[发明专利]GaN基LED外延片及其形成方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体制造技术领域，具体涉及一种GaN基LED外延片及其形成方法。

背景技术

发光二极管LED具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保耐用等特点，在各个领域得到了广泛应用。使用经验表明，传统GaN基蓝光LED的峰值波长随着注入电流的增加向短波长方向移动，即发生蓝移。由于蓝光波段5nm左右的波长变化足以让人眼感觉到颜色的差异，因此该蓝移现象降低了LED的发光稳定性，用户体验不佳。

研究表明，造成这种蓝光LED峰值波长蓝移的主要原因是由于InGaN／GaN多量子阱区强烈的极化效应。在MOCVD外延生长量子阱时，由于InGaN和GaN存在较大的晶格失配和热膨胀系数失配产生应力，此时极化率在界面处的急剧变化将产生大量极化电荷，直接使体系内出现内建电场。这个内强电场将阻止发光器件中载流子的注入，引起显著的量子限制斯塔克效应(QCSE)，导致能带倾斜，发光波长向长波段方向移动(即红移)。随着注入电流的增大，多量子阱区的自由载流子增加，屏蔽了部分内建电场，削弱了QCSE效应，从而使LED峰值波长向短波方向移动。

现有技术中采用非极性的GaN衬底来提高GaN基蓝光LED峰值波长稳定性。由于非极性GaN衬底难以大批量制备，具有价格昂贵的缺点，不易推广。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术问题之一或至少提供一种有用的商业选择。为此，本发明的一个目的在于提出低蓝移、发光稳定性好的GaN基LED外延片；本发明的另一个目的在于提出低蓝移、发光稳定性好的GaN基LED外延片的形成方法。

根据本发明实施例的GaN基LED外延片，包括：衬底；和外延层，所述外延层位于所述衬底之上，包括依次堆叠的以下结构层：N型GaN层；位于所述N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层，其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，所述第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。

综上所述，根据本发明实施例的GaN基LED外延片中，由于第一InGaN/GaN多量子阱层和第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层形成温度不同，改变了应力和能带结构，在未增加其他结构层的情况，具有较低蓝移值，具有结构简单、成本低、发光稳定性好等优点。

另外，根据本发明上述实施例的GaN基LED外延片还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层和所述第二InGaN/GaN多量子阱层中，700℃≤T1≤800℃，700℃≤T2≤800℃，并且0＜T1-T2≤8℃。

在本发明的一个实施例中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N1≤6且N1为整数，并且，所述第二InGaN/GaN多量子阱层的阱层/垒层周期数2≤N2≤6且N2为整数。

在本发明的一个实施例中，还包括：位于所述衬底与所述外延层之间的本征GaN层。

在本发明的一个实施例中，还包括：位于所述N型GaN层与第一InGaN/GaN多量子阱层之间的应力释放层。

在本发明的一个实施例中，还包括：位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层与所述P型GaN层之间的电子阻挡层。

在本发明的一个实施例中，还包括：辅助InGaN/GaN多量子阱层，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层位于所述N型GaN层与所述第一InGaN/GaN多量子阱层之间且紧邻所述第一InGaN/GaN多量子阱层，用于调节所述GaN基LED外延片的量子阱总体周期数。

在本发明的一个实施例中，所述辅助InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T3，700℃≤T3≤800℃。

根据本发明实施例的GaN基LED外延片的形成方法，包括以下步骤：提供衬底；在所述衬底之上形成外延层，所述外延层包括依次堆叠的以下结构层：N型GaN层；位于所述N型GaN层一侧的第一InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第一InGaN/GaN多量子阱层一侧的第二InGaN/GaN多量子阱层；位于所述第二InGaN/GaN多量子阱层一侧的P型GaN层，其中，所述第一InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T1，所述第二InGaN/GaN多量子阱层中的阱层生长温度为T2，其中T1＞T2。