一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其制作方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。外延片包括襯底、以及在襯底上依次生長的GaN成核層、不摻雜的GaN層、n型層、多量子阱層以及p型層，多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，每個周期包括InGaN層和GaN層，多周期結(jié)構(gòu)之與n型層接觸的周期為第一周期，第一周期的GaN層δ摻雜有Si，且第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層。本發(fā)明通過上述方案，可以降低多量子阱層中的位錯，屏蔽極化電場的影響，提高晶體質(zhì)量，Si不會擴散到InGaN層中，可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的復(fù)合效率高，發(fā)光效率高。
【專利說明】一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]GaN (氮化鎵)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料中的典型代表，其優(yōu)異的物理和化學特性使其在微電子器件和光電子器件等領(lǐng)域有著很重大的應(yīng)用前景。在微電子器件方面，GaN憑借其穩(wěn)定的物理化學性質(zhì)被廣泛應(yīng)用于制作高電子遷移率晶體管、聲表面波器件和耿氏效應(yīng)微波器件等微電子器件。
[0003]現(xiàn)有的GaN基發(fā)光二極管外延片一般包括襯底、以及依次層疊在襯底上的GaN成核層、不摻雜的GaN層、η型層、多量子阱層以及P型層，其中，多量子阱層一般是由InGaN層和GaN層依次交替層疊而成。在生長多量子阱層時，一般是采用低溫生長GaN層，GaN層較低的生長溫度，使得GaN層和InGaN層之間會產(chǎn)生位錯，導(dǎo)致GaN層和InGaN層的界面不夠平整，降低了多量子阱層的晶體質(zhì)量?，F(xiàn)有技術(shù)中，為了降低位錯，一般會在整個GaN層摻雜Si。
[0004]在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題:
[0005]現(xiàn)有技術(shù)中在整個GaN層中摻雜Si，雖然在一定程度上能提高晶體質(zhì)量，但是Si會從GaN層擴展到InGaN層，使得多量子阱層形成點缺陷，進而降低了電子和空穴的復(fù)合效率，致使發(fā)光二極管的發(fā)光效率低下。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管及其制作方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括:襯底、以及在所述襯底上依次生長的GaN成核層、不摻雜的GaN層、η型層、多量子阱層以及P型層，所述多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，每個周期包括InGaN層和GaN層，所述多周期結(jié)構(gòu)之與所述η型層接觸的周期為第一周期，所述第一周期的GaN層δ摻雜有Si，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN 層。
[0008]優(yōu)選地，與所述第一周期連續(xù)的若干個周期的GaN層均δ摻雜有Si，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
[0009]進一步地，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續(xù)周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
[0010]進一步地，在所述多周期結(jié)構(gòu)中，至少一個周期的GaN層不摻雜Si。
[0011]進一步地，在所述連續(xù)周期中，各InGaN層的In組分的含量從下至上遞增。[0012]優(yōu)選地，在所述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層的Si的厚度為I?5nm。
[0013]優(yōu)選地，在所述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層的Si的摻雜濃度為O?IXlO2ci/
3
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[0014]另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制作方法，所述方法包括:
