一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上；有源层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置；量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个氮化钪铝层和(M+1)个氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。本发明专利技术通过在未掺杂的氮化镓层中插入至少一个未掺杂的氮化钪铝层作为量子垒，氮化钪铝层和氮化镓层配合，可以缓解蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
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外延片及其制作方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。LED具有节能环保、可靠性高、使用寿命长等优点，因而受到广泛的关注，近年来在背光源和显示屏领域大放异彩，并且开始向民用照明市场进军。氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等优良特性，使氮化镓(GaN)基LED受到越来越多的关注和研究。现有的氮化镓基LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光，衬底用于为外延材料提供生长表面；衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层等结构的材料通常选择氮化镓，蓝宝石和氮化镓为异质材料，两者之间存在较大的晶格失配，缓冲层用于缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。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：蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷会随着外延生长而延伸并进行累积，延伸到有源层时累积的应力和缺陷已经比较严重，会对电子和空穴的复合发光造成不良影响，导致LED的内量子效率较低，最终降低LED的发光效率，影响LED在民用照明上的应用。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法，能够解决现有技术蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷延伸到有源层降低LED的发光效率的问题。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外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个量子阱和多个量子垒，所述多个量子阱和所述多个量子垒交替层叠设置；所述量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个所述氮化钪铝层和(M+1)个所述氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。可选地，所述氮化钪铝层为ScaAl1-aN层，0.2＜a＜0.8。可选地，所述氮化钪铝层的厚度为0.5nm～2nm。优选地，所述氮化镓层的厚度为所述氮化钪铝层的厚度为2倍～10倍。可选地，2≤M≤10。优选地，所述量子阱的厚度为9nm～20nm。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外延片的制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底；在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；其中，所述有源层包括多个量子阱和多个量子垒，所述多个量子阱和所述多个量子垒交替层叠设置；所述量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个所述氮化钪铝层和(M+1)个所述氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。可选地，所述氮化钪铝层的生长条件与所述氮化镓层的生长条件相同，所述生长条件包括生长温度和生长压力。优选地，所述量子垒的生长温度为900℃～950℃。更优选地，所述量子垒的生长压力为100torr～500torr。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在未掺杂的氮化镓层中插入至少一个未掺杂的氮化钪铝层作为量子垒，氮化钪铝层和氮化镓层配合，可以缓解蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，提高有源层的晶体质量，有利于电子和空穴在有源层中进行复合发光，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率，促进LED在民用照明上的应用。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氮化镓基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有源层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的量子垒的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的制作方法的流程图。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。本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，图1为本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该氮化镓基发光二极管外延片包括衬底10、缓冲层20、N型半导体层30、有源层40和P型半导体层50，缓冲层20、N型半导体层30、有源层40和P型半导体层50依次层叠在衬底10上。图2为本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图，参见图2，有源层40包括多个量子阱41和多个量子垒42，多个量子阱41和多个量子垒42交替层叠设置。图3为本专利技术实施例提供的量子垒的结构示意图，参见图3，在本实施例中，量子垒42包括M个未掺杂的氮化钪铝层42a和(M+1)个未掺杂的氮化镓层42b，M个氮化钪铝层42a和(M+1)个氮化镓层42b交替层叠设置，M为正整数。本专利技术实施例通过在未掺杂的氮化镓层中插入至少一个未掺杂的氮化钪铝层作为量子垒，氮化钪铝层和氮化镓层配合，可以缓解蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，提高有源层的晶体质量，有利于电子和空穴在有源层中进行复合发光，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率，促进LED在民用照明上的应用。而且氮化钪铝层和氮化镓层的交界面存在较强的二维电子气和二维空穴气，可以有效提升有源层中电子和空穴的横向扩展能力，电子和空穴均匀分布在有源层中进行复合发光，提高有源层中电子和空穴的复合发光效率，进一步提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。同时还可以降低LED的串联电阻，进而降低LED的正向电压，有利于LED在民用照明上的应用。可选地，氮化钪铝层42a可以为ScaAl1-aN层，0.2＜a＜0.8，a优选为0.5，以使氮化钪铝层可以与氮化镓层实现较好的配合，有效提高有源层的晶体质量和提升空穴的横向扩展能力。可选地，氮化钪铝层42a的厚度可以为0.5nm～2nm，优选为1nm。在有效提升空穴的横向扩展能力的同时，尽可能避免对外延片整体造成负影响，如增大外延片的串联电阻。优选地，氮化镓层42b的厚度为氮化钪铝层42a的厚度为2倍～10倍，优选为6倍。一方面氮化镓层的厚度较大，整体保持为氮化镓晶体，有源层的晶体质量较好，有利于提高LED的发光效率；另一方面氮化钪铝层的厚度与氮化镓层的厚度相差在一定范围内，氮化钪铝层可以与氮化镓层较好的配合，有效提升空穴的横向扩展能力，同时避免增大外延片的串联电阻。可选地，2≤M≤10，M优选为6。在有效提高有源层的晶体质量和提升空穴的横向扩展能力的情况下，尽可能减少量子垒中各个子层的数量(即氮化钪铝层和氮化镓层的数量)，简化实现，方便制作。优选地，量子阱42的厚度为9nm～20nm，优选为15nm。没有额外增加量子垒的厚度，尽可能减小对外延片整体的影响。可选地，量子阱41的材料可以采用氮化铟镓(InGaN)，优选为InxGa1-xN，0＜x＜1。优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个量子阱和多个量子垒，所述多个量子阱和所述多个量子垒交替层叠设置；其特征在于，所述量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个所述氮化钪铝层和(M+1)个所述氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述有源层包括多个量子阱和多个量子垒，所述多个量子阱和所述多个量子垒交替层叠设置；其特征在于，所述量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个所述氮化钪铝层和(M+1)个所述氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述氮化钪铝层为ScaAl1-aN层，0.2＜a＜0.8。3.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述氮化钪铝层的厚度为0.5nm～2nm。4.根据权利要求3所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述氮化镓层的厚度为所述氮化钪铝层的厚度为2倍～10倍。5.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛永晖，郭炳磊，王群，吕蒙普，胡加辉，李鹏，
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