[发明专利]一种LED外延片及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于半导体照明领域，尤其涉及一种LED外延片及其制备方法。

背景技术

以氮化镓(GaN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝镓(AlGaN)和氮化铟铝镓(AlGaInN)为主的Ⅲ-Ⅴ族氮化物材料具有连续可调的直接带宽为0.7～6.2eV，覆盖了紫外到红外的广泛的光谱范围，是制造蓝光、绿光和白光发光器件的理想材料。现有LED外延片结构一般为：在一蓝宝石衬底层的一表面外延生长一层n型GaN层，n型GaN层相对于与所述衬底层表面的一面生长一层发光层，发光层相对于与所述衬底层表面的一面生长一层p型GaN层。由于半导体二极管具有体积小、耗电量低、使用寿命长、环保耐用等特点，越来越得到广泛的应用，例如，蓝绿光LED被广泛应用于全彩色显示和照明方面，紫外LED被应用于光学探测方面。但由于GaN没有天然的理想衬底，GaN一般是以蓝宝石为衬底进行生长的，而GaN和蓝宝石的晶格常数和热膨胀系数差别较大，导致生长的GaN材料的晶体质量不好，发光效率不高，器件的寿命较差。因此提高外延材料的晶体质量、提升发光效率和增强芯片的ESD （ESD是指两个具有不同静电电位的物体，发生静电电荷转移的现象）性能成为关注的焦点。特别是ESD性能，其是评估LED芯片在封装和应用过程中的可能被静电击穿的几率，而LED在封装和应用过程中瞬间大量静电电荷流过的现象经常发生，易造成LED无法点亮、漏电增加、电压变化、光输出降低等问题，严重影响LED的使用。

一般为了改善ESD性能的方法有通过在N层和P层两端对晶体质量进行改善。例如，N层改善晶体质量提高ESD性能的方式可以通过在N层中插入生长AlGaN/GaN超晶格的方式来减少位错密度，但在高亮LED结构中N层的厚度加厚会导致串联电阻增加，使得器件的正向电压升高；P层改善晶体质量提高ESD性能的方式有通过减少生长P型GaN产生的V型缺陷，通过调节GaN的生长温度，但温度对量子阱发光层的晶体质量也存在影响，效果不明显。

现有也有公开为了改善GaN基LED的抗静电能力与发光效率，有通过在n型GaN层与发光层之间生长n型GaN层和非掺杂氮化镓层交替的至少两个周期层组成的结构层来解决GaN基LED内部电容小和电流扩展能力差的问题，达到增大LED的内部电容，改善GaN基LED电流扩展能力，从而提高GaN基LED抗静电能力，且能降低工作电压，提高发光效率。但n型GaN层例如Si掺杂GaN层，存在张应力，其应力的释放易导致后续生长的例如发光层大量的晶体缺陷，并不利于发光效率的提高；同时这种多层的交替结构或插入非掺杂GaN层，不仅生长结构复杂，而且导致串联电阻的增加，造成器件的电压升高，发热增大，也不适用于工艺化生产；且其改善ESD性能并不理想，由于存在ESD性能较差的隐患，造成最终的灯具出现容易死灯和良率不高的问题，因此ESD性能的提高是一个比较值得关注的。

发明内容

本发明为了解决现有技术的LED外延片在改善ESD性能方面不理想，易导致器件的电压升高，发热增大，且LED的发光效率也不高的技术问题，提供一种能有效改善ESD性能，且发光效率增强使得LED亮度提高，不会引入缺陷，也不会导致串联电阻的增加而使器件的电性变差，生产工艺简单的LED外延片及其制备方法。

本发明的第一个目的是提供一种LED外延片，包括依次层叠的衬底层、第一半导体层、插入层、发光层和第二半导体层，其中，插入层为Ge掺杂GaN层。

本发明的第二个目的是提供上述LED外延片的制备方法，包括：在衬底层上顺序生长第一半导体层、插入层、发光层和第二半导体层，其中，生长插入层的步骤包括采用气相外延生长法在第一半导体层上生长Ge掺杂GaN层，其中，生长所用镓源为三甲基镓、生长所用氮源为氨气，生长所用掺杂源为GeH₄。

本发明的LED外延片具有的有益效果：

（1）利用在第一半导体层与发光层之间插入Ge掺杂GaN层有利于电子在到达发光层前的横向扩散，提高电流的均匀性，电流均匀性的提高有利于发光层的发光效率的增强，从而使得LED的亮度提高。

（2）Ge掺杂GaN层相当于一层电容层，在提供反向电压的情况下抑制了耗尽层向第一半导体层的扩散，提升了器件的电容性能，从而提高了ESD性能。

（3）Ge掺杂GaN不会产生张应力，不会对其他层存在影响，不会引入晶体缺陷等。

（4）通过在第一半导体层与发光层之间插入Ge掺杂的GaN层，不仅工艺简单，易实现，而且不会导致串联电阻的增加，不会造成器件的电压升高、发热增大，不会导致器件的电性变差。