[0015]提供一襯底；
[0016]在所述襯底上依次生長GaN成核層、不摻雜的GaN層、η型層；
[0017]在所述η型層上生長多量子阱層，所述多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，每個周期包括InGaN層和GaN層；所述多周期結(jié)構(gòu)之與所述η型層接觸的周期為第一周期，在生長所述第一周期的GaN層時，在所述第一周期的GaN層中進行元素Si的δ摻雜，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層；
[0018]在所述多量子阱層上生長P型層。
[0019]優(yōu)選地，在生長與所述第一周期連續(xù)的若干個周期的GaN層時，在所述若干個周期的GaN層中分別進行元素Si的δ摻雜，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN 層。
[0020]進一步地，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續(xù)周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
[0021]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0022]多量子阱層多周期結(jié)構(gòu)中，與η型層接觸的第一周期的GaN層δ摻雜有Si，摻雜的Si可以降低多量子阱層中的位錯，屏蔽極化電場的影響，提高晶體質(zhì)量，且由于第一周期中的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層，因此Si不會擴散到InGaN層中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的復(fù)合效率高，發(fā)光二極管的發(fā)光效率高。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實施例一提供的多量子阱層的第一種組成的能帶圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實施例一提供的多量子阱層的第二種組成的能帶圖；
[0027]圖4是本發(fā)明實施例二提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。
[0029]實施例一
[0030]本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片，該外延片尤其適用于制作藍綠光的發(fā)光二極管。
[0031]如圖1所示，該外延片包括:襯底11、以及在襯底11上依次生長的GaN成核層12、不摻雜的GaN層13、η型層14、多量子阱層以及ρ型層16，多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，在本實施例中，多周期結(jié)構(gòu)包括η個周期，分別為第一周期51、第二周期52、第三周期53、……、第η周期5η。每個周期包括InGaN層5a和GaN層5b。多周期結(jié)構(gòu)之與η型層14接觸的周期為第一周期51，第一周期51的GaN層5b δ摻雜有Si，且第一周期51的GaN層5b的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期51的GaN層5b接觸的InGaN層，即第一相鄰層為第一周期51的InGaN層5a和第二周期52的InGaN層5a。
[0032]具體地，多量子阱層的每個周期中，可以是GaN層設(shè)于InGaN層上，也可以是InGaN層設(shè)于GaN層上。
[0033]另外，Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，因此Si不會擴散到InGaN層5a中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子或空穴的非輻射復(fù)合幾率大大減小，電子和空穴的復(fù)合效率高，發(fā)光二極管的發(fā)光效率高。
[0034]優(yōu)選地，在本實施例中，與第一周期51連續(xù)的若干個周期的GaN層5b均δ摻雜有Si，且該若干個周期的GaN層5b的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，第二相鄰層為與該若干個周期中每個周期的GaN層5b接觸的InGaN層5a。例如，參見圖1，第一周期51到第五周期55的GaN層5b均δ摻雜有S i，則第二相鄰層為第二周期52的InGaN層5a、第三周期53的InGaN層5a、第四周期54的InGaN層5a、第五周期55的InGaN層5a和第六周期56的InGaN層5a。通過在與第一周期51連續(xù)的若干個周期的GaN層5b均δ摻雜有Si，可以降低連續(xù)的若干個周期中的InGaN層5a和GaN層5b之間的位錯，進一步提高晶體質(zhì)量。
