氮化镓基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氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次生长在衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层、P型层和P型接触层，多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和复合量子垒层，复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒层、第二量子垒层和第三量子垒层，第一量子垒层和第三量子垒层均为AlInGaN层，第二量子垒层为AlGaN层，第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小。本发明专利技术提供的发光二极管外延片可以抑制大电流注入下LED的光效下降，提高LED的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基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。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、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。外延片是LED中的主要构成部分，现有的GaN基LED外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层和P型层。其中，多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。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：量子阱层和量子垒层界面间存在的晶格不匹配会产生极化电场，极化电场导致能带发生弯曲，使电子容易从发光层泄露到P型层，泄露到P型层的电子与空穴复合时不会发光。且随着电流增大会加剧电子的泄露，使得LED的发光效率进一步降低，这种现象被称为Efficiencydroop(效率衰退)。
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造方法，可以抑制大电流注入下LED的光效下降，提高LED的发光效率。所述技术方案如下：一方面，本专利技术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、以及依次生长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、P型层和P型接触层，所述多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒层、第二量子垒层和第三量子垒层，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层均为AlInGaN层，所述第二量子垒层为AlGaN层，所述第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小。进一步地，所述第二量子垒层中的Al组分先由0逐渐增大至0.05～0.15，再逐渐减小至0。进一步地，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层中的Al组分均为0.02～0.05，In组分均为0.05～0.1。进一步地，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层的厚度相等，所述第二量子垒层的厚度大于所述第一量子垒层的厚度。进一步地，所述第二量子垒层的厚度为6～8nm。进一步地，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层的厚度均为0.2～0.4nm。另一方面，本专利技术提供了一种氮化镓基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；在所述N型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒层、第二量子垒层和第三量子垒层，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层均为AlInGaN层，所述第二量子垒层为AlGaN层，所述第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小；在所述多量子阱层上依次生长电子阻挡层、P型层和P型接触层。进一步地，生长所述第二量子垒层包括：采用三甲基铝为Al源，控制通入的所述三甲基铝的流量先由0逐渐增大至12～20sccm/s，再逐渐减小至0。进一步地，所述第一量子垒层的生长温度和所述第三量子垒层的生长温度相等，所述第二量子垒层的生长温度大于所述第一量子垒层的生长温度。进一步地，所述第一量子垒层的生长温度和所述第三量子垒层的生长温度均为820～850℃，所述第二量子垒层的生长温度为850～880℃。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将多量子阱层中的量子垒层设置为复合结构，其中第二量子垒层为AlGaN层，第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小，可以形成一个三角形的势垒层，一方面可以在不增大极化的条件下更有效的将载流子限制在量子阱层中进行辐射复合，提高LED的发光效率；另一方面可以增加量子垒层对电子的阻挡能力，防止电子泄露，改善droop效应，最终起到抑制大电流注入下LED的光效下降，提高LED的发光效率的作用。同时第一量子垒层和第三量子垒层均为AlInGaN层，可以减小InGaN量子阱层和第二量子垒层之间的极化效应，从而进一步改善droop效应。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一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法流程图。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。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，如图1所示，氮化镓基发光二极管外延片包括衬底1、以及依次生长在衬底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、P型层7和P型接触层8。多量子阱层5包括交替生长的InGaN量子阱层51和复合量子垒层52，复合量子垒层52包括依次层叠的第一量子垒层521、第二量子垒层522和第三量子垒层523，第一量子垒层和第三量子垒层均为AlInGaN层，第二量子垒层为AlGaN层，第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小。本专利技术实施例通过将多量子阱层中的量子垒层设置为复合结构，其中第二量子垒层为AlGaN层，第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小，可以形成一个三角形的势垒层，一方面可以在不增大极化的条件下更有效的将载流子限制在量子阱层中进行辐射复合，提高LED的发光效率；另一方面可以增加量子垒层对电子的阻挡能力，防止电子泄露，改善droop效应，最终起到抑制大电流注入下LED的光效下降，提高LED的发光效率的作用。同时第一量子垒层和第三量子垒层均为AlInGaN层，可以减小InGaN量子阱层和第二量子垒层之间的极化效应，从而进一步改善droop效应。可选地，多量子阱层5包括n个周期交替生长的量子阱层51和复合量子垒层52，7≤n≤11。若n的取值过大，则会导致多量子阱层5的厚度过厚，多量子阱层晶体质量下降，使得LED的发光效率变低。若n的取值过小，则多量子阱层5的厚度较薄，载流子的利用率达不到最大，会导致LED的发光效率变低。示例性地，n＝9，此时可以保证电子和空穴进行充分的辐射复合发光。进一步地，第二量子垒层522中的Al组分先由0逐渐增大至0.05～0.15，再逐渐减小至0。进一步地，第一量子垒层521和第三量子垒层523中的Al组分均为0.02～0.05，In组分均为0.05～0.1。进一步地，第一量子垒层521和第三量子垒层523的厚度相等，第二量子垒层522的厚度大于第一量子垒层521的厚度。进一步地，第二量子垒层522的厚度为6～8nm。进一步地，第一量子垒层521和第三量子垒层523的厚度均为0.2～0.4nm。可选地，复合量子垒层52的总厚度为7～10nm。若复合量子垒层52的厚度过厚，则会影响载流子的注入效率，从而降低LED的发光效率。若复合量子垒层52的厚度过薄，则整本文档来自技高网...

【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、以及依次生长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、P型层和P型接触层，其特征在于，所述多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒层、第二量子垒层和第三量子垒层，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层均为AlInGaN层，所述第二量子垒层为AlGaN层，所述第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小。

【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、以及依次生长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、P型层和P型接触层，其特征在于，所述多量子阱层包括交替生长的InGaN量子阱层和复合量子垒层，所述复合量子垒层包括依次层叠的第一量子垒层、第二量子垒层和第三量子垒层，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层均为AlInGaN层，所述第二量子垒层为AlGaN层，所述第二量子垒层中的Al组分沿外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小。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，所述第二量子垒层中的Al组分先由0逐渐增大至0.05～0.15，再逐渐减小至0。3.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，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层中的Al组分均为0.02～0.05，In组分均为0.05～0.1。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，所述第一量子垒层和所述第三量子垒层的厚度相等，所述第二量子垒层的厚度大于所述第一量子垒层的厚度。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，所述第二量子垒层的厚度为6～8nm。6.根据权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁杰，秦双娇，胡任浩，周飚，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