一种发光二极管外延片及其制备方法

摘要

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制备方法，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、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层。本发明通过在衬底上依次层叠缓冲层、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层，由于P型层优先多量子阱层生长，因此可以通过升高P型层的生长温度来提高P型层中掺杂的Mg的活化效率且不会破坏到多量子阱层，使电子和空穴在多量子阱层充分复合发光，提高了发光二极管的发光效率。

权利要求

1.一种发光二极管外延片，其特征在于，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、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层。

2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层。

3.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1。

4.根据权利要求2或3所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述超晶格应力释放层中各层的厚度为1～10nm。

5.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述电流扩展层为N型掺杂的AlGaN层。

6.一种发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：在衬底上生长缓冲层；

在所述缓冲层上生长非掺杂GaN层；

在所述非掺杂GaN层上生长超晶格应力释放层；

在所述超晶格应力释放层上生长P型层；

在所述P型层上生长电子阻挡层；

在所述电子阻挡层上生长多量子阱层；

在所述多量子阱层上生长电流扩展层；

在所述电流扩展层上生长N型层。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1。

9.根据权利要求7或8所述的制备方法，其特征在于，所述超晶格应力释放层中各层的厚度为1～10nm。

10.根据权利要求6-8任一项所述的制备方法，其特征在于，所述电流扩展层为N型掺杂的AlGaN层。

说明书

一种发光二极管外延片及其制备方法

技术领域

[0001] 本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制备方法。

背景技术

[0002] 发光二极管(Light Emitting Diodes，简称LED)芯片是一种可以直接把电转化为光的固态半导体器件，是发光二极管的核心组件。发光二极管芯片包括GaN基的外延片、以及在外延片上制作的电极。

[0003] 现有的外延片通常包括衬底、以及依次覆盖在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，多量子阱层是若干量子阱层和若干量子垒层交替形成的。

[0004] 在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

[0005] P型层中掺杂的Mg的活化效率很低(不到1％)，若提高生长温度提高活化效率，则会破坏到多量子阱层，影响内量子效率。

发明内容

[0006] 为了解决现有技术的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制备方法。所述技术方案如下：

[0007] 一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，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、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层。

[0008] 可选地，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层。

[0009] 可选地，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1。

[0010] 优选地，所述超晶格应力释放层中各层的厚度为1～10nm。

[0011] 可选地，所述电流扩展层为N型掺杂的AlGaN层。

[0012] 另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：

[0013] 在衬底上生长缓冲层；

[0014] 在所述缓冲层上生长非掺杂GaN层；

[0015] 在所述非掺杂GaN层上生长超晶格应力释放层；

[0016] 在所述超晶格应力释放层上生长P型层；

[0017] 在所述P型层上生长电子阻挡层；

[0018] 在所述电子阻挡层上生长多量子阱层；

[0019] 在所述多量子阱层上生长电流扩展层；

[0020] 在所述电流扩展层上生长N型层。

[0021] 可选地，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层。

[0022] 可选地，所述超晶格应力释放层包括交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1。

[0023] 优选地，所述超晶格应力释放层中各层的厚度为1～10nm。

[0024] 可选地，所述电流扩展层为N型掺杂的AlGaN层。

[0025] 本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

[0026] 通过在衬底上依次层叠缓冲层、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层，由于P型层优先多量子阱层生长，因此可以通过升高P型层的生长温度来提高P型层中掺杂的Mg的活化效率且不会破坏到多量子阱层。而且超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层，或者交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1，可以减少极化和应力，避免因电极极化导致Mg的掺杂效率降低，进一步提高P型层中掺杂的Mg的活化效率，有利于载流子的捕获和载流子在发光区的均匀分布，使电子和空穴在多量子阱层充分复合发光，提高了发光二极管的发光效率。

附图说明

[0027] 为了更清楚地说明本发明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发明的一些实施例，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是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；

[0029] 图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制备方法的流程图。

具体实施方式

[0030] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

[0031] 实施例一

[0032] 本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，参见图1，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、非掺杂GaN层3、超晶格应力释放层4、P型层5、电子阻挡层6、多量子阱层7、电流扩展层8、N型层9。

[0033] 在本实施例的一种实现方式中，超晶格应力释放层4可以包括交替层叠的MgN层和GaN层。

[0034] 在本实施例的另一种实现方式中，超晶格应力释放层4可以包括交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1。

[0035] 可选地，超晶格应力释放层4中各层的厚度可以为1～10nm。

[0036] 可选地，电流扩展层8可以为N型掺杂的AlGaN层。

[0037] 在本实施例中，衬底1可以为蓝宝石衬底，缓冲层2可以为GaN层，P型层5可以为P型掺杂的GaN层，电子阻挡层6可以为P型掺杂的AlGaN层，多量子阱层7可以包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，N型层9可以为N型掺杂的GaN层。

[0038] 本发明实施例通过在衬底上依次层叠缓冲层、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层，由于P型层优先多量子阱层生长，因此可以通过升高P型层的生长温度来提高P型层中掺杂的Mg的活化效率且不会破坏到多量子阱层。而且超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层，或者交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1，可以减少极化和应力，避免因电极极化导致Mg的掺杂效率降低，进一步提高P型层中掺杂的Mg的活化效率，有利于载流子的捕获和载流子在发光区的均匀分布，使电子和空穴在多量子阱层充分复合发光，提高了发光二极管的发光效率。

[0039] 实施例二

[0040] 本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制备方法，适用于制备实施例一提供的发光二极管外延片，参见图2，该制备方法包括：

[0041] 步骤201：在衬底上生长缓冲层。

[0042] 具体地，该步骤201可以包括：

[0043] 控制温度为625℃，在衬底上生长一层厚度为30nm的GaN层，形成缓冲层。

[0044] 可选地，在步骤201之前，该制备方法还可以包括：

[0045] 清洁衬底的表面。

[0046] 具体地，清洁衬底的表面，可以包括