[發明專利]一種LED外延片及其制備方法

在審

• 申請號: 201710329563.9
• 申請日: 2017-05-11
• 公開（公告）號: CN107170864A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發明（設計）人: 肖稼凱;李述體
• 申請（專利權）人: 華南師范大學
• 主分類號: H01L33/02
• 分類號: H01L33/02;H01L33/14;H01L33/00
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙)11350
• 代理人: 湯東鳳

技術領域

本發明涉及發光二極管領域，具體的說是一種LED外延片及其制備方法。

背景技術

二十世紀九十年代以來，由于紫外光在各個領域和行業都具有重大應用價值，因此LED(發光二極管)研究重點逐漸向短波長的紫外光轉移。在紫外燈的諸多應用領域中紫外固化市場份額最高，約占紫外燈市場的三分之一，更是占據目前紫外LED市場的80％以上，而紫外固化所需的是約365nm附近的紫外光。紫外固化是液態紫外材料在紫外光的中、短波輻射下致使其中的光引發劑轉變成自由基或者陽離子，從而讓樹脂聚合成不溶不熔的固體涂膜的過程，是上世紀60年代興起的一項新技術，后來在我國得以迅速發展。它具有干燥迅速、成本低、品質更好、所占空間小、清潔高效等特點。雖然紫外LED相對其他紫外光源的成本較高，但是LED的使用會使系統的其他部分也相應的小型化，從而降低了總體的成本。另外，LED不含有毒的汞，且壽命是汞燈的10倍。所以，21世紀紫外固化大都采用新型的紫外LED固化，有紫外LED點光源、線光源、面光源。而之前的汞燈的、鹵素燈的都在慢慢淘汰。

然而，AlGaN材料是目前紫外LED發光技術中不可缺少的合金材料，其禁帶寬度適合紫外波段器件的生長，并且隨Al組分的變化而變化，所以可通過改變Al組分的大小使對應的光譜波長在200nm-400nm內變化。此外，量子阱結構或者異質結是整個發光器件的核心部分，而在紫外LED中這些核心部位AlGaN 層占了十分重要的地位。但是在目前，高Al組分Ⅲ族氮化物材料的高缺陷密度、強大的自發和壓電極化導致的嚴重的非輻射復合，這些因素導致了電子泄漏、空穴注入效率低、載流子分布不均等現象，所以AlGaN基紫外LED的發光功率和外量子效率還不能達到普遍應用的水平。但是，近些年來極化誘導摻雜技術的發現使高空穴濃度的AlGaN成為可能，它在紫外LED上的應用也值得我們去深入研究。

發明內容

本發明的目的是提供一種LED外延片，以解決現有技術中由LED中由于自發和壓電極化引起的電子泄漏、輻射復合幾率較低導致的發光效率低、內量子效率低等技術問題。

本發明提供的技術方案為：一種LED外延片，包括依次疊置的襯底、氮化鎵緩沖層、N型氮化鎵層、鋁鎵氮/氮化鎵多量子阱層、電子阻擋層、P型鋁鎵氮層、P型接觸層、P型電極；

所述的P型鋁鎵氮層為Si摻雜的多層極化誘導Al_xGa_1-xN層，x＝0.3→0.05。

在上述的LED外延片中，所述的Al_xGa_1-xN層的總厚度為90nm。

在上述的LED外延片中，所述的Al_xGa_1-xN層的Si摻雜濃度為1-2×10¹⁸cm^-3。

在上述的LED外延片中，所述的Al_xGa_1-xN層的極化層數為2-3層。

同時，本發明還公開了一種如上所述的LED外延片的制備方法，包括如下步驟：

步驟一，在金屬有機化合物氣相外延反應室中，將藍寶石襯底，在氫氣氣氛、 1280℃、反應室壓力100torr下，Bake處理5分鐘；然后降低溫度，在625℃、反應室壓力650torr、H2氣氛下，三維生長低溫GaN成襯底；

步驟二，在1240℃左右、反應室壓力為600torr、H2氣氛下，生長2.5-3 微米厚的高溫非摻雜GaN緩沖層；

步驟三，在1240℃左右、反應室壓力為250-300torr下,生長n型GaN層，電子摻雜濃度為2×10¹⁸cm^-3。

步驟四，在1200℃左右、氮氣(N2)氣氛下，反應室壓力100torr,接著生長6周期的Al_0.15Ga_0.85N/GaN多量子阱有源層；Al_0.15Ga_0.85N壘層厚度為9nm左右，肼層厚度為3nm左右得到鋁鎵氮/氮化鎵多量子阱層；

步驟五，在1200℃、N2氣氛下，反應室壓力100-200torr,在有源層上，生長電子阻擋層，電子阻擋層的厚度為15nm。其中，電子阻擋層的空穴濃度為1.0-2.0×10¹⁷cm^-3；