[0035]進一步地，在本實施例中，第一周期51與該若干個周期組成的連續(xù)周期中，各GaN層5b的Si含量從下至上遞減。在本實施例中，從下至上的方向，是指從η型層14至ρ型層16的方向。例如，第一周期51到第五周期55的GaN層5b均δ摻雜有Si,且第一周期51到第五周期55的GaN層5b的Si含量從下至上遞減。在該連續(xù)的周期中，各GaN層5b摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內(nèi)形成電子勢阱，當電子從η型層14躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層16的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上遞減，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性。
[0036]進一步地，在多周期結(jié)構(gòu)中，至少一個周期的GaN層5b不摻雜Si。具體地，不摻雜Si的周期位于摻雜Si的周期上方臨近ρ型層16處，這樣，多量子阱層的多周期結(jié)構(gòu)中，各GaN層5b的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，例如，多量子阱層中第一周期51到第五周期55的GaN層5b均摻雜Si，第六周期56、第七周期57、第八周期58、……、第η周期5η的GaN層5b均不摻雜Si。該結(jié)構(gòu)有利于空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子復(fù)合，電子和空穴的復(fù)合效率高。需要說明的是，該不摻雜Si的周期可以為一個或多個。[0037]可選地，在上述連續(xù)周期(即多周期結(jié)構(gòu)之摻雜Si的周期)中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
[0038]優(yōu)選地，在上述連續(xù)周期中，各InGaN層5a的In組分的含量從下至上遞增。通過使In組分的含量從下至上遞增，這樣可以減小InGaN層5a和GaN層5b的晶格失配度，從而可以提聞晶體的質(zhì)量。
[0039]進一步地，在多周期結(jié)構(gòu)之不摻雜Si的周期中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
[0040]進一步地，在多周期結(jié)構(gòu)中，摻雜Si的周期中InGaN層5a的In組分的含量不大于不摻雜Si的周期中的InGaN層5a的In組分的含量(即摻雜Si的周期的InGaN層表示為InxGahN層，摻雜Si的周期的InGaN層表示為InyGa1J層時，x含y)。例如，多量子阱層中的周期數(shù)為8，第一周期51到第五周期55的GaN層5b均摻雜Si，且第一周期51到第五周期55中的InGaN層5a的In組分的含量從下至上遞增，第六周期56、第七周期57和第八周期58的GaN層5b均不摻雜Si，第六周期56到第八周期58中的InGaN層5a的In組分的含量相等，且第五周期中的InGaN層5a的In組分的含量與第六周期中的InGaN層5a的In組分的含量相等。
[0041]具體地，在本實施例中，多量子阱層可以是如下結(jié)構(gòu):周期數(shù)為9，每個周期的具體包括In0.16Ga0.84N層和GaN層，其中，每個周期的In0.16Ga0.84N層的厚度為2.5nm, N與Ga的摩爾比為4500 ;每個周期的GaN層的厚度為12nm，N與Ga的摩爾比為4500 ;從下至上，前5個周期中的GaN層有效摻雜Si的濃度依次為IX IO2Vcm3,2 X IO1Vcm3,5 X IO1Vcm3,5X 1lVcm3UXio1Vcm3,摻雜的厚度都為Inm;后四個周期中的GaN層中摻雜Si的量為O。這種結(jié)構(gòu)的多量子阱層的能帶圖如圖2所示(能帶是由導(dǎo)帶和價帶組成，圖2中，上面是導(dǎo)帶，下面的是價帶)。該結(jié)構(gòu)的外延片經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工工藝制程后，分割成尺寸大小為10X8mil的LED芯片。LED芯片經(jīng)過測試，在測試電流為20mA的情況下，單顆小芯片光輸出功率為5.6mff,藍移量為3?4nm。而傳統(tǒng)的外延片,相同芯片制程的單顆小芯片光的輸出功率為5mW，藍移量為8?12nm。因此，本實施例具有該多量子阱層的外延片相比于傳統(tǒng)傳統(tǒng)的外延片而言，多量子阱層應(yīng)力小，電子與空穴復(fù)合效率高，制成的LED芯片亮度大。
