[发明专利]一种发光二极管外延片及其制造方法

说明书

技术领域

本发明涉及发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。

背景技术

在LED产业的发展中，GaN材料是第三代半导体材料的典型代表。由于GaN材料缺少同质衬底，因此，目前GaN基外延片多为异质外延方式生长，例如采用蓝宝石衬底。

传统的GaN基外延片生长方法为，在蓝宝石衬底上生长外延层，外延层包括依次生长的缓冲层、3D生长层、2D填平层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，3D生长层也称粗化层，该层以缓冲层为基础生长晶岛。2D填平层又称恢复层，该层可以将3D晶岛填平，为之后的外延结构提供一个薄膜基层。该2D填平层多为高温缓慢生长的无掺杂GaN层。

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：

蓝宝石衬底与GaN材料之间存在大的晶格失配与热失配，使得外延层的位错密度比较高，将在界面处产生较强的应力作用和大量的位错以及缺陷。这些缺陷会随着外延层的生长一直延伸至多量子阱层以及P型层，这样，不仅增加了载流子非辐射复合的可能，而且在禁带中引入能级，减少少子寿命，从而降低了LED的内量子效率，并且还影响LED的抗静电能力。

发明内容

为了提高LED的内量子效率和LED的抗静电能力，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制造方法。所述技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种发光二极管外延片，包括衬底、缓冲层、3D生长层、2D填平层、N型层、多量子阱和P型层，所述2D填平层包括若干个交替生长的第一子层和第二子层，其中一个所述第一子层与所述3D生长层直接接触，所述第一子层的数量不小于2且与所述第二子层的数量相同，所述第一子层采用无掺杂的Al_xGa_1-xN制成，所述第二子层采用无掺杂的GaN制成，0.5≤x＜1；

每个所述第一子层的Al浓度不同、且每个所述第一子层的Al浓度按生长顺序逐渐减小，所述第一子层的数量为15，每个所述第一子层的Al浓度依次为80％、78％、76％、74％、72％、70％、68％、66％、64％、62％、60％、58％、56％、54％、52％；所述第一子层与所述第二子层的厚度比例不大于1:3。

在第一方面的第一实施方式中，所述第一子层和所述第二子层的厚度范围是10～100nm。

在第一方面的第二实施方式中，所述第一子层的厚度范围是100～500nm，所述第二子层的厚度范围是500nm～1um。

在第一方面的第三实施方式中，所述2D填平层的厚度范围是1.2～3.8um。

在第一方面的第四实施方式中，所述LED外延片还包括无掺杂的GaN层，所述无掺杂的GaN层位于所述2D填平层和所述N型层之间，其中一个所述第二子层与所述无掺杂的GaN层直接接触。

在第一方面的第六实施方式中，所述第一子层和所述第二子层的生长速度不大于所述无掺杂的GaN层和所述N型层的生长速度。

第二方面，本发明提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述方法包括：提供衬底并在所述衬底上依次生长缓冲层、3D生长层、2D填平层、N型层、多量子阱层和P型层，生长所述2D填平层包括：交替生长若干个第一子层和若干个第二子层，所述第一子层采用无掺杂的Al_xGa_1-xN制成，所述第二子层采用无掺杂的GaN制成，0.5≤x＜1，其中一个所述第一子层与所述3D生长层直接接触，所述第一子层的数量不小于2且与所述第二子层的数量相同；

每个所述第一子层的Al浓度不同、且每个所述第一子层的Al浓度按生长顺序逐渐减小，所述第一子层的数量为15，每个所述第一子层的Al浓度依次为80％、78％、76％、74％、72％、70％、68％、66％、64％、62％、60％、58％、56％、54％、52％；所述第一子层与所述第二子层的厚度比例不大于1:3。