中各成分是不稳定的、分布不均匀，这个状态的低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光，发光强度较高，可以出现非常亮的斑点(spots)，有效发光较多，发光效率高。
[0082]实施例二
[0083]本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，该发光二极管外延片采用如实施例一提供的发光二极管外延片的生长方法得到的，参见图2，该发光二极管外延片包括衬底
1、以及依次层叠在衬底I上的低温缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型层4、高温有源层5、低温有源层6、电子阻挡层7、P型层8。
[0084]在本实施例中，高温有源层5由交替生长的高温InGaN阱层51和高温GaN皇层52形成。低温有源层6由交替生长的低温InGaN讲层61和低温GaN皇层62形成。
[0085]其中，低温InGaN阱层61的生长温度低于高温InGaN阱层51的生长温度，低温GaN皇层62的生长温度低于高温GaN皇层52的生长温度。低温InGaN阱层61的生长速率小于高温InGaN阱层51的生长速率，低温GaN皇层62的生长速率小于高温GaN皇层52的生长速率。低温InGaN阱层61的厚度大于高温InGaN阱层51的厚度，低温GaN皇层62的厚度大于高温GaN皇层52的厚度。低温InGaN阱层61的V / III比与低温GaN皇层62的
V/ III比不同，高温InGaN阱层51的V / III比与高温GaN皇层52的V / III比相同。
[0086]其中，V /III比为V价原子与III价原子的摩尔比，例如GaN的V /III比为N原子与Ga原子的摩尔比。具体到本实施例中，V /III比为N源(NH3)与镓源(TMGa、TEGa等)的比值。
[0087]优选地，低温InGaN阱层61的V / III比可以小于低温GaN皇层62的V / III比。
[0088]更优选地，低温GaN皇层62的V / III比可以为低温InGaN阱层61的V / III比的
2-5 倍。
[0089]具体地，低温InGaN阱层61的V / III比可以等于高温InGaN阱层51的V /III比，也可以小于高温InGaN阱层51的V / III比，还可以大于高温InGaN阱层51的V /III比。低温GaN皇层62的V /III比可以等于高温GaN皇层52的V / III比，也可以小于高温GaN皇层52的V /III比，还可以大于高温GaN皇层52的V /III比。
[0090]优选地，低温InGaN阱层61的V / III比可以小于高温InGaN阱层51的V / III比，低温GaN皇层62的V / III比可以小于高温GaN皇层52的V / III比。
[0091]可选地，低温InGaN阱层61的生长温度可以为750-790°C，低温GaN皇层62的生长温度可以为880-930°C。
[0092]优选地，低温InGaN阱层61的生长温度可以为760_780°C，低温GaN皇层62的生长温度可以为890-920°C。
[0093]可选地，低温InGaN阱层61的层数可以为8_14，低温GaN皇层62的层数可以为
8-14o
[0094]优选地，低温InGaN阱层61的层数可以为9_12，低温GaN皇层62的层数可以为
9-12o
[0095]具体地，低温InGaN阱层61的生长速率可以等于低温GaN皇层62的生长速率，也可以小于低温GaN皇层62的生长速率，还可以大 于低温GaN皇层62的生长速率。
[0096]优选地，低温InGaN阱层61的生长速率可以小于低温GaN皇层62的生长速率。
[0097]更优选地，低温GaN皇层62的生长速率可以为低温InGaN阱层61的生长速率的5-10 倍。
[0098]具体地，低温InGaN讲层61的厚度可以等于低温GaN皇层62的厚度，也可以小于低温GaN皇层62的厚度，还可以大于低温GaN皇层62的厚度。
[0099]优选地，低温InGaN讲层61的厚度可以小于低温GaN皇层62的厚度。
[0100]可选地，高温InGaN阱层51的生长温度可以为780_820°C，高温GaN皇层52的生长温度可以为890-940°C。
[0101]优选地，高温InGaN阱层51的生长温度可以为790_810°C，高温GaN皇层52的生长温度可以为900-930°C。
[0102]具体地，高温InGaN阱层51的生长速率可以等于高温GaN皇层52的生长速率，也可以小于高温GaN皇层52的生长速率，还可以大于高温GaN皇层52的生长速率。
[0103]具体地，高温InGaN讲层51的厚度可以等于高温GaN皇层52的厚度，也可以小于高温GaN皇层52的厚度，还可以大于高温GaN皇层52的厚度。
[0104]可选地，高温InGaN讲层51的层数可以为2_6，高温GaN皇层52的层数可以为2-6。
[0105]优选地，高温InGaN讲层51的层数可以为4_6，高温GaN皇层52的层数可以为4-6。
