一种发光二极管外延片及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。外延片包括电子阻挡层，电子阻挡层为包括N个周期的超晶格结构，每个周期的超晶格结构均包括InxGa1‑xN层和AlyGa1‑yN层，InxGa1‑xN层在900～950℃下生长而成，可以提高多量子阱层的晶格质量以及电子和空穴在多量子阱层中复合发光的效率，同时In的存在降低了Mg的激活能，提高了P型层的空穴浓度。AlyGa1‑yN层在950～980℃下生长而成，提高了AlyGa1‑yN层的势垒高度，阻挡电子溢流至P型层，且Al的含量逐渐降低或逐渐升高，可在减小对于空穴的阻挡作用的同时阻挡电子溢流至P型层，提高二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
技术介绍
LED(LightEmittingDiode，发光二极管)是一种能发光的半导体电子元件。以GaN基为基础的LED器件作为一种高效、环保、绿色新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、手机背光源等。GaN基LED外延片是GaN基LED器件的主要结构，GaN基LED外延片的结构包括：衬底、以及层叠设置在衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、高温P型层和P型接触层。造成GaN基LED器件发光效率较低的主要原因是GaN基LED外延片内量子效率较低，而引起内量子效率低的主要原因包括：空穴的注入效率低以及多量子阱层溢出的电子进入到P型层与空穴发生非辐射复合。为了解决上述多量子阱层溢出的电子进入到P型层与空穴发生非辐射复合造成的LED器件发光效率低的问题，GaN基LED外延片还可以包括设置在多量子阱层和P型层之间的电子阻挡层，通过电子阻挡层阻挡多量子阱层溢出的电子进入到P型层。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：传统的GaN基LED外延片中的电子阻挡层为高温生长的AlGaN层，电子阻挡层中Al的含量较高会导致生长出的外延片晶体质量差，同时Al的含量较高则电子阻挡层的势垒高度高，会阻挡空穴的注入，对提升内量子效率的作用较小；并且由于电子阻挡层是在980℃的高温下生长而成，高温会破坏多量子阱层的晶体质量，从而影响LED外延片的性能。
技术实现思路
为了解决现有技术中电子阻挡层中Al的含量较高造成LED的内量子效率低下，且电子阻挡层在高温下生长会破坏多量子阱层的问题，本专利技术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：一方面，本专利技术提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠设置在所述衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层，所述电子阻挡层为包括N个周期的超晶格结构，每个周期的超晶格结构包括靠近所述多量子阱层的InxGa1-xN层和远离所述多量子阱层的AlyGa1-yN层，0.1≤x≤0.2，0≤y≤0.2，所述InxGa1-xN层中In的含量小于所述多量子阱层中In的含量，所述AlyGa1-yN层中Al的含量逐渐降低或逐渐升高，所述InxGa1-xN层在900～950℃下生长而成，所述AlyGa1-yN层在950～980℃下生长而成，5≤N≤12。进一步地，所述电子阻挡层的厚度为30～72nm。进一步地，所述InxGa1-xN层的厚度为2.5～3nm，所述AlyGa1-yN层的厚度为2.5～3nm。进一步地，所述InxGa1-xN层在900℃下生长而成，所述AlyGa1-yN层在970℃下生长而成。进一步地，所述InxGa1-xN层和所述AlyGa1-yN层中均掺有Mg，所述InxGa1-xN层和所述AlyGa1-yN层中Mg的掺杂浓度均为1×1017～1×1018cm-3。另一方面，本专利技术提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层；其中，生长所述电子阻挡层，包括：在所述多量子阱层上依次生长N个周期的超晶格结构，5≤N≤12；其中，每个周期的超晶格结构采用如下方式生长：在生长温度为900～950℃的条件下，生长InxGa1-xN层，0.1≤x≤0.2，所述InxGa1-xN层中In的含量小于所述多量子阱层中In的含量；在生长温度为950～980℃的条件下，在所述InxGa1-xN层上生长AlyGa1-yN层，0≤y≤0.2，所述AlyGa1-yN层中Al的含量逐渐降低或逐渐升高。进一步地，所述InxGa1-xN层与所述AlyGa1-yN层的生长压力均为100～200torr。进一步地，所述InxGa1-xN层的生长温度为900℃，所述AlyGa1-yN层的生长温度为970℃。进一步地，所述生长所述电子阻挡层，还包括：在生长所述InxGa1-xN层和所述AlyGa1-yN层时掺入Mg，所述InxGa1-xN层和所述AlyGa1-yN层中Mg的掺杂浓度均为1×1017～1×1018cm-3。