[0042]具體地，在本實施例中，多量子阱層也可以是如下結(jié)構(gòu):其周期數(shù)為8，從下至上，前3個周期每個周期包括Ina 12Ga0.88N層和GaN層，前三個周期中每個周期的Ina 12Ga0.88N層的厚度為2.5nm，N與Ga的摩爾比為4500 ;前三個周期中每個周期的GaN層的厚度為12nm，N與Ga的摩爾比為4500，前三個周期中的GaN層有效摻雜Si的濃度都為lX1019/cm3，Si摻雜的厚度分別為3nm、2nm、lnm ;后5個周期每個周期包括1% 16Gaa84N層和GaN層,后五個周期中的每個周期的Inai6Gaa84N層的厚度為2.5nm，N與Ga的摩爾比為4500 ;后五個周期中的每個周期的GaN層的厚度為12nm，N與Ga的摩爾比為4500，后五個周期中的GaN層摻雜Si的量都為O。這種結(jié)構(gòu)的多量子阱層的能帶圖如圖3所示(能帶是由導(dǎo)帶和價帶組成，圖3中，上面是導(dǎo)帶，下面的是價帶)。該結(jié)構(gòu)的外延片經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工工藝制程后，分割成尺寸大小為10X8mil的LED芯片。經(jīng)LED芯片測試，測試電流20mA，單顆小芯片光輸出功率為5.3mW，藍移量為3?4nm。而傳統(tǒng)的外延片，相同芯片制程的單顆小芯片光的輸出功率為5mW，藍移量為8?12nm。因此，本實施例具有該多量子阱層的外延片相比于傳統(tǒng)傳統(tǒng)的外延片而言，多量子阱層應(yīng)力小，電子與空穴復(fù)合效率高，制成的LED芯片亮度大。
[0043]優(yōu)選地,在多周期結(jié)構(gòu)中，每個周期的InGaN層5a的厚度為2-5nm,每個周期的GaN層5b的厚度為8-20nm。通過限制InGaN層5a和GaN層5b的厚度，以控制多量子阱層的厚度，以將多量子阱層的厚度控制在合適的范圍內(nèi)，從而在保證多量子阱層發(fā)光效率的同時不會影響其生長質(zhì)量。
[0044]優(yōu)選地,在上述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層5b的Si的厚度為1-5nm。通過控制Si摻雜的厚度，從而控制摻雜Si的量，以保證摻雜的Si的量在適量的范圍內(nèi)，一方面可以減少位錯密度，另一方面又不至于Si擴散到InGaN層5a中，引起非輻射復(fù)合。
[0045]優(yōu)選地，在上述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層5b的Si的摻雜濃度為O-1 X 10（20）/cm3。摻雜Si的量過低，不能提高晶體質(zhì)量，而摻雜Si的量過高則會帶來額外的摻雜導(dǎo)致的缺陷，通過限制摻雜Si的濃度，以控制摻雜Si的量。
[0046]進一步地，通過限制InGaN層5a中In組分的含量，可以控制外延片制作成芯片后發(fā)出的光的顏色，優(yōu)選地，在本實施例中InGaN層5a的In組分的含量在O-0.5范圍內(nèi)(SPInGaN層5a為InxGahN層，0〈x〈0.5)，此時芯片發(fā)出的光為藍綠光。需要說明的是，本發(fā)明實施例提供的外延片，尤其適合用于制作藍綠光的芯片。在本實施例中，摻雜的Si可以屏蔽極化電場的影響，減小波長的藍移量。
[0047]可選地，在本實施例中，襯底11可以為藍寶石襯底。
[0048]可選地，在本實施例中，η型層14可以為摻雜Si的GaN層。
[0049]可選地，在本實施例中，多量子阱層的周期數(shù)為η，4〈η〈12。周期數(shù)過小，影響外延片的發(fā)光效率，周期數(shù)過大，會影響多量子阱層的生長質(zhì)量，加大了外延片長壞的風險。
[0050]可選地，在本實施例中，ρ型層16包括ρ型AlyGa1J層和設(shè)于AlyGa1J層上的ρ型GaN層，其中，0〈y〈0.3。具體地，ρ型AlyGa1J層可以為厚度為IOOnm的摻雜Mg的Al。.15Ga0.85N層，其中，P型AlyGa1J層中N與Ga的摩爾比為12000，摻雜的Mg與ρ型AlyGa1J層中的Ga的摩爾比為1/4。ρ型GaN層可以為厚度為0.4μπι的摻雜Mg的GaN層，其中，GaN層中N與Ga的摩爾比為8000，摻雜的Mg與GaN層中的Ga的摩爾比為1/80。通過將ρ型層16包括P型AlyGayN層和ρ型GaN層，ρ型AlyGahyN層可以阻擋電子,從而防止電子溢流。