[0106]本发明实施例通过先生长高温有源层，高温有源层的生长温度较高、生长速率较快、厚度较薄、阱层的V /III比和皇层的V /III比相同，反应分子的迀移率较高、反应迅速且充分，晶格质量较好，提高了 LED的光电性能(不会造成负影响，如开启电压高)，并且对电子空穴在低温有源层复合发光的阻挡作用较弱。再在晶格质量较好的高温有源层上生长低温有源层，由于晶格质量是随着LED的生长过程缓慢变化的，因此整体的晶格质量不会较差。另外，低温有源层的生长温度较低、生长速率较慢、厚度较厚，In不容易析出，尽可能地提高了 In的并入效率。而且低温有源层中阱层的V /III比和皇层的V /III比不同，由于
V/III比会影响In在GaN中的溶解度，因此低温有源层中各成分是不稳定的、分布不均匀，这个状态的低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光，发光强度较高，可以出现非常亮的斑点(spots)，有效发光较多，发光效率高。
[0107]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0108]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。
【主权项】
1.一种发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括: 依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层； 在所述N型层上交替生长高温InGaN阱层和高温GaN皇层，形成高温有源层； 在所述高温有源层上交替生长低温InGaN阱层和低温GaN皇层，形成低温有源层； 依次在所述低温有源层上生长电子阻挡层、P型层； 其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度； 所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率； 所述低温InGaN阱层的厚度大于所述高温InGaN阱层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度； 所述低温InGaN讲层的V / III比与所述低温GaN皇层的V / III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述高温InGaN阱层的V /III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V/III比。3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。4.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。5.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。6.—种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、电子阻挡层、P型层，其特征在于，在所述N型层和所述P型层之间依次生长高温有源层、低温有源层，所述高温有源层由交替生长的高温InGaN讲层和高温GaN皇层形成，所述低温有源层由交替生长的低温InGaN讲层和低温GaN皇层形成； 其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度； 所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率； 所述低温InGaN阱层的厚度大于所述高温InGaN阱层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度； 所述低温InGaN讲层的V / III比与所述低温GaN皇层的V / III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。7.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述高温InGaN阱层的V / III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V / III比。8.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。9.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。10.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。
【专利摘要】本发明公开了一种发光二极管外延片的生长方法及外延片，属于半导体技术领域。所述生长方法包括：依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、高温有源层、低温有源层、电子阻挡层、P型层；低温InGaN阱层的生长温度、生长速率低于高温InGaN阱层的生长温度、生长速率，低温GaN垒层的生长温度、生长速率低于高温GaN垒层的生长温度、生长速率；低温InGaN阱层的厚度大于高温InGaN阱层的厚度，低温GaN垒层的厚度大于高温GaN垒层的厚度；低温InGaN阱层的Ⅴ/Ⅲ比与低温GaN垒层的Ⅴ/Ⅲ比不同，高温InGaN阱层的Ⅴ/Ⅲ比与高温GaN垒层的Ⅴ/Ⅲ比相同。本发明发光效率高。
