微型发光二极管外延片及其制造方法技术

本公开提供了一种微型发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型波导层、多量子阱层、P型波导层和电极接触层，所述发光二极管芯片还包括位于所述N型波导层和所述多量子阱层之间的调制层，所述调制层为掺氧和碳的氮化镓层。该外延片可以减小微型发光二极管中的缺陷和极化现象，提高芯片的发光效率。提高芯片的发光效率。提高芯片的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
微型发光二极管外延片及其制造方法


[0001]本公开涉及半导体
，特别涉及一种微型发光二极管外延片及其制造方法。

技术介绍

[0002]GaN(氮化镓)材料是一种宽带隙(Eg＝3.39eV)半导体材料，具有优良的物理和化学特性，掺人一定比例的In或Al后，其禁带宽度可在0.77～6.28eV的宽广范围内变化，可用于制作从红光到紫外光的发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)等光电子器件，具有广阔的应用前景。
[0003]外延片是LED中的主要构成部分，现有的氮化镓基LED外延片包括蓝宝石衬底和依次层叠在衬底上的缓冲层、N型波导层、多量子阱层和P型波导层。多量子阱层包括交替生长的InGaN阱层和GaN垒层。N型层的电子和P型层的空穴在多量子阱层复合发光。
[0004]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：
[0005]由于蓝宝石衬底与GaN材料之间存在较大的晶格失配与热失配，导致GaN外延层内产生了高密度的缺陷，例如穿透位错、点缺陷等，其中Ga空位的产生即为点缺陷的一种。产生的Ga空位会扩散到多量子阱层中，俘获电子，影响多量子阱层中In的分布。同时，晶格失配和热失配而导致的应变会引起压电极化，且多量子阱层中In含量越高极化效应越强，从而会降低量子阱的发光效率。