进一步地，所述电子阻挡层的厚度为30～72nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置包括N个周期的超晶格结构的电子阻挡层，每个周期的超晶格结构包括靠近多量子阱层的InxGa1-xN层和远离多量子阱层的AlyGa1-yN层，0.1≤x≤0.2，0≤y≤0.2。其中，InxGa1-xN层中In的含量小于多量子阱层中In的含量，保证InxGa1-xN层中的势垒高度高于多量子阱层的势垒高度，以阻挡电子向高温P型层迁移，使得更多的电子在多量子阱层聚集。InxGa1-xN层中含有In，可以使得电子阻挡层与多量子阱层的接触界面晶格相匹配，同时In可以降低电子阻挡层中Mg的激活能，提高了Mg的活化能力，从而提高了P型层的空穴浓度。AlyGa1-yN层中Al的含量逐渐降低或逐渐升高，则AlyGa1-yN层的势垒高度逐渐降低或逐渐升高，可以在减小对于空穴的阻挡作用的同时阻挡电子溢流至P型层，使得电子和空穴更好地限制在多量子阱层进行辐射复合。InxGa1-xN层在900～950℃下生长而成，与现有技术中电子阻挡层在980℃下生长而成相比，生长温度较低，可以改善传统LED结构中由于电子阻挡层生长温度过高，破坏多量子阱层的晶体的问题，以提高多量子阱层的晶格质量，同时生长温度较低，可以减少多量子阱层中In的析出，多量子阱层的势阱层中In含量增多，则势阱层的禁带宽度变窄，而势垒层的禁带宽度宽，因此多量子阱层中势阱层和势垒层的势垒高度差变大，多量子阱层的深度增加，提高了电子和空穴在多量子阱层中复合发光的效率。同时AlyGa1-yN层在950～980℃下生长而成，生长温度较之InxGa1-xN层高，有利于AlyGa1-yN层中Al的掺入，且由于AlyGa1-yN层和多量子阱层之间设有低温的InxGa1-xN层，不会影响多量子阱层的晶格质量。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的制造方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。实施例一本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该氮化镓基发光二极管包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、未掺杂的GaN层3、N型层4、多量子阱层5、电子阻挡层6、高温P型层7和P型接触层8。其中，电子阻挡层6为包括N个周期的超晶格结构，每个周期的超晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠设置在所述衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层，其特征在于，所述电子阻挡层为包括N个周期的超晶格结构，每个周期的超晶格结构包括靠近所述多量子阱层的InxGa1‑xN层和远离所述多量子阱层的AlyGa1‑yN层，0.1≤x≤0.2，0≤y≤0.2，所述InxGa1‑xN层中In的含量小于所述多量子阱层中In的含量，所述AlyGa1‑yN层中Al的含量逐渐降低或逐渐升高，所述InxGa1‑xN层在900～950℃下生长而成，所述AlyGa1‑yN层在950～980℃下生长而成，5≤N≤12。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠设置在所述衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、高温P型层和P型接触层，其特征在于，所述电子阻挡层为包括N个周期的超晶格结构，每个周期的超晶格结构包括靠近所述多量子阱层的InxGa1-xN层和远离所述多量子阱层的AlyGa1-yN层，0.1≤x≤0.2，0≤y≤0.2，所述InxGa1-xN层中In的含量小于所述多量子阱层中In的含量，所述AlyGa1-yN层中Al的含量逐渐降低或逐渐升高，所述InxGa1-xN层在900～950℃下生长而成，所述AlyGa1-yN层在950～980℃下生长而成，5≤N≤12。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述电子阻挡层的厚度为30～72nm。3.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InxGa1-xN层的厚度为2.5～3nm，所述AlyGa1-yN层的厚度为2.5～3nm。4.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InxGa1-xN层在900℃下生长而成，所述AlyGa1-yN层在970℃下生长而成。5.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述InxGa1-xN层和所述AlyGa1-yN层中均掺有Mg，所述InxGa1-xN层和所述AlyGa1-yN层中Mg的掺杂浓度均为1×1017～1×1018cm-3。6.一种发...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋媛媛，李昱桦，胡加辉，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32