【IPC分类】H01L33/02, H01L33/32
【公开号】CN104900778
【申请号】CN201510253813
【发明人】从颖, 姚振, 韩杰, 陈柏松, 胡加辉, 魏世祯
【申请人】华灿光电(苏州）有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月18日
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片的生长方法及外延片。
【背景技术】
[0002]LED (Light Emitting D1de，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，LED具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源、户外全彩显示屏等。
[0003]外延片是制造LED的重要部件。现有的外延片的生长方法包括:依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、有源层、P型层。其中，有源层由InGaN层和GaN层交替生长形成。
[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]InGaN层和GaN层的生长温度是固定不变的，由于生长温度越高，反应越迅速和完全，晶格质量越好，同时生长温度越高，In析出越严重(In不能掺杂到晶格中)，析出的In不能有效参与反应，InGaN层被破坏，在兼顾晶格质量和In的并入效率(In掺入晶格中的多少)的情况下，LED的发光效率有限。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术LED的发光效率有限的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法及外延片。所述技术方案如下:
[0007]—方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括:
[0008]依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层；
[0009]在所述N型层上交替生长高温InGaN阱层和高温GaN皇层，形成高温有源层；
[0010]在所述高温有源层上交替生长低温InGaN阱层和低温GaN皇层，形成低温有源层；
[0011]依次在所述低温有源层上生长电子阻挡层、P型层；
[0012]其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度；
[0013]所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率；
[0014]所述低温InGaN讲层的厚度大于所述高温InGaN讲层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度；
[0015]所述低温InGaN阱层的V / III比与所述低温GaN皇层的V /III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。
[0016]可选地，所述低温InGaN阱层的V /III比小于所述高温InGaN阱层的V /III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V /III比。
[0017]可选地，所述低温InGaN阱层的V / III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。
[0018]可选地，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。
[0019]可选地，所述低温InGaN讲层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。
[0020]另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、电子阻挡层、P型层，在所述N型层和所述P型层之间依次生长高温有源层、低温有源层，所述高温有源层由交替生长的高温InGaN阱层和高温GaN皇层形成，所述低温有源层由交替生长的低温InGaN讲层和低温GaN皇层形成；
[0021]其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度；
[0022]所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率；
[0023]所述低温InGaN阱层的厚度大于所述高温InGaN阱层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度；
[0024]所述低温InGaN阱层的V /III比与所述低温GaN皇层的V /III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。