技术实现思路

[0006]本公开实施例提供了一种微型发光二极管外延片及其制造方法，可以减小微型发光二极管中的缺陷和极化现象，提高芯片的发光效率。所述技术方案如下：
[0007]一方面，提供了一种微型发光二极管外延片，所述微型发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型波导层、多量子阱层、P型波导层和电极接触层，
[0008]所述发光二极管芯片还包括位于所述N型波导层和所述多量子阱层之间的调制层，所述调制层为掺氧和碳的氮化镓层。
[0009]所述调制层中氧的含量不超过5*10
18
cm
‑3。
[0010]所述调制层中碳的含量为1*10
17
cm
‑3～5*10
17
cm
‑3。
[0011]所述调制层的厚度为10～50nm。
[0012]所述N型波导层的与所述调制层接触的一面上具有网格状沟槽，所述网格状沟槽包括布置在所述N型波导层的表面的多条沟槽，所述多条沟槽将所述N型波导层的表面分为呈矩阵布置的多个网格，每个所述网格的尺寸均为10*10um～50*50um。
[0013]每条所述沟槽的宽度均为0.5～20um。
[0014]所述多量子阱层包括多个周期交替生长的阱层和垒层，所述多个阱层中最靠近所述N型波导层的两个阱层为第一阱层和第二阱层，所述第一阱层位于所述第二阱层和所述N
型波导层之间；
[0015]所述第一阱层和所述第二阱层的结构相同，所述第一阱层包括第一子层、间断层和第二子层，所述间断层中的In含量小于所述第一子层和所述第二子层中的In含量，所述第一子层的厚度大于所述间断层的厚度，所述间断层的厚度大于所述第二子层的厚度。
[0016]所述多量子阱层还包括第一垒层和第二垒层，所述第一垒层位于所述第一阱层上，所述第二垒层位于所述第二阱层上，且所述第二阱层位于所述第一垒层和所述第二垒层之间；
[0017]所述第一垒层和所述第二垒层的V/III比为M1，所述多量子阱层中除所述第一垒层和所述第二垒层之外的其它所述垒层的V/III比为M2，M1＝(100％+k)*M2，15％≤k≤40％。
[0018]另一方面，提供了一种微型发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：
[0019]提供一衬底；
[0020]在所述衬底上依次生长缓冲层、N型波导层；
[0021]在所述N型波导层上生长调制层，所述调制层为掺氧和碳的氮化镓层。
[0022]在所述调制层上依次生长所述多量子阱层、P型波导层和电极接触层。
[0023]可选地，在所述N型波导层上生长调制层，包括：
[0024]控制反应室内温度为750℃～950℃，压力为100torr～400orr，在所述N型波导层上生长所述调制层。
[0025]本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
[0026]通过在N型波导层和多量子阱层之间生长一层调制层，且调制层为掺氧和碳的氮化镓层。其中，氧电负性较强，易束缚电子，有利于减少氮化镓层中Ga空位的产生。碳可作为双性掺杂剂存在，使得调制层变为高阻层，从而可以减少Ga空位扩散到量子阱层中，从而保证多量子阱层中In组分的均匀分布。减少极化效应和缺陷的产生，这样，增加了电子波函数和空穴波函数的重叠区域，提高了电子和空穴的复合效率，最终可以提高发光二极管的发光效率。
附图说明
[0027]为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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。
[0028]图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的结构示意图；
[0029]图2是本公开实施例提供的一种N型波导层的表面结构示意图；
[0030]图3是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的制造方法流程图；
[0031]图4是本公开实施例提供的另一种微型发光二极管外延片的制造方法流程图。
具体实施方式
[0032]为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。
[0033]图1是本公开实施例提供的一种微型发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，该发光二极管外延片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、N型波导层3、多量子阱层4、P型波导层5和电极接触层6。
[0034]发光二极管芯片还包括位于N型波导层3和多量子阱层4之间的调制层7，调制层7为掺氧和碳的氮化镓层。
[0035]本公开实施例通过在N型波导层和多量子阱层之间生长一层调制层，且调制层为掺氧和碳的氮化镓层。其中，氧电负性较强，易束缚电子，有利于减少氮化镓层中Ga空位的产生。碳可作为双性掺杂剂存在，使得调制层变为高阻层，从而可以减少Ga空位扩散到量子阱层中，从而保证多量子阱层中In组分的均匀分布。减少极化效应和缺陷的产生，这样，增加了电子波函数和空穴波函数的重叠区域，提高了电子和空穴的复合效率，最终可以提高发光二极管的发光效率。
[0036]可选地，调制层7中氧的含量不超过5*10
18
cm
‑3。
[0037]若调制层7中氧的含量过低，则难以有效抑制Ga空位的产生；若调制层7中氧的含量过高，又会降低氮化镓晶体质量。
[0038]可选地，调制层7中碳的含量为1*10
17...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种微型发光二极管外延片，所述微型发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型波导层、多量子阱层、P型波导层和电极接触层，其特征在于，所述发光二极管芯片还包括位于所述N型波导层和所述多量子阱层之间的调制层，所述调制层为掺氧和碳的氮化镓层。2.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述调制层中氧的含量不超过5*10
18
cm
‑3。3.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述调制层中碳的含量为1*10
17
cm
‑3～5*10
17
cm
‑3。4.根据权利要求1所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述调制层的厚度为10～50nm。5.根据权利要求1至4任一项所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述N型波导层的与所述调制层接触的一面上具有网格状沟槽，所述网格状沟槽包括布置在所述N型波导层的表面的多条沟槽，所述多条沟槽将所述N型波导层的表面分为呈矩阵布置的多个网格，每个所述网格的尺寸均为10*10um～50*50um。6.根据权利要求5所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，每条所述沟槽的宽度均为0.5～20um。7.根据权利要求1至4任一项所述的微型发光二极管外延片，其特征在于，所述多量子阱层包括多个周期交替生...

【专利技术属性】
技术研发人员：王群，王江波，葛永晖，董彬忠，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：