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。制作方法包括：提供一衬底并将衬底放置在反应腔中；在衬底上依次生长N型半导体层和有源层；在有源层上间断性生长电子阻挡层；其中，间断性生长包括依次出现的多个生长周期，每个生长周期包括生长阶段和在生长阶段之后出现的处理阶段；生长阶段时持续向反应腔内通入生长电子阻挡层的全部反应物，生长电子阻挡层；处理阶段时停止向反应腔内通入生长电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向反应腔内通入氢气，去除电子阻挡层的表面残留的反应物；在电子阻挡层上生长P型半导体层。本发明专利技术使电子阻挡层和P型半导体层的交界面清晰，提升外延片整体的晶体质量。

【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因具有节能环保、可靠性高、使用寿命长等优点而受到广泛的关注，近年来在背景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。由于民用照明侧重于产品的省电节能和使用寿命，因此降低LED的串联电阻和提高LED的抗静电能力显得尤为关键。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，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。N型半导体提供的电子数量远大于P型半导体层的空穴数量，加上电子的体积远小于空穴的体积，导致注入有源层中的电子数量远大于空穴数量。为了避免N型半导体层提供的电子迁移到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，通常会在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层，可以阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。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：N型半导体层的材料采用N型掺杂(如硅)的氮化镓，P型半导体层的材料采用P型掺杂(如镁)的氮化镓；有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，量子阱的材料采用掺有铟元素的氮化镓，量子垒的材料采用未掺杂的氮化镓；电子阻挡层的材料采用P型掺杂的氮化铝镓；即N型半导体层、有源层、P型半导体层为掺杂不同元素的氮化镓层。相邻两个氮化镓层由于掺杂元素的不同，相互之间存在交界面。交界面处存在掺杂元素的扩散，扩散方向通常与外延生长方向一样，即先生长的氮化镓层中的掺杂元素扩散到后生长的氮化镓层中。掺杂元素的扩散会造成交界面不清晰，容易产生缺陷，对外延片的生长质量造成不良影响。以电子阻挡层和P型半导体层的交界面为例，P型半导体层生长在电子阻挡层上，因此电子阻挡层中掺杂的铝元素会扩散到有源层中，造成电子阻挡层和P型半导体层的交界面不清晰，电子阻挡层和P型半导体层的交界面容易产生缺陷，影响P型半导体层提供的空穴注入有源层中进行复合发光，最终降低LED的发光效率。
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，能够解决现有技术电子阻挡层和P型半导体层的交界面不清晰影响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的制作方法，所述制作方法包括：提供一衬底并将所述衬底放置在反应腔中；在所述衬底上依次生长N型半导体层和有源层；在所述有源层上间断性生长电子阻挡层；其中，所述间断性生长包括依次出现的多个生长周期，每个所述生长周期包括生长阶段和在所述生长阶段之后出现的处理阶段；所述生长阶段时持续向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的全部反应物，生长所述电子阻挡层；所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物；在所述电子阻挡层上生长P型半导体层。可选地，所述生长阶段时持续向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的全部反应物，生长所述电子阻挡层，包括：持续向所述反应腔内通入铝源、镓源、氨气和P型掺杂剂，形成P型掺杂的氮化铝镓层。在本专利技术实施例一种可能的实现方式中，所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物，包括：停止向所述反应腔内通入铝源、镓源和P型掺杂剂，继续向所述反应腔内通入氨气，同时持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述P型掺杂的氮化铝镓层的表面残留的铝源。在本专利技术实施例另一种可能的实现方式中，所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物，包括：停止向所述反应腔内通入铝源、氨气和P型掺杂剂，继续向所述反应腔内通入镓源，同时持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述P型掺杂的氮化铝镓层的表面残留的铝源。在本专利技术实施例又一种可能的实现方式中，所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物，包括：停止向所述反应腔内通入铝源、镓源、氨气和P型掺杂剂，同时持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述P型掺杂的氮化铝镓层的表面残留的铝源。优选地，所述铝源的通入流量为20sccm～500sccm，所述镓源的通入流量为200sccm～900sccm，所述氨气的通入流量为5L/min～50L/min，所述P型掺杂剂的通入流量为50sccm～800sccm。更优选地，所述氢气的通入流量为5L/min～100L/min。进一步地，所述处理阶段的持续时长为5s～15s。可选地，所述在所述电子阻挡层上生长P型半导体层，包括：在所述电子阻挡层上间断性生长P型半导体层。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，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述有源层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述电子阻挡层包括依次层叠的多个子层，每个所述子层的表面为采用氢气处理的表面。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过采用依次出现的多个生长周期间断性生长电子阻挡层，每个生长周期包括生长阶段和处理阶段，生长阶段时持续向反应腔内通入生长电子阻挡层的全部反应物，可以进行电子阻挡层的生长；生长阶段之后出现的处理阶段时停止向反应腔内通入生长电子阻挡层的部分或全部反应物，并持续向反应腔内通入氢气，可以停止电子阻挡层的生长，同时有利于原子获得较长的自由程，以尽快去除电子阻挡层的表面残留的反应物，使电子阻挡层的表面只留下已经成型的晶体，避免未反应的反应物扩散到后续生长的晶体中，使电子阻挡层和P型半导体层的交界面清晰，减小交界面产生的缺陷，提升外延片整体的晶体质量，提高空穴的迁移率，增加有源层中空穴和电子的复合效率，最终提高LED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；图2是本专利技术实施例提供的电子阻挡层生长过程中通入反应腔中各气体流量一种变化方式的示意图；图3是本专利技术实施例提供的电子阻挡层生长过程中通入反应腔中各气体流量另一种变化方式的示意图；图4是本专利技术实施例提供的电子阻挡层生长过程中通入反应腔中各气体流量又一种变化方式的示意图；图5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。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的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：提供一衬底并将所述衬底放置在反应腔中；在所述衬底上依次生长N型半导体层和有源层；在所述有源层上间断性生长电子阻挡层；其中，所述间断性生长包括依次出现的多个生长周期，每个所述生长周期包括生长阶段和在所述生长阶段之后出现的处理阶段；所述生长阶段时持续向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的全部反应物，生长所述电子阻挡层；所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物；在所述电子阻挡层上生长P型半导体层。

【技术特征摘要】
1.一种氮化镓基发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：提供一衬底并将所述衬底放置在反应腔中；在所述衬底上依次生长N型半导体层和有源层；在所述有源层上间断性生长电子阻挡层；其中，所述间断性生长包括依次出现的多个生长周期，每个所述生长周期包括生长阶段和在所述生长阶段之后出现的处理阶段；所述生长阶段时持续向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的全部反应物，生长所述电子阻挡层；所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物；在所述电子阻挡层上生长P型半导体层。2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述生长阶段时持续向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的全部反应物，生长所述电子阻挡层，包括：持续向所述反应腔内通入铝源、镓源、氨气和P型掺杂剂，形成P型掺杂的氮化铝镓层。3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物，包括：停止向所述反应腔内通入铝源、镓源和P型掺杂剂，继续向所述反应腔内通入氨气，同时持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述P型掺杂的氮化铝镓层的表面残留的铝源。4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述处理阶段时停止向所述反应腔内通入生长所述电子阻挡层的部分或者全部反应物，并持续向所述反应腔内通入氢气，去除所述电子阻挡层的表面残留的反应物，包括：停止向所述反应腔...

【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