[发明专利]一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片

说明书

本发明提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，LED外延片包括缓冲层，缓冲层由Al/AlN/NH₃超晶格层和沉积于Al/AlN/NH₃超晶格层上的Al/AlN/H₂超晶格层组成，其中，Al/AlN/NH₃超晶格层是由Al子层、AlN子层、NH₃子层循环交替生长而成的周期性结构，Al/AlN/H₂超晶格层是由Al子层、AlN子层、H₂子层循环交替生长而成的周期性结构。由于Al/AlN/NH₃超晶格层以三维模式生长，Al/AlN/H₂超晶格层以二维模式生长，通过覆盖上述已生长的三维状Al/AlN超晶格层，可以获得比较平坦的外延层，解决了现有紫外发光二极管中外延生长的晶体质量较差的问题。

技术领域

本发明涉及LED技术领域，特别涉及一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片。

背景技术

过去十年中，AlGaN材料因其在紫外光电器件中的巨大应用潜力而备受关注，紫外LED具有光子能量高、波长短、体积小、功耗低、寿命长、环境友好等特点，在高显色指数白光照明、高密度光学数据储存、传感器、平版印刷、空气净化环保等领域具有广泛的应用。

AlGaN基紫外LED的研制面临的许多的技术困难，一、电子本身有效质量较小，具有较高的迁移率，导致电子很多容易通过量子阱而溢出到P层；二、随着Al组分的增加，容易导致外延生长的AlGaN薄膜缺陷密度高、表面不平整等问题，难以获得高晶体质量的AlGaN材料，且高Al组分的AlGaN材料不论是N型掺杂还是P型掺杂，相比GaN材料而言，AlGaN材料都是要困难的多，尤其是P-AlGaN的掺杂尤为棘手，掺杂剂Mg的活化效率低，导致空穴不足，辐射复合效率降低；三、衬底表面含有的氧化物在外延生长的高温条件下分解出的氧原子会随着外延层的生长而向上扩散，由于紫外LED外延层中的Al组分较高，而Al原子对氧原子有着极强的吸附性，使得外延层中的氧原子含量偏高，背景载流子浓度偏高，晶体质量会下降，而紫外LED的发光效率与其晶体质量密切相关，紫外LED外延层的晶体质量越高，其发光效率就越高。为了提高紫外LED的光电能力，需要制备出高晶体质量的紫外LED外延层结构。

目前紫外LED外延层生长一般先通过MOCVD方法或PVD方法或两者相结合的方法制备AlN(或AlGaN)缓冲层，然后在MOCVD中继续外延生长后续外延结构，AlN(或AlGaN)缓冲层虽然能够一定程度上缓解衬底与AlGaN外延层的晶格失配，满足外延生长的要求，但是对于晶体质量要求更高的紫外发光二极管(UV LED)还远远不够，需要进一步提高外延生长的晶体质量。

发明内容

基于此，本发明的目的是提供一种LED外延片、外延生长方法及LED芯片，旨在解决现有紫外发光二极管中外延生长的晶体质量较差的问题。

根据本发明实施例当中的一种LED外延片，包括缓冲层，所述缓冲层由Al/AlN/NH₃超晶格层和Al/AlN/H₂超晶格层组成，且所述Al/AlN/H₂超晶格层沉积于所述Al/AlN/NH₃超晶格层上；

其中，所述Al/AlN/NH₃超晶格层是由Al子层、AlN子层、NH₃子层循环交替生长而成的周期性结构，所述Al/AlN/H₂超晶格层是由所述Al子层、所述AlN子层、H₂子层循环交替生长而成的周期性结构。

优选地，所述LED外延片还包括蓝宝石衬底、未掺杂的AlGaN层、N型掺杂AlGaN层、多量子阱层、电子阻挡层，P型掺杂GaN层及AlGaN接触层；

所述缓冲层、所述未掺杂的AlGaN层、所述N型掺杂AlGaN层、所述多量子阱层、所述电子阻挡层、所述P型掺杂GaN层及所述AlGaN接触层依次外延生长在所述蓝宝石衬底上。