[0025]可选地，所述低温InGaN阱层的V /III比小于所述高温InGaN阱层的V /III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V /III比。
[0026]可选地，所述低温InGaN阱层的V / III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。
[0027]可选地，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。
[0028]可选地，所述低温InGaN讲层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。
[0029]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0030]通过先生长高温有源层，高温有源层的生长温度较高、生长速率较快、厚度较薄、阱层的V / III比和皇层的V / III比相同，反应分子的迀移率较高、反应迅速且充分，晶格质量较好，提高了 LED的光电性能(不会造成负影响，如开启电压高)，并且对电子空穴在低温有源层复合发光的阻挡作用较弱。再在晶格质量较好的高温有源层上生长低温有源层，由于晶格质量是随着LED的生长过程缓慢变化的，因此整体的晶格质量不会较差。另外，低温有源层的生长温度较低、生长速率较慢、厚度较厚，In不容易析出，尽可能地提高了 In的并入效率。而且低温有源层中阱层的V /III比和皇层的V /III比不同，由于V /III比会影响In在GaN中的溶解度，因此低温有源层中各成分是不稳定的、分布不均匀，这个状态的低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光，发光强度较高，可以出现非常亮的斑点(spots)，有效发光较多，发光效率高。
【附图说明】
[0031]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。
[0032]图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图；
[0033]图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的结构示意图。
【具体实施方式】
[0034]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。
[0035]实施例一
[0036]本发明实施例提供了发光二极管外延片的生长方法，参见图1，该生长方法包括:
[0037]步骤10:对衬底进行预处理。
[0038]可选地，衬底为蓝宝石。
[0039]具体地，该步骤10可以包括:
[0040]在氢气气氛下，高温处理衬底5_8min。其中，反应室温度为1000-1050°C，反应室压力控制在200-300torr。
[0041]步骤11:依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层。
[0042]在本实施例中，米用Veeco K465i/C4 MOCVD(Metal Organic Chemical VaporDeposit1n，金属有机化学气相沉淀)设备实现 LED外延片的生长方法。采用高纯H2 (氢气)或高纯N2 (氮气)或高纯H2和高纯N 2的混合气体作为载气，高纯NH3作为N源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，三甲基铝(TMAl)作为铝源，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力为100-600torr。
[0043]具体地，低温缓冲层等生长在蓝宝石的面上。
[0044]可选地，低温缓冲层可以为GaN层，厚度可以为20_35nm。具体地，生长低温缓冲层时，反应室温度可以为520-560°C，反应室压力控制在200-300torr。
[0045]未掺杂GaN层可以为不掺杂的GaN层，厚度可以为1.5_3um。具体地，生长未掺杂GaN层时，反应室温度可以为1060-1100°C，反应室压力控制在200-600torr。
[0046]N型层可以为掺Si的GaN层，厚度可以为2_3um。具体地，生长N型层时，反应室温度可以为1050-1090°C，反应室压力控制在100-200torr。
[0047]步骤12:在N型层上交替生长高温InGaN阱层和高温GaN皇层，形成高温有源层。
[0048]在本实施例中，高温InGaN阱层的V / III比与高温GaN皇层的V / III比相同。
[0049]其中，V /III比为V价原子与III价原子的摩尔比，例如GaN的V /III比为N原子与Ga原子的摩尔比。具体到本实施例中，V /III比为N源(NH3)与镓源(TMGa、TEGa等)的比值。
