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。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第一子层以及插入在所述第一子层中的至少一个第二子层，所述第一子层的材料采用掺杂镁的氮化铝镓，所述第二子层的材料采用掺杂碳的氮化铝镓，所述第一子层的厚度大于所述电子阻挡层的厚度的1/2。本发明专利技术通过在掺杂镁的氮化铝镓层中插入至少一个掺杂碳的氮化铝镓层，实现空穴的平面铺展，降低电子阻挡层的串联电阻，增强LED的抗静电能力。

【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。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。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：衬底的材料通常选择蓝宝石，N型半导体层等的材料通常选择氮化镓，蓝宝石和氮化镓为异质材料，晶格常数差异较大，两者之间存在较大的晶格失配。晶格失配产生的应力和缺陷会较多引入氮化镓中，并在外延生长过程中不断积累，导致电子阻挡层中累积较多的应力和缺陷。电子阻挡层中较多的缺陷会影响到空穴的扩展，降低到LED的抗静电能力。
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中较多的缺陷会影响到空穴的扩展的问题。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、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第一子层以及插入在所述第一子层中的至少一个第二子层，所述第一子层的材料采用掺杂镁的氮化铝镓，所述第二子层的材料采用掺杂碳的氮化铝镓，所述第一子层的厚度大于所述电子阻挡层的厚度的1/2。可选地，所述第二子层的厚度为2nm～15nm。优选地，所述第二子层的数量为3个～15个。可选地，所述第二子层中碳元素的掺杂浓度等于所述第一子层中镁元素的掺杂浓度。优选地，所述第二子层中碳元素的掺杂浓度为1018cm-3～1020cm-3。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N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层；其中，所述电子阻挡层包括第一子层以及插入在所述第一子层中的至少一个第二子层，所述第一子层的材料采用掺杂镁的氮化铝镓，所述第二子层的材料采用掺杂碳的氮化铝镓，所述第一子层的厚度大于所述电子阻挡层的厚度的1/2。可选地，所述第二子层的形成过程包括：生长未掺杂的氮化铝镓层；采用离子注入技术在所述氮化铝镓层中掺杂碳，形成第二子层。优选地，离子注入的剂量为1018/cm2～1020/cm2，离子注入的能量为50keV～150keV。进一步地，所述制作方法还包括：对所述第二子层进行退火处理。优选地，退火处理的温度为800℃～950℃。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在掺杂镁的氮化铝镓层中插入至少一个掺杂碳的氮化铝镓层，掺杂镁的氮化铝镓层的厚度大于电子阻挡层的厚度的1/2，因此电子阻挡层可以有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中。同时掺杂碳的氮化铝镓层的导电性较弱，促使掺杂镁的氮化铝镓层中的空穴横向扩展，从而实现空穴的平面铺展，降低电子阻挡层的串联电阻，增强LED的抗静电能力。而且掺杂碳的氮化铝镓层的抗静电能力较强，因此电子阻挡层整体的抗静电能力得到大幅提升，芯片的正向电压得到降低。另外，掺杂碳的氮化铝镓层与掺杂镁的氮化铝镓层之间晶格较为匹配，不会对外延片整体的晶体质量造成不良影响。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电子阻挡层的结构示意图；图3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、N型半导体层20、有源层30、电子阻挡层40和P型半导体层50，N型半导体层20、有源层30、电子阻挡层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电子阻挡层的结构示意图。参见图2，在本实施例中，电子阻挡层40包括第一子层41以及插入在第一子层41中的至少一个第二子层42。第一子层41的材料采用掺杂镁的氮化铝镓，第二子层42的材料采用掺杂碳的氮化铝镓。第一子层41的厚度大于电子阻挡层40的厚度的1/2。本专利技术实施例通过在掺杂镁的氮化铝镓层中插入至少一个掺杂碳的氮化铝镓层，掺杂镁的氮化铝镓层的厚度大于电子阻挡层的厚度的1/2，因此电子阻挡层可以有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中。同时掺杂碳的氮化铝镓层的导电性较弱，促使掺杂镁的氮化铝镓层中的空穴横向扩展，从而实现空穴的平面铺展，降低电子阻挡层的串联电阻，增强LED的抗静电能力。而且掺杂碳的氮化铝镓层的抗静电能力较强，因此电子阻挡层整体的抗静电能力得到大幅提升，芯片的正向电压得到降低。另外，掺杂碳的氮化铝镓层与掺杂镁的氮化铝镓层之间晶格较为匹配，不会对外延片整体的晶体质量造成不良影响。可选地，第二子层42的厚度可以为2nm～15nm，优选为8nm。如果第二子层的厚度小于2nm，则可能由于第二子层较薄而无法促使第一子层中的空穴横向扩展，导致电子阻挡层的抗静电能力无法有效提升；如果第二子层的厚度大于15nm，则可能由于第二子层较厚而影响到空穴注入有源层中，最终降低LED的发光效率。优选地，第二子层42的数量可以为3个～15个，优选为9个。如果第二子层的数量小于3个，则可能由于第二子层的数量太少而无法有效提升电子阻挡层的抗静电能力；如果第二子层的数量大于15个，则可能由于第二子层的数量太多而造成工艺过于复杂，增加生产成本。进一步地，电子阻挡层40的厚度可以为100nm～300nm，优选为200nm。如果电子阻挡层的厚度小于100nm，则可能由于电子阻挡层较薄而无法有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中；如果电子阻挡层的厚度大于300nm，则可能由于电子阻挡层较厚而影响空穴注入有源层，降低LED的发光效率。可选地，第二子层42中碳元素的掺杂浓度可以等于第一子层41中镁元素的掺杂浓度。第二子层中碳元素的掺杂浓度较高本文档来自技高网...

【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、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，其特征在于，所述电子阻挡层包括第一子层以及插入在所述第一子层中的至少一个第二子层，所述第一子层的材料采用掺杂镁的氮化铝镓，所述第二子层的材料采用掺杂碳的氮化铝镓，所述第一子层的厚度大于所述电子阻挡层的厚度的1/2。

【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、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，其特征在于，所述电子阻挡层包括第一子层以及插入在所述第一子层中的至少一个第二子层，所述第一子层的材料采用掺杂镁的氮化铝镓，所述第二子层的材料采用掺杂碳的氮化铝镓，所述第一子层的厚度大于所述电子阻挡层的厚度的1/2。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，所述第二子层的厚度为2nm～15nm。3.根据权利要求2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层的数量为3个～15个。4.根据权利要求1～3任一项所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层中碳元素的掺杂浓度等于所述第一子层中镁元素的掺杂浓度。5.根据权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层中碳元素的掺杂浓度为1018cm-...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛永晖，郭炳磊，曹阳，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