[0051]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0052]多量子阱層多周期結(jié)構(gòu)中，與η型層接觸的第一周期的GaN層δ摻雜有Si，摻雜的Si可以降低多量子阱層中的位錯，屏蔽極化電場的影響，提高晶體質(zhì)量，且由于第一周期中的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層，因此Si不會擴散到InGaN層中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的復(fù)合效率高，發(fā)光二極管的發(fā)光效率高；并且當發(fā)光二極管發(fā)出的是藍綠光時，摻Si可以屏蔽極化電場的影響，減少波長的藍移量；
[0053]多量子阱層的多周期結(jié)構(gòu)中，各GaN層摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內(nèi)形成電子勢阱，當電子從η型層躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上逐漸減小，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性；
[0054]多量子阱層的多周期結(jié)構(gòu)中，各GaN層的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，此時有利于空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子復(fù)合，電子和空穴的復(fù)合效率高。
[0055]實施例二
[0056]本發(fā)明實施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片的制作方法，可以用來制作實施例一中的GaN基發(fā)光二極管外延片，參見圖4,該方法包括:
[0057]步驟201:提供一襯底；
[0058]可選地，在本實施例中，襯底可以為藍寶石襯底。
[0059]步驟202:在襯底上依次生長GaN成核層、不摻雜的GaN層、η型層；
[0060]可選地，在本實施例中，GaN成核層是在低溫條件下生長，不摻雜的GaN層可以在高溫條件下生長，η型層可以為摻雜Si的GaN層。
[0061]步驟203:在η型層上生長多量子阱層，多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，每個周期包括InGaN層和GaN層；多周期結(jié)構(gòu)之與η型層接觸的周期為第一周期，在生長第一周期的GaN層時，在第一周期的GaN層中進行元素Si的δ摻雜，且第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層；
[0062]具體地，多量子阱層的每個周期中，可以是GaN層設(shè)于InGaN層上，也可以是InGaN層設(shè)于GaN層上。
[0063]具體地，由于第一周期的GaN層摻雜有Si,并且該摻雜為δ摻雜，δ摻雜為局部重摻雜，局部是指部分摻雜，即在被摻雜物質(zhì)的部分進行摻雜，在本實施例中，即指一層GaN層中的部分摻雜Si，剩下的部分不摻雜Si，即不是整個GaN層摻雜Si ;重摻雜是指摻入半導(dǎo)體材料中的雜質(zhì)量比較多，如Si單晶中雜質(zhì)濃度達到大于每立方厘米存有IO18個原子。通過將Si的摻雜設(shè)為δ摻雜可以提高晶體質(zhì)量。
[0064]另外，Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，因此Si不會擴散到InGaN層，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的非輻射復(fù)合幾率大大減小，電子和空穴的復(fù)合效率高，發(fā)光二極管的發(fā)光效率高。
[0065]優(yōu)選地，在生長與第一周期連續(xù)的若干個周期的GaN層時，在該若干個周期的GaN層中分別進行元素Si的δ摻雜，且該若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，第二相鄰層為與該若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層，例如，在生長與第一周期連續(xù)的第二周期到第五周期時，第一周期到第五周期的GaN層均δ摻雜有Si，則第二相鄰層為第二周期的InGaN層、第三周期的InGaN層、第四周期的InGaN層、第五周期的InGaN層和第六周期的InGaN層。通過在與第一周期連續(xù)的若干個周期的GaN層均δ摻雜有Si，可以降低連續(xù)的若干個周期中的InGaN層和GaN層之間的位錯，進一步提高晶體質(zhì)量。