[0050]可选地，高温InGaN阱层的生长温度可以为780_820°C，高温GaN皇层的生长温度可以为890-940°C。若高温InGaN阱层的生长温度低于780°C，则会由于温度低造成此层材料内部缺陷增多，近而导致晶格质量变差。若高温InGaN阱层的生长温度高于820°C，则会引起InGaN层的分解，进而导致有源层的缺陷增多。若高温GaN皇层的生长温度低于890°C，则会导致晶格质量变差，失去了高温有源层作为长晶层的意义。若高温GaN皇层的生长温度高于940°C，则会破坏InGaN阱层。高温有源层的InGaN阱层的生长温度为780_820°C、GaN皇层的生长温度为890-940 °C，既可以保证晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，同时保证发光效率。
[0051]优选地，高温InGaN阱层的生长温度可以为790_810°C，高温GaN皇层的生长温度可以为900-930°C。既保证整体有源层的晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，提高了发光效率和抗静电能力。
[0052]具体地，高温InGaN阱层的生长速率可以等于高温GaN皇层的生长速率，也可以小于高温GaN皇层的生长速率，还可以大于高温GaN皇层的生长速率。
[0053]具体地，高温InGaN阱层的厚度可以等于高温GaN皇层的厚度，也可以小于高温GaN皇层的厚度，还可以大于高温GaN皇层的厚度。
[0054]可选地，高温InGaN讲层的层数可以为2-6，高温GaN皇层的层数可以为2-6。实验表明，若高温InGaN阱层的层数和高温GaN皇层的层数低于2个，则起不到高温有源层作为长晶层的作用和意义。若高温InGaN阱层的层数和高温GaN皇层的层数多于6个，则会因为高温有源层较高的生长温度对发光阱造成破坏。
[0055]优选地，高温InGaN讲层的层数可以为4_6，高温GaN皇层的层数可以为4_6。既保证多量子阱的整体晶格质量，又保证电子与空穴有效复合的几率。
[0056]步骤13:在高温有源层上交替生长低温InGaN阱层和低温GaN皇层，形成低温有源层。
[0057]在本实施例中，低温InGaN阱层的V /III比与低温GaN皇层的V /III比不同。低温InGaN阱层的生长温度低于高温InGaN阱层的生长温度，低温GaN皇层的生长温度低于高温GaN皇层的生长温度。低温InGaN阱层的生长速率小于高温InGaN阱层的生长速率，低温GaN皇层的生长速率小于高温GaN皇层的生长速率。低温InGaN阱层的厚度大于高温InGaN讲层的厚度，低温GaN皇层的厚度大于高温GaN皇层的厚度。
[0058]优选地，低温InGaN阱层的V / III比可以小于低温GaN皇层的V / III比，此时
V/III比的不同更容易导致的册13的掺入量不一样、成分不均匀，低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光、提高发光强度。
[0059]更优选地，低温GaN皇层的V /III比可以为低温InGaN阱层的V /III比的2_5倍。在这个范围内，既可以保证对高温有源层长晶的影响最小，也容易产生成分不均匀的低温有源层，从而提高发光强度。
[0060]具体地，低温InGaN阱层的V /III比可以等于高温InGaN阱层的V /III比，也可以小于高温InGaN阱层的V /III比，还可以大于高温InGaN阱层的V /III比。低温GaN皇层的V /III比可以等于高温GaN皇层的V /III比，也可以小于高温GaN皇层的V /III比，还可以大于高温GaN皇层的V /III比。
[0061]优选地，低温InGaN阱层的V /III比可以小于高温InGaN阱层的V /III比，低温GaN皇层的V /III比可以小于高温GaN皇层的V /III比。由于高的V /III比利于二维生长，低的V /III比利于三维生长，高V /III比下，有源层会容易生长好，因此高温有源层的V /III比较高时长晶较好，为发光层作基础。
[0062]可选地，低温InGaN阱层的生长温度可以为750_790°C，低温GaN皇层的生长温度可以为880-930°C。若低温InGaN阱层的生长温度低于750°C，则在增加In的并入效率同时，导致晶格质量严重变差。若低温InGaN阱层的生长温度高于790°C，则会引起In的析出而降低In的并入效率。若低温GaN皇层的生长温度低于880°C，则会由于此层温度高而导致阱层的In析出，更会导致此低温有源层的整体晶格质量变差。若低温GaN皇层的生长温度高于930°C，则同样会破坏InGaN有源层。高温有源层的InGaN阱层的生长温度为780-820°C, GaN皇层的生长温度为890-940°C，低温InGaN阱层的生长温度为750_790°C、GaN皇层的生长温度为880-930°C，既可以保证晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，同时保证发光效率。
[0063]优选地，低温InGaN阱层的生长温度可以为760_780°C，低温GaN皇层的生长温度可以为890-920°C。既保证整体有源层的晶格质量，又不会破坏InGaN发光层，因此提高了发光效率和抗静电能力。
[0064]可选地，低温InGaN阱层的层数可以为8_14，低温GaN皇层的层数可以为8_14。实验表明，若低温InGaN阱层的层数和低温GaN皇层的层数低于8个，则会因为发光阱数太少而影响发光效率。若低温InGaN阱层的层数和低温GaN皇层的层数多于14个，则会影响电子与空穴有效复合的几率。
