一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其制備方法
【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備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱“LED”)作為一種高效、綠色環(huán)保的新型固態(tài)照明光源，具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優(yōu)點(diǎn)，因而在照明領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的GaN基LED芯片結(jié)構(gòu)包括襯底、緩沖層、η型GaN層、多量子阱層、P型GaN層等。
[0003]GaN基LED芯片在工作過程中，η型GaN層中產(chǎn)生的電子和ρ型GaN層中產(chǎn)生的空穴，在電場的作用下向多量子阱層迀移，并在多量子阱層中發(fā)生輻射復(fù)合，進(jìn)而發(fā)光。目前，由于用作照明的LED芯片工作電流都較大，而大電流密度下工作的芯片發(fā)光效率都比較低，為了增加LED芯片的發(fā)光效率，主要是通過減少電子的溢漏和增加空穴的傳輸距離以及提高有源區(qū)的晶體質(zhì)量等方法。
[0004]在實(shí)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]隨著LED芯片工作電流的增加，電流密度隨之增大，在這種大電流密度情況下，注入多量子阱層中的電子也隨之增多，導(dǎo)致部分電子未與空穴在多量子阱層中復(fù)合而迀移至P型GaN層中，致使電子溢漏的程度增加，使得大電流密度情況下LED芯片的發(fā)光效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有LED芯片隨著工作電流的增加，在大電流密度的情況下發(fā)光效率下降的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片及其制備方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]一方面，提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括:襯底，和依次覆蓋在所述襯底上的u型GaN層、η型GaN層、多量子阱層、以及ρ型GaN層，所述多量子阱層包括:交替生長的InGaN阱層和GaN皇層，
[0008]所述外延片還包括:設(shè)于所述η型GaN層與所述多量子阱層之間的勢皇結(jié)構(gòu)層，所述勢皇結(jié)構(gòu)層包括N層勢皇結(jié)構(gòu)，每層所述勢皇結(jié)構(gòu)包括:依次生長的u型GaN子層和ρ型GaN子層，所述u型GaN子層的厚度dl的取值范圍為:0nm < dl ^ 50nm，所述ρ型GaN子層的厚度d2的取值范圍為:0nm < d2彡50nm，所述N為大于或者等于2的整數(shù)。
[0009]具體地，所述ρ型GaN子層為摻Mg的GaN子層，Mg源的流量F的取值范圍為:0< F 10sccm0
[0010]具體地，所述N的取值范圍為:2 < NS 20。
[0011]進(jìn)一步地，所述勢皇結(jié)構(gòu)層的總厚度d的取值范圍為:0nm < d ^ 500nm。
[0012]進(jìn)一步地，所述u型GaN層的厚度為I?4um ；
[0013]所述η型GaN層的厚度為I?4um ；
[0014]所述InGaN阱層的厚度為2.8?3.8nm ;
[0015]所述GaN皇層的厚度為6nm?18nm ；
[0016]所述ρ型GaN層的厚度為100?500nm。
[0017]另一方面，提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法，所述方法包括:
[0018]在襯底上依次生長u型GaN層和η型GaN層；
[0019]在所述η型GaN層上生長一層勢皇結(jié)構(gòu)層，所述勢皇結(jié)構(gòu)層包括N層勢皇結(jié)構(gòu)，每層所述勢皇結(jié)構(gòu)包括:依次生長的u型GaN子層和ρ型GaN子層，所述u型GaN子層的厚度dl的取值范圍為:0nm < dl彡50nm，所述ρ型GaN子層的厚度d2的取值范圍為:0nm<d2^ 50nm，所述N為大于或者等于2的整數(shù)；
[0020]在所述勢皇結(jié)構(gòu)層上依次生長多量子阱層和ρ型GaN層，所述多量子阱層包括:交替生長的InGaN阱層和GaN皇層。
[0021]具體地，所述ρ型GaN子層為摻Mg的GaN子層，Mg源的流量F的取值范圍為:0
<F ^ 10sccm0
[0022]具體地，所述N的取值范圍為:2 < N < 20。