[0066]進一步地，第一周期和該若干個周期組成的連續(xù)周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。在本實施例中，從下至上的方向，是指從η型層至ρ型層的方向。例如，在生長第一周期到第五周期時，第一周期到第五周期的GaN層的Si含量從下至上遞減。在該連續(xù)的周期中，各GaN層摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內(nèi)形成電子勢阱，當電子從η型層躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上遞減，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性。[0067]進一步地，在多周期結(jié)構(gòu)中，至少一個周期的GaN層不摻雜Si。具體地，不摻雜Si的周期位于摻雜Si的周期上方臨近ρ型層處，這樣，多量子阱層的多周期結(jié)構(gòu)中，各GaN層的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，例如，多量子阱層中的周期數(shù)為8，第一周期到第五周期的GaN層均摻雜Si，第六周期到第八周期的GaN層均不摻雜Si。該結(jié)構(gòu)有利于空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子復(fù)合，電子和空穴的復(fù)合效率高。需要說明的是，該不摻雜Si的周期可以為一個或多個。
[0068]可選地，在上述連續(xù)周期(即多周期結(jié)構(gòu)之摻雜Si的周期)中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
[0069]優(yōu)選地，在上述連續(xù)周期中，各InGaN層5a的In組分的含量從下至上遞增。通過使In組分的含量從下至上遞增，這樣可以減小InGaN層5a和GaN層5b的晶格失配度，從而可以提聞晶體的質(zhì)量。
[0070]進一步地，在多周期結(jié)構(gòu)之不摻雜Si的周期中，各InGaN層5a的In組分的含量相等。
[0071]進一步地，在多周期結(jié)構(gòu)中，摻雜Si的周期中InGaN層5a的In組分的含量不大于不摻雜Si的周期中的InGaN層5a的In組分的含量(即摻雜Si的周期的InGaN層表示為InxGahN層，摻雜Si的周期的InGaN層表示為InyGa1J層時，x含y)。例如，多量子阱層中的周期數(shù)為8，第一周期到第五周期的GaN層均摻雜Si，且第一周期到第五周期中的InGaN層的In組分的含量從下至上遞增，第六周期、第七周期和第八周期的GaN層均不摻雜Si，第六周期到第八周期中的InGaN層的In組分的含量不變，且第五周期中的InGaN層的In組分的含量與第六周期中的InGaN層的In組分的含量相等。
[0072]優(yōu)選地，在多周期結(jié)構(gòu)中，每個周期的InGaN層的厚度為2-5nm,每個周期的GaN層的厚度為8-20nm。通過限制InGaN層和GaN層的厚度，以控制多量子阱層的厚度，以將多量子阱層的厚度控制在合適的范圍內(nèi)，從而在保證多量子阱層發(fā)光效率的同時不會影響其生長質(zhì)量。
[0073]優(yōu)選地，上述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層的Si摻雜的厚度為I-5nm。通過控制Si摻雜的厚度，從而控制摻雜Si的量，以保證摻雜的Si在適量的范圍內(nèi)，一方面可以減少位錯密度，另一方面又不至于Si擴散到InGaN層中，引起非輻射復(fù)合。
[0074]優(yōu)選地，上述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層的Si的摻雜濃度為0-1X 1020/cm3。摻雜Si的量過低，不能提高晶體質(zhì)量，而摻雜Si的量過高則會帶來額外的摻雜導(dǎo)致的缺陷。通過限制摻雜Si的濃度，以控制摻雜Si的量。
[0075]進一步地，通過限制InGaN層5a的In組分的含量，可以控制外延片制作成芯片后發(fā)出的光的顏色，優(yōu)選地，在本實施例1nGaN層5a中In組分的含量在O-0.5范圍內(nèi)(SPInGaN層5a為InxGahN層，0〈x〈0.5)，此時芯片發(fā)出的光為藍綠光。需要說明的是本發(fā)明實施例提供的外延片結(jié)構(gòu)，尤其適合用于制作藍綠光的芯片。在本實施例中，摻雜的Si可以屏蔽極化電場的影響，減小波長的藍移量。
[0076]可選地，在本實施例中，多量子阱層的周期數(shù)為n，4〈n〈12。周期數(shù)過小，影響外延片的發(fā)光效率，周期數(shù)過大，會影響多量子阱層的生長質(zhì)量，加大了外延片長壞的風險。
