一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。所述外延片包括蓝宝石衬底、GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层，所述多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个所述子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内设有若干通孔，所述通孔从所述P型AlGaN层沿所述外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层，所述P型GaN层填充在通孔内。本发明专利技术提高空穴的纵向传输，提升空穴注入量子阱进行复合发光的能力，缓解空穴迁移率低的问题。

Epitaxial sheet of gallium nitride based light-emitting diode and preparation method thereof

The invention discloses an epitaxial wafer of a gallium nitride based light-emitting diode and a preparation method thereof, belonging to the field of semiconductor technology. The wafer includes a sapphire substrate, GaN buffer layer, GaN layer, N type undoped GaN layer, a multi quantum well layer, P AlGaN layer, P GaN layer, a multiple quantum well layer comprises a plurality of sub layer are sequentially stacked, each of the sub layer including quantum barrier layer quantum well layer and stacked on the quantum well layer, the P type AlGaN layer and the most close to the quantum barrier P type AlGaN layer layer is provided with a plurality of through holes, the through hole in the opposite direction from the P type AlGaN layer along the epitaxial lamination direction extends to the most close to the quantum well layer P AlGaN layer, the P type GaN layer is filled in the through hole. The invention improves the longitudinal transmission of holes, enhances the ability of hole injection in quantum wells to compound luminescence, and alleviate the problem of low hole mobility.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能够将电能有效转化为光能的半导体器件，目前氮化镓基LED受到越来越多的关注和研究。GaN基LED的外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层(英文：MultipleQuantumWell，简称：MQW)、P型AlGaN层、P型GaN层。当有电流通过时，N型GaN层的电子和P型GaN层的空穴进入多量子阱层复合发光。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：空穴的质量比电子大，迁移率和迁移速率都比电子低，而且P型GaN层中掺杂的Mg只有很少一部分可以活化，因此注入多量子阱层的空穴数量较少，电子在多量子阱层的数量偏多，容易产生溢流，减少电子和空穴的有效复合，降低发光二极管的发光效率。
技术实现思路
为了解决现有技术降低发光二极管的发光效率的问题，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制备方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层，所述多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个所述子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内设有若干通孔，所述通孔从所述P型AlGaN层沿所述外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层，所述P型GaN层填充在通孔内。可选地，所述通孔垂直于所述外延片的层叠方向的截面为方形、圆形、星形、多边形或者不规则图形。优选地，所述通孔垂直于所述外延片的层叠方向的截面的面积为0.01～9mm2。可选地，最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层的厚度为5～25nm。另一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，所述制备方法包括：在蓝宝石衬底上依次外延生长GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层；其中，所述多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个所述子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层；所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内设有若干通孔，所述通孔从所述P型AlGaN层沿所述外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层，所述P型GaN层填充在通孔内。在本专利技术一种可能的实现方式中，所述在蓝宝石衬底上依次外延生长GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层，包括：在最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层生长完成之后，将与所述若干通孔形状一致的掩膜版设置在最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层上；在最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层上依次生长最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层和所述P型AlGaN层，最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层和所述P型AlGaN层内形成所述若干通孔；移走所述掩膜版，在所述若干通孔内和所述P型AlGaN层上生长P型GaN层。在本专利技术另一种可能的实现方式中，所述在蓝宝石衬底上依次外延生长GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层，包括：在最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层生长完成之后，在最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层上依次生长最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层和所述P型AlGaN层；在所述P型AlGaN层上铺设一层光刻胶；采用光刻技术在所述光刻胶内形成若干通孔；在所述光刻胶的保护下刻蚀所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层，在所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内形成所述若干通孔；去除所述光刻胶。可选地，所述通孔垂直于所述外延片的层叠方向的截面为方形、圆形、星形、多边形或者不规则图形。优选地，所述通孔垂直于所述外延片的层叠方向的截面的面积为0.01～9mm2。可选地，最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层的厚度为5～25nm。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在P型AlGaN层和最靠近P型AlGaN层的量子垒层内开设若干通孔，通孔从所型AlGaN层沿外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN层的量子阱层，P型GaN层填充在通孔内，因此P型GaN层从P型AlGaN层上通过通孔延伸到最靠近P型AlGaN层的量子阱层，提高空穴的纵向传输，提升空穴注入量子阱进行复合发光的能力，缓解空穴迁移率低的问题；对于多余电子发生的溢流，在有效阻挡的同时迁移电子空穴的复合位置，缩短空穴的传输距离，提高注入效率；而且将空穴耗尽层前移，可以提高载流子复合中心和发光有源区的空间重叠程度，可以有效提高电子空穴的复合数目和几率，最终提高发光二极管的发光效率。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一提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例一提供的部分外延片的结构示意图；图3是本专利技术实施例二提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法的流程图。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氮化镓基发光二极管的外延片，参见图1，该外延片包括蓝宝石衬底1、以及依次层叠在蓝宝石衬底1上的GaN缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型GaN层4、多量子阱层5、P型AlGaN层6、P型GaN层7。在本实施例中，多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个子层包括量子阱层和层叠在量子阱层上的量子垒层。如图2所示，P型AlGaN层6和最靠近P型AlGaN层的量子垒层51内设有若干通孔，通孔从P型AlGaN层6沿外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN层的量子阱层52，P型GaN层7填充在通孔内。可选地，通孔垂直于外延片的层叠方向的截面可以为方形、圆形、星形、多边形或者不规则图形。优选地，通孔垂直于外延片的层叠方向的截面的面积可以为0.01～9mm2。可选地，最靠近P型AlGaN层的量子垒层的厚度可以为5～25nm。优选地，除最靠近P型AlGaN层的量子垒层之外的量子垒层的厚度可以为9～20nm。可选地，子层的层数可以为3～15层。具体地，蓝宝石衬底可以采用(0001)晶向蓝宝石。可选地，GaN缓冲层的厚度可以为15～35nm。可选地，未掺杂GaN层的厚度可以为1～5μm。可选地，N型GaN层的厚度可以为1～5μm。可选地，N型GaN层的掺杂浓度可以为1018～1019cm-3。具体地，P型AlGaN层为AlxGa1-xN层，0.1＜x＜0.5。可选地，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层，所述多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个所述子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，其特征在于，所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内设有若干通孔，所述通孔从所述P型AlGaN层沿所述外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层，所述P型GaN层填充在通孔内。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括蓝宝石衬底、以及依次层叠在所述蓝宝石衬底上的GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层，所述多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个所述子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，其特征在于，所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内设有若干通孔，所述通孔从所述P型AlGaN层沿所述外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层，所述P型GaN层填充在通孔内。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述通孔垂直于所述外延片的层叠方向的截面为方形、圆形、星形、多边形或者不规则图形。3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述通孔垂直于所述外延片的层叠方向的截面的面积为0.01～9mm2。4.根据权利要求1～3任一项所述的外延片，其特征在于，最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层的厚度为5～25nm。5.一种氮化镓基发光二极管的外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在蓝宝石衬底上依次外延生长GaN缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN层、P型GaN层；其中，所述多量子阱层由多个子层依次层叠而成，每个所述子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层；所述P型AlGaN层和最靠近所述P型AlGaN层的量子垒层内设有若干通孔，所述通孔从所述P型AlGaN层沿所述外延片的层叠方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN层的量子阱层，所述P型GaN层填充在通孔内。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述在蓝宝石衬底上依次外延生长GaN...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，董彬忠，李鹏，王江波，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33