[0023]進(jìn)一步地，所述N層依次生長的u型GaN子層和P型GaN子層的總厚度d的取值范圍為:0nm < d 500nm。
[0024]進(jìn)一步地，所述勢皇結(jié)構(gòu)層的生長溫度均為1100?1200°C。
[0025]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0026]通過在η型GaN層與多量子阱層之間增設(shè)由多層勢皇結(jié)構(gòu)組成的勢皇結(jié)構(gòu)層，形成多層能量勢皇，能有效降低大電流密度下η型GaN層中的電子注入多量子阱層的速率，進(jìn)而增加P型GaN層的空穴的迀移距離，增加了多量子阱層中空穴的注入率，提高了電子和空穴在多量子阱層中的復(fù)合率，同時(shí)也能減少因部分電子迀移至P型GaN層而產(chǎn)生的溢漏，進(jìn)而提高了大電流密度下LED芯片的發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0027]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)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(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0028]圖1是本發(fā)明實(shí)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；
[0029]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種GaN基發(fā)光二極管外延片制備方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0031]實(shí)施例一
[0032]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管外延片，適用于藍(lán)綠光波的GaN基LED，參見圖1，該外延片包括:襯底100，和依次覆蓋在襯底100上的u型GaN層101、η型GaN層102、多量子阱層104、以及ρ型GaN層105，該多量子阱層104包括:交替生長的InGaN阱層114和GaN皇層124。
[0033]該外延片還包括:設(shè)于η型GaN層102與多量子阱層104之間的勢皇結(jié)構(gòu)層103，該勢皇結(jié)構(gòu)層103為N層勢皇結(jié)構(gòu)，每層勢皇結(jié)構(gòu)包括:依次生長的u型GaN子層113和ρ型GaN子層123，u型GaN子層113的厚度dl的取值范圍可以為:0nm < dl ( 50nm，ρ型GaN子層123的厚度d2的取值范圍可以為:0nm < d2彡50nm，N為大于或者等于2的整數(shù)。
[0034]具體地，ρ型GaN子層123可以為摻Mg的GaN子層，Mg源的流量F的取值范圍為:O < F 10sccm0
[0035]在本實(shí)施例中，Mg源的流量是指制備ρ型GaN子層123時(shí)，通入Mg源的流量。
[0036]具體地，N的取值范圍可以為:2彡N彡20，即N可以取2彡N彡20范圍內(nèi)的任一正整數(shù)。優(yōu)選地，N的取值范圍可以為:3 < N < 8。
[0037]進(jìn)一步地，電子阻擋層103的總厚度d的取值范圍可以為:0nm < d ^ 500nm。
[0038]進(jìn)一步地，u型GaN層101的厚度為I?4um (優(yōu)選2um)，n型GaN層102的厚度為I?4um(優(yōu)選2um)，InGaN講層114的厚度為2.8?3.8nm(優(yōu)選為3?3.5nm), GaN皇層124的厚度為6nm?18nm(優(yōu)選為10?15nm)，p型GaN層105的厚度為100?500nm(優(yōu)選 200nm)。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例通過在η型GaN層與多量子阱層之間增設(shè)由多層勢皇結(jié)構(gòu)組成的勢皇結(jié)構(gòu)層，形成多層能量勢皇，能有效降低大電流密度下η型GaN層中的電子注入多量子阱層的速率，進(jìn)而增加P型GaN層中空穴的迀移距離，增加了多量子阱層中空穴的注入率，進(jìn)而提高了電子和空穴在多量子阱層中的復(fù)合率，同時(shí)也能減少因部分電子迀移至P型GaN層而產(chǎn)生的溢漏，進(jìn)而提高了大電流密度下LED芯片的發(fā)光效率，此外，隨著大電流密度下LED芯片發(fā)光效率的提高，在保持LED芯片總的發(fā)光量不變的情況下，LED芯片面積可以進(jìn)一步減少，進(jìn)而可以進(jìn)一步降低了 LED芯片的成本。
[0040]實(shí)施例二
[0041]本發(fā)明實(shí)施例