[0065]优选地，低温InGaN阱层的层数可以为9-12，低温GaN皇层的层数可以为9-12。既保证多量子阱的整体晶格质量，又保证电子与空穴有效复合的几率。
[0066]具体地，低温InGaN阱层的生长速率可以等于低温GaN皇层的生长速率，也可以小于低温GaN皇层的生长速率，还可以大于低温GaN皇层的生长速率。
[0067]优选地，低温InGaN阱层的生长速率可以小于低温GaN皇层的生长速率，有效弥 补低温有源层的低温生长而导致晶格质量较差的负影响。具体来说，低温生长本身对有源层长晶是不好的，但是由于In的并入效率需要低温，因此量子阱必须要用低温。同时生长速率对晶体质量的影响较大，生长速率慢对晶体质量的提高有好处，但是耗时、成本高。由于量子阱温度低而导致晶体质量差，所以采用低速生长来弥补质量差。不过低速也不会太低，若太低，不但不能弥补低温生长带来的晶体质量差，还会影响发光强度。
[0068]更优选地，低温GaN皇层的生长速率可以为低温InGaN阱层的生长速率的5-10倍。在这个范围内，既不延长生长时间，也不会因为温度低、生长时间长而影响晶体质量。否则既不能保证晶体质量又延长生长时间，对发光强度也有负影响。
[0069]具体地，低温InGaN阱层的厚度可以等于低温GaN皇层的厚度，也可以小于低温GaN皇层的厚度，还可以大于低温GaN皇层的厚度。
[0070]优选地，低温InGaN阱层的厚度可以小于低温GaN皇层的厚度，避免量子阱太厚引起较强的极化作用，增加电子波函数与空穴波函数的重叠几率，从而提高电子与空穴复合的几率。
[0071]步骤14:依次在低温有源层上生长电子阻挡层、P型层。
[0072]可选地，电子阻挡层可以为掺Al、掺Mg的AlyG&1_yN(y = 0.15-0.25)，电子阻挡层的厚度可以为35-60nm。具体地，生长电子阻挡层时，反应室温度可以为940_970°C，反应室压力控制在lOOtorr。
[0073]P型层可以为掺Mg的GaN层，P型层的厚度可以为60_100nm。具体地，生长P型层时，反应室温度可以为940-970 0C，反应室压力控制在200-500torr。
[0074]步骤15:活化P型层。
[0075]具体地，该步骤15可以包括:
[0076]在氮气气氛下，持续处理P型层20_30min。其中，反应室温度为650_750°C，反应室压力控制在200torr。
[0077]需要说明的是，活化P型层主要是活化P型层中掺杂的Mg，避免由于不活化而导致欧姆接触差引起芯片亮度低和电压高的情况。
[0078]下面分别对第一样品和第二样品在相同的工艺条件下镀10nm的IT0(IndiumTin Oxides，氧化铟锡金属氧化物)层，150nm的Cr/Pt/Au电极和50nm的S12保护层，并分别将处理后的第一样品和第二样品研磨切割成254 μ m*762 μ m(1mi*30miI)的芯粒和229 ym*559 ym(9mi*22mil)的芯粒。其中，第一样品是采用有源层由InGaN层和GaN层交替生长形成的发光二极管的生长方法(InGaN层和GaN层的生长温度、生长速率、厚度、V /III比均固定不变)得到的，第二样品是采用本实施例提供的发光二极管的生长方法得到的。
[0079]接着在处理后的第一样品和第二样品的相同位置各自挑选350颗晶粒，在相同的工艺条件下，封装成白光LED。采用积分球分别在驱动电流120mA和60mA条件下测试来自于第一样品的晶粒和来自于第二样品的晶粒的光电性能。
[0080]结果显示，两种来自于第二样品的晶粒与比来自于第一样品的晶粒相比，光强分别在120mA和60mA驱动电流下有明显提升，而且抗静电能力也明显升高。
[0081]本发明实施例通过先生长高温有源层，高温有源层的生长温度较高、生长速率较快、厚度较薄、阱层的V /III比和皇层的V /III比相同，反应分子的迀移率较高、反应迅速且充分，晶格质量较好，提高了 LED的光电性能(不会造成负影响，如开启电压高)，并且对电子空穴在低温有源层复合发光的阻挡作用较弱。再在晶格质量较好的高温有源层上生长低温有源层，由于晶格质量是随着LED的生长过程缓慢变化的，因此整体的晶格质量不会较差。另外，低温有源层的生长温度较低、生长速率较慢、厚度较厚，In不容易析出，尽可能地提高了 In的并入效率。而且低温有源层中阱层的V /III比和皇层的V /III比不同，由于
V/III比会影响In在GaN中的溶解度，因此低温有源层中各成分是不稳定的、分布不均匀，这个状态的低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光，发光强度较高，可以出现非常亮的斑点(spots)，有效发光较多，发光效率高。
[0082]实施例二
[0083]本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，该发光二极管外延片采用如实施例一提供的发光二极管外延片的生长方法得到的，参见图2，该发光二极管外延片包括衬底
1、以及依次层叠在衬底I上的低温缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型层4、高温有源层5、低温有源层6、电子阻挡层7、P型层8。
[0084]在本实施例中，高温有源层5由交替生长的高温InGaN阱层51和高温GaN皇层52形成。低温有源层6由交替生长的低温InGaN讲层61和低温GaN皇层62形成。
