一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制造方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述外延片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、應(yīng)力釋放層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型GaN層，多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子壘層，量子阱層為InGaN層，量子壘層為插入有InGaN層的GaN層，量子壘層中的InGaN層的In組分含量低于量子阱層中的InGaN層的In組分含量。本發(fā)明通過在GaN量子壘層中插入In組分含量低于InGaN量子阱層的InGaN層，提高載流子的注入效率，增加電子和空穴在量子阱中的有效復(fù)合，進(jìn)而提高量子效率。
【專利說明】
一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]半導(dǎo)體發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)具有高效節(jié)能、綠色環(huán)保的優(yōu)點(diǎn)，在交通指示、戶外全色顯示等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。GaN基材料包括InGaN、GaN、AlGaN,Al InGaN合金，具有禁帶寬度大、電子漂移速度不易飽和、擊穿場強(qiáng)大、介電常數(shù)小、導(dǎo)熱性能好、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)點(diǎn)，是LED的優(yōu)良材料。
[0003]現(xiàn)有的GaN基LED的外延片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的緩沖層、未摻雜的GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型GaN層。其中，多量子阱層包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子皇層。
[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]GaN量子皇層對載流子的移動具有阻擋作用，注入多量子阱層的載流子數(shù)量較少，量子效率較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)量子效率較低的問題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、應(yīng)力釋放層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型GaN層，所述多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層，所述量子阱層為InGaN層，所述量子皇層為插入有InGaN層的GaN層，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量低于所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量。
[0008]可選地，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量為所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20?1/2。
[0009]可選地，所述量子皇層中的InGaN層的厚度為所述量子皇層的厚度的1/10?1/2。
[0010]可選地，所述量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度相等。
[0011]可選地，所述量子皇層的厚度為8nm?20nm。
[0012]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制造方法，所述制造方法包括:
[0013]在襯底上生長緩沖層；
[0014]在所述緩沖層上生長未慘雜GaN層；
[0015]在所述未摻雜GaN層上生長N型GaN層；
[0016]在所述N型GaN層上生長應(yīng)力釋放層；
[0017]在所述應(yīng)力釋放層上生長多量子阱層，所述多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層，所述量子講層為InGaN層，所述量子皇層為插入有InGaN層的GaN層，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量低于所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量；
[0018]在所述多量子阱層上生長P型電子阻擋層；
[0019]在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。
[0020]可選地，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量為所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20?1/2。
[0021]可選地，所述量子皇層中的InGaN層的厚度為所述量子皇層的厚度的1/10?1/2。
[0022]可選地，所述量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度相等。
[0023]可選地，所述量子皇層的厚度為8nm?20nm。
[0024]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0025]通過在GaN量子皇層中插入In組分含量低于InGaN量子阱層的InGaN層，利用InGaN帶隙小，有效降低導(dǎo)帶和價(jià)帶的能帶位置，增加導(dǎo)帶的勢皇同時(shí)降低價(jià)帶的勢皇，增強(qiáng)電子和空穴的捕獲作用，提高載流子的注入效率，增加電子和空穴在量子阱中的有效復(fù)合，進(jìn)而提高量子效率。
【附圖說明】
[0026]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。
[0027]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制造方法的流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029]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)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0030]實(shí)施例一
[0031]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，參見圖1，該外延片包括襯底1、以及依次層疊在襯底I上的緩沖層2、未摻雜GaN層3、N型GaN層4、應(yīng)力釋放層5、多量子阱層6、P型電子阻擋層7、P型GaN層8。
[0032]在本實(shí)施例中，多量子阱層6包括交替層疊的量子阱層和量子皇層。量子阱層為InGaN層;量子皇層為插入有InGaN層的GaN層，量子皇層中的InGaN層的In組分含量低于量子阱層中的InGaN層的In組分含量。
[0033]其中，In組分含量為In組分的摩爾含量。
[0034]具體地，應(yīng)力釋放層5包括交替層疊的InGaN層和GaN層。P型電子阻擋層7為P型AlGaN層。
[0035]可選地，量子皇層中的InGaN層的In組分含量可以為量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20?1/2。當(dāng)量子皇層中的InGaN層的In組分含量小于量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20時(shí)，無法有效降低導(dǎo)帶和價(jià)帶的能帶位置;當(dāng)量子皇層中的InGaN層的In組分含量大于量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/2時(shí)，會影響量子皇層的生長質(zhì)量和量子阱層的發(fā)光波長。