[0077]步驟204:在多量子阱層上生長P型層；
[0078]可選地,在本實施例中,P型層包括P型A1yGa1-yN層和設(shè)于P型A1yGa1-yN層上的p型GaN層，其中，0<y<0.3。通過將ρ型層包括ρ型AlyGa1J層和ρ型GaN層，ρ型AlyGaJ層可以阻擋電子，從而防止電子溢流。
[0079]具體地，步驟201?204可以通過以下步驟實現(xiàn):
[0080](I)提供藍寶石襯底，并將藍寶石襯底在溫度為1200°C，純氫氣氣氛里進行退火，然后降溫到600°C進行氮化處理；
[0081](2)在600°C下，生長20nm厚的GaN成核層，此生長過程時，生長壓力為420Torr，N與Ga的摩爾比為900 ；
[0082](3) GaN成核層生長結(jié)束后，停止通入TMGa，將襯底溫度升高1220°C，對GaN成核層在原位進行退火處理，退火時間為8分鐘；退火之后，將溫度調(diào)節(jié)到1220°C，在較低的N與Ga的摩爾比條件下外延生長厚度為3 μ m的不摻雜的GaN層，此生長過程中，生長壓力在200Torr, N與Ga的摩爾比為1500 ；
[0083](4)不摻雜的GaN層生長結(jié)束后，生長一層摻雜濃度IXlO1Vcm3的η型GaN層，厚度為2 μ m，生長溫度為1220°C，生長壓力為150Torr，N與Ga的摩爾比為1800;
[0084](5)在η型GaN層上先生長5個周期的多量子阱，每個周期包括Inai6Gaa84N層和GaN層，Inai6Gaa84N層的厚度為2.5nm，生長溫度為780°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500 ;GaN層的厚度12nm，生長溫度為900°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500，GaN層中Si摻雜的厚度為lnm，Si的有效摻雜濃度為依次為lX102°/cm3、2X IO1Vcm3,5X IO1Vcm3,5X IO1Vcm3UX IO1Vcm3 ;再生長4個周期多量子阱層，每個周期包括Ina 16Ga0,84N層和GaN多星子講，In0 16Ga0,84N層的厚度為2.5nm,生長溫度為780 C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500 ;GaN層中摻雜Si的量為0，GaN層的厚度12nm，生長溫度為900°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500。
[0085](6)多量子阱層生長結(jié)束后，升高溫，溫度控制在1020°C，生長壓力為300Torr，N與Ga的摩爾比為12000，生長厚度為IOOnm的P型Alai5Gaa85N層。該層Mg摻雜濃度較高，Mg與Ga的摩爾比為1/4。然后在P型Alai5Gaa85N上生長0.4μπι厚的P型GaN層，其生長溫度1000°C，生長壓力200Torr，N與Ga的摩爾比8000，Mg與Ga摩爾比為1/80。
[0086]所有外延生長結(jié)束后，將反應(yīng)腔的溫度降至800°C，純氮氣氛圍進行退火處理IOmin,然后降至室溫，結(jié)束外延生長。
[0087]顯然地，上述步驟(5)也可以由以下步驟替換:
[0088]在η型GaN層上先生長3個周期的多量子阱層，每個周期包括Ina 12Ga0.88N層和GaN層，Inai2Gaa88N層的厚度為2.5nm,生長溫度為780°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500 ;GaN層的厚度12nm，生長溫度為900°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500，摻雜的厚度分別為3nm、2nm、lnm，Si的有效摻雜濃度為I X 1019/cm3 ;再生長5個周期的多量子阱層，每個周期包括Inai6Gaa84N層和未摻雜Si的GaN層，Inai6Gaa84N的厚度為
2.5nm，生長溫度為780°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500 ;未摻雜Si的GaN層的厚度12nm，生長溫度為900°C，生長壓力為200Torr，N與Ga的摩爾比為4500。
[0089]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:多量子阱層多周期結(jié)構(gòu)中，與η型層接觸的第一周期的GaN層δ摻雜有Si，摻雜的Si可以降低多量子阱層中的位錯，屏蔽極化電場的影響，提高晶體質(zhì)量，且由于第一周期中的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，第一相鄰層為與第一周期的GaN層接觸的InGaN層，因此Si不會擴散到InGaN層中，這可避免在多量子阱層中形成點缺陷，使得電子和空穴的復(fù)合效率高，發(fā)光二極管的發(fā)光效率高；并且當發(fā)光二極管發(fā)出的是藍綠光時，摻Si可以屏蔽極化電場的影響，減少波長的藍移量；