[0085]其中，低温InGaN阱层61的生长温度低于高温InGaN阱层51的生长温度，低温GaN皇层62的生长温度低于高温GaN皇层52的生长温度。低温InGaN阱层61的生长速率小于高温InGaN阱层51的生长速率，低温GaN皇层62的生长速率小于高温GaN皇层52的生长速率。低温InGaN阱层61的厚度大于高温InGaN阱层51的厚度，低温GaN皇层62的厚度大于高温GaN皇层52的厚度。低温InGaN阱层61的V / III比与低温GaN皇层62的
V/ III比不同，高温InGaN阱层51的V / III比与高温GaN皇层52的V / III比相同。
[0086]其中，V /III比为V价原子与III价原子的摩尔比，例如GaN的V /III比为N原子与Ga原子的摩尔比。具体到本实施例中，V /III比为N源(NH3)与镓源(TMGa、TEGa等)的比值。
[0087]优选地，低温InGaN阱层61的V / III比可以小于低温GaN皇层62的V / III比。
[0088]更优选地，低温GaN皇层62的V / III比可以为低温InGaN阱层61的V / III比的
2-5 倍。
[0089]具体地，低温InGaN阱层61的V / III比可以等于高温InGaN阱层51的V /III比，也可以小于高温InGaN阱层51的V / III比，还可以大于高温InGaN阱层51的V /III比。低温GaN皇层62的V /III比可以等于高温GaN皇层52的V / III比，也可以小于高温GaN皇层52的V /III比，还可以大于高温GaN皇层52的V /III比。
[0090]优选地，低温InGaN阱层61的V / III比可以小于高温InGaN阱层51的V / III比，低温GaN皇层62的V / III比可以小于高温GaN皇层52的V / III比。
[0091]可选地，低温InGaN阱层61的生长温度可以为750-790°C，低温GaN皇层62的生长温度可以为880-930°C。
[0092]优选地，低温InGaN阱层61的生长温度可以为760_780°C，低温GaN皇层62的生长温度可以为890-920°C。
[0093]可选地，低温InGaN阱层61的层数可以为8_14，低温GaN皇层62的层数可以为
8-14o
[0094]优选地，低温InGaN阱层61的层数可以为9_12，低温GaN皇层62的层数可以为
9-12o
[0095]具体地，低温InGaN阱层61的生长速率可以等于低温GaN皇层62的生长速率，也可以小于低温GaN皇层62的生长速率，还可以大 于低温GaN皇层62的生长速率。
[0096]优选地，低温InGaN阱层61的生长速率可以小于低温GaN皇层62的生长速率。
[0097]更优选地，低温GaN皇层62的生长速率可以为低温InGaN阱层61的生长速率的5-10 倍。
[0098]具体地，低温InGaN讲层61的厚度可以等于低温GaN皇层62的厚度，也可以小于低温GaN皇层62的厚度，还可以大于低温GaN皇层62的厚度。
[0099]优选地，低温InGaN讲层61的厚度可以小于低温GaN皇层62的厚度。
[0100]可选地，高温InGaN阱层51的生长温度可以为780_820°C，高温GaN皇层52的生长温度可以为890-940°C。
[0101]优选地，高温InGaN阱层51的生长温度可以为790_810°C，高温GaN皇层52的生长温度可以为900-930°C。
[0102]具体地，高温InGaN阱层51的生长速率可以等于高温GaN皇层52的生长速率，也可以小于高温GaN皇层52的生长速率，还可以大于高温GaN皇层52的生长速率。
[0103]具体地，高温InGaN讲层51的厚度可以等于高温GaN皇层52的厚度，也可以小于高温GaN皇层52的厚度，还可以大于高温GaN皇层52的厚度。
[0104]可选地，高温InGaN讲层51的层数可以为2_6，高温GaN皇层52的层数可以为2-6。
[0105]优选地，高温InGaN讲层51的层数可以为4_6，高温GaN皇层52的层数可以为4-6。
[0106]本发明实施例通过先生长高温有源层，高温有源层的生长温度较高、生长速率较快、厚度较薄、阱层的V /III比和皇层的V /III比相同，反应分子的迀移率较高、反应迅速且充分，晶格质量较好，提高了 LED的光电性能(不会造成负影响，如开启电压高)，并且对电子空穴在低温有源层复合发光的阻挡作用较弱。再在晶格质量较好的高温有源层上生长低温有源层，由于晶格质量是随着LED的生长过程缓慢变化的，因此整体的晶格质量不会较差。另外，低温有源层的生长温度较低、生长速率较慢、厚度较厚，In不容易析出，尽可能地提高了 In的并入效率。而且低温有源层中阱层的V /III比和皇层的V /III比不同，由于
V/III比会影响In在GaN中的溶解度，因此低温有源层中各成分是不稳定的、分布不均匀，这个状态的低温有源层中的量子阱更容易捕获电子和空穴进行复合发光，发光强度较高，可以出现非常亮的斑点(spots)，有效发光较多，发光效率高。
[0107]本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0108]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。