[0036]可選地，量子皇層中的InGaN層的厚度可以為量子皇層的厚度的1/10?1/2。
[0037]可選地，量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度可以相等。
[0038]可選地，量子皇層的厚度可以為8nm?20nm。
[0039]本發(fā)明實(shí)施例通過在GaN量子皇層中插入In組分含量低于InGaN量子阱層的InGaN層，利用InGaN帶隙小，有效降低導(dǎo)帶和價(jià)帶的能帶位置，增加導(dǎo)帶的勢皇同時(shí)降低價(jià)帶的勢皇，增強(qiáng)電子和空穴的捕獲作用，提高載流子的注入效率，增加電子和空穴在量子阱中的有效復(fù)合，進(jìn)而提尚量子效率。
[0040]實(shí)施例二
[0041]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制造方法，適用于制造實(shí)施例一提供的氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，參見圖2，該制造方法包括:
[0042]步驟200:將襯底在溫度為1050°C的純氫氣氣氛里進(jìn)行退火，并進(jìn)行氮化處理。
[0043]在本實(shí)施例中，以高純氫氣(H2)或氮?dú)?N2)作為載氣，以三甲基稼(TMGa)、三甲基鋁(TMA1)、三甲基銦(TMIn)和氨氣(NH3)分別作為6&^1、111和咐原，用硅烷(3丨!14)、二茂鎂(CP2Mg)分別作為N、P型摻雜劑。
[0044]步驟201:將溫度控制為540°C，在襯底上生長厚度為25nm的緩沖層。
[0045]步驟202:停止通入TMGa，將溫度控制在1040°C，對緩沖層在原位進(jìn)行8分鐘的退火處理。
[0046]步驟203:在緩沖層上生長厚度為Ιμπι的未摻雜GaN層。
[0047]步驟204:在未摻雜GaN層上生長厚度為2μπι的N型GaN層。
[0048]步驟205:將壓力控制在300torr，在N型GaN層上生長應(yīng)力釋放層。
[0049]在本實(shí)施例中，應(yīng)力釋放層包括交替層疊的InGaN層和GaN層，InGaN層和GaN層的層數(shù)均為6層，InGaN層的厚度為2nm，InGaN層的厚度為30nmo
[0050]步驟206:在應(yīng)力釋放層上生長多量子阱層。
[0051]在本實(shí)施例中，多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層。量子阱層為InGaN層;量子皇層為插入有InGaN層的GaN層，量子皇層中的InGaN層的In組分含量低于量子阱層中的InGaN層的In組分含量。
[0052]可選地，量子皇層中的InGaN層的In組分含量可以為量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20?1/2。
[0053]可選地，量子皇層中的InGaN層的厚度可以為量子皇層的厚度的1/10?1/2。
[0054]可選地，量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度可以相等。
[0055]在具體實(shí)現(xiàn)中，量子皇層中的InGaN層一側(cè)的GaN層、量子皇層中的InGaN層、以及量子皇層中的InGaN層另一側(cè)的GaN層的厚度之比可以為1:0.3:1?1:1.2:1。
[0056]可選地，量子皇層的厚度可以為8nm?20nm。
[0057]具體地，量子皇層中的InGaN層的厚度可以為2nm?10nm。
[0058]可選地，量子皇層的生長溫度可以為750 °C?900 °C。
[0059]可選地，量子皇層的生長壓力可以為200torr?300torr。
[0060]可選地，量子阱層和量子皇層的層數(shù)之和可以為16層?20層。
[0061]在本實(shí)施例中，量子阱層的厚度為2.5nm，量子皇層的厚度為15nm，量子皇層中的InGaN層的厚度為3nm，量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度均為6nm。
[0062]步驟207:在多量子阱層上生長厚度為80nm的P型電子阻擋層。
[0063]在本實(shí)施例中，P型電子阻擋層7為P型AlGaN層。
[0064]步驟208:在P型電子阻擋層上生長0.2μπι的P型GaN層。
[0065]步驟209:在P型GaN層上生長厚度為15nm的P型接觸層。
[0066]需要說明的是，在外延生長工藝結(jié)束后，將反應(yīng)腔的溫度降至800V，在純氮?dú)鈿夥障逻M(jìn)行退火處理lOmin，然后降至室溫，結(jié)束外延生長。經(jīng)過清洗、沉積、光刻和刻蝕等半導(dǎo)體加工工藝制程后，將LED外延片分割成LED芯片。。
[0067]本發(fā)明實(shí)施例通過在GaN量子皇層中插入In組分含量低于InGaN量子阱層的InGaN層，利用InGaN帶隙小，有效降低導(dǎo)帶和價(jià)帶的能帶位置，增加導(dǎo)帶的勢皇同時(shí)降低價(jià)帶的勢皇，增強(qiáng)電子和空穴的捕獲作用，提高載流子的注入效率，增加電子和空穴在量子阱中的有效復(fù)合，進(jìn)而提尚量子效率。
[0068]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、應(yīng)力釋放層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型GaN層，所述多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層，所述量子阱層為InGaN層，其特征在于，所述量子皇層為插入有InGaN層的GaN層，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量低于所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量為所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20?1/2。3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述量子皇層中的InGaN層的厚度為所述量子皇層的厚度的1/10?1/2。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度相等。5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述量子皇層的厚度為Snm?20nm。6.—種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括: 在襯底上生長緩沖層； 在所述緩沖層上生長未摻雜GaN層； 在所述未摻雜GaN層上生長N型GaN層； 在所述N型GaN層上生長應(yīng)力釋放層； 在所述應(yīng)力釋放層上生長多量子阱層，所述多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層，所述量子阱層為InGaN層，所述量子皇層為插入有InGaN層的GaN層，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量低于所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量； 在所述多量子阱層上生長P型電子阻擋層； 在所述P型電子阻擋層上生長P型GaN層。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇層中的InGaN層的In組分含量為所述量子阱層中的InGaN層的In組分含量的1/20?1/2。8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇層中的InGaN層的厚度為所述量子皇層的厚度的1/10?1/2。9.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇層中的InGaN層兩側(cè)的GaN層的厚度相等。10.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇層的厚度為Snm?20nmo
【文檔編號】H01L33/32GK106057995SQ201610373058
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】胡任浩, 郭炳磊, 呂蒙普, 胡加輝
【申請人】華燦光電(蘇州）有限公司