[0090]多量子阱層的多周期結(jié)構(gòu)中，各GaN層摻雜Si的量從下至上遞減，能夠在多量子阱層內(nèi)形成電子勢阱，當電子從η型層躍遷時，該電子勢阱可以降低電子的速度，將電子聚集在多量子阱層中，有效增加了注入到多量子阱層的電子濃度，減少電子溢流到P型層的幾率；同時，摻雜Si的量從下至上逐漸減小，可以提高電子在多量子阱層中分布的均勻性；
[0091]多量子阱層的多周期結(jié)構(gòu)中，各GaN層的Si含量從下至上遞減，直至減小至0，此時有利于空穴通過不摻雜Si的周期，更多地與進入多量子阱層的電子復(fù)合，電子和空穴的復(fù)合效率高。
[0092]上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。
[0093]以上僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種GaN基發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括襯底、以及在所述襯底上依次生長的GaN成核層、不摻雜的GaN層、η型層、多量子阱層以及P型層，所述多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，每個周期包括InGaN層和GaN層，其特征在于，所述多周期結(jié)構(gòu)之與所述η型層接觸的周期為第一周期，所述第一周期的GaN層δ摻雜有Si，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，與所述第一周期連續(xù)的若干個周期的GaN層均δ摻雜有Si，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延片，其特征在于，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續(xù)周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的外延片，其特征在于，在所述多周期結(jié)構(gòu)中，至少一個周期的GaN層不慘雜Si。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外延片，其特征在于，在所述連續(xù)周期中，各InGaN層的In組分的含量從下至上遞增。
6.要求5所述的外延片，其特征在于，在所述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層的Si的厚度為I?5nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一項所述的外延片，其特征在于，在所述連續(xù)周期中，每個周期的GaN層的Si的摻雜濃度為O?I X 102°/cm3。
8.—種GaN基發(fā)光二極管外延片的制作方法,所述方法包括: 提供一襯底； 在所述襯底上依次生長GaN成核層、不摻雜的GaN層、η型層； 在所述η型層上生長多量子阱層，所述多量子阱層為多周期結(jié)構(gòu)，每個周期包括InGaN層和GaN層； 在所述多量子阱層上生長P型層， 其特征在于，所述多周期結(jié)構(gòu)之與所述η型層接觸的周期為第一周期，在生長所述第一周期的GaN層時，在所述第一周期的GaN層中進行元素Si的δ摻雜，且所述第一周期的GaN層的Si摻雜在遠離第一相鄰層的位置，所述第一相鄰層為與所述第一周期的GaN層接觸的InGaN層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在生長與所述第一周期連續(xù)的若干個周期的GaN層時，在所述若干個周期的GaN層中分別進行元素Si的δ摻雜，且所述若干個周期的GaN層的Si分別摻雜在遠離第二相鄰層的位置，所述第二相鄰層為與所述若干個周期中每個周期的GaN層接觸的InGaN層。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一周期和所述若干個周期組成的連續(xù)周期中，各GaN層的Si含量從下至上遞減。
【文檔編號】H01L33/32GK103441197SQ201310329712
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2013年7月31日
【發(fā)明者】吳克敏, 魏世禎 申請人:華燦光電股份有限公司