[发明专利]一种LED外延片及制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体领域，尤其涉及一种LED外延片及制备方法。

背景技术

近年来，由于发光二极管等光电子器件上的广泛应用，第三代半导体材料中的宽禁带半导体GaN材料广受人们的关注，生长高质量的GaN基外延片成为人们研究的重点。

目前，应用最为广泛的是采用蓝宝石为衬底材料生长GaN基外延片，GaN材料在蓝宝石衬底上从500℃到1100℃都可以生长。然而由于蓝宝石和GaN两者间晶格失配和化学性质的差异较大，直接在蓝宝石衬底上生长外延层缺陷较多，严重影响晶体质量。为了得到表面光滑、晶体质量较高的GaN外延层，生长GaN外延层的方法主要有两种：一、GaN的两步外延生长工艺，即利用MOCVD技术在蓝宝石衬底上低温生长薄的AlN或者GaN缓冲层，然后高温生长GaN外延层。二、GaN的侧向覆盖生长，即预先在衬底上沉积掩膜层，提供后续GaN外延所需的晶籽。

GaN的两步外延生长工艺，此方法外延层中位错密度仍然较高，提升晶体质量有限。GaN的侧向覆盖生长，此方法能获得较高的GaN晶体质量、提高发光亮度，但这种方法存在诸多不足，例如：在衬底上沉积掩膜层可能对衬底产生污染，此外增加了工艺过程、成本较高。

发明内容

本发明为解决LED外延生长晶体质量较差的技术问题，提供一种LED外延片及其制备方法，可减少LED外延片的缺陷，显著提高LED外延片的晶体质量。

本发明提供一种LED外延片，包括衬底，衬底之上依次形成的缓冲层、n型GaN层、发光层和p型GaN层，所述缓冲层包括：

形成在衬底之上的InN层，所述InN层分布有暴露出衬底的空洞；

形成在所述InN层之上的第一本征GaN层；

形成在所述第一本征GaN层之上的SiN_x层，所述SiN_x层分布有暴露出第一本征GaN层的空洞；以及

形成在所述SiN_x层之上的第二本征GaN层。

本发明还提供一种LED外延片的制备方法，包括以下步骤：

提供衬底；

在衬底上生长具有暴露出衬底的空洞的InN层；

在具有空洞的InN层上生长第一本征GaN层；

在第一本征GaN层上生长具有暴露出第一本征GaN层的空洞的SiN_x层；

在SiN_x层上形成第二本征GaN层；

在第二本征GaN层上形成n型GaN层；

在n型GaN层上形成发光层；

在发光层上形成p型GaN层。

本发明提供的LED外延片及制备方法，具有如下效果：

1、本发明通过在衬底生长InN层，能有效降低衬底与GaN层之间因晶格失配产生的应力，从而减少位错的产生；而且InN层可起到掩膜层作用，衬底的穿透位错终止于衬底和InN层之间的界面并被阻断。

2、本发明通过在缓冲层中插入生长具有空洞的SiN_x层，实现后期的侧向外延生长，减少缺陷，同时有效的阻挡部分位错延伸到n型GaN层或发光层，并且把另一部分位错集中在SiN_x层空洞区域，从而增大了外延层低位错区域，降低位错密度，提高了外延片晶体质量。

3、本发明相比于现有的GaN侧向覆盖生长的方法，不需预先在衬底上沉积掩膜层，而是通过在外延层生长过程中沉积SiN_x层来充当掩膜层，简化了工艺，避免了掩膜层可能对衬底造成污染，而且降低了生产成本。

附图说明

图1是本发明实施例LED外延片的结构示意图；

图2是本发明LED外延片缓冲层的结构示意图；

图3是本发明另一实施例LED外延片的结构示意图；

图4是本发明LED外延片缓冲层中SiN_x层的结构示意图；

图5是本发明LED外延片缓冲层的效果图。

具体实施方式

为了使本发明所解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1、图2所示，本发明提供一种LED外延片，包括衬底1，衬底1之上依次形成的缓冲层2、n型GaN层3、发光层4和p型GaN层5。

所述缓冲层2包括：

形成在衬底1之上的InN层21，所述InN层21分布有暴露出衬底的空洞；