【主权项】
1.一种发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括: 依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层； 在所述N型层上交替生长高温InGaN阱层和高温GaN皇层，形成高温有源层； 在所述高温有源层上交替生长低温InGaN阱层和低温GaN皇层，形成低温有源层； 依次在所述低温有源层上生长电子阻挡层、P型层； 其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度； 所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率； 所述低温InGaN阱层的厚度大于所述高温InGaN阱层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度； 所述低温InGaN讲层的V / III比与所述低温GaN皇层的V / III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。2.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述高温InGaN阱层的V /III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V/III比。3.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。4.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。5.根据权利要求1所述的生长方法，其特征在于，所述低温InGaN阱层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。6.—种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、电子阻挡层、P型层，其特征在于，在所述N型层和所述P型层之间依次生长高温有源层、低温有源层，所述高温有源层由交替生长的高温InGaN讲层和高温GaN皇层形成，所述低温有源层由交替生长的低温InGaN讲层和低温GaN皇层形成； 其中，所述低温InGaN阱层的生长温度低于所述高温InGaN阱层的生长温度，所述低温GaN皇层的生长温度低于所述高温GaN皇层的生长温度； 所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述高温InGaN阱层的生长速率，所述低温GaN皇层的生长速率小于所述高温GaN皇层的生长速率； 所述低温InGaN阱层的厚度大于所述高温InGaN阱层的厚度，所述低温GaN皇层的厚度大于所述高温GaN皇层的厚度； 所述低温InGaN讲层的V / III比与所述低温GaN皇层的V / III比不同，所述高温InGaN阱层的V / III比与所述高温GaN皇层的V / III比相同。7.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述高温InGaN阱层的V / III比，所述低温GaN皇层的V / III比小于所述高温GaN皇层的V / III比。8.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的V/ III比小于所述低温GaN皇层的V / III比。9.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的生长速率小于所述低温GaN皇层的生长速率。10.根据权利要求6所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述低温InGaN阱层的厚度小于所述低温GaN皇层的厚度。
【专利摘要】本发明公开了一种发光二极管外延片的生长方法及外延片，属于半导体技术领域。所述生长方法包括：依次在衬底上生长低温缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、高温有源层、低温有源层、电子阻挡层、P型层；低温InGaN阱层的生长温度、生长速率低于高温InGaN阱层的生长温度、生长速率，低温GaN垒层的生长温度、生长速率低于高温GaN垒层的生长温度、生长速率；低温InGaN阱层的厚度大于高温InGaN阱层的厚度，低温GaN垒层的厚度大于高温GaN垒层的厚度；低温InGaN阱层的Ⅴ/Ⅲ比与低温GaN垒层的Ⅴ/Ⅲ比不同，高温InGaN阱层的Ⅴ/Ⅲ比与高温GaN垒层的Ⅴ/Ⅲ比相同。本发明发光效率高。
【IPC分类】H01L33/02, H01L33/32
【公开号】CN104900778
【申请号】CN201510253813
【发明人】从颖, 姚振, 韩杰, 陈柏松, 胡加辉, 魏世祯
【申请人】华灿光电(苏州）有限公司
【公开日】2015年9月9日
【申请日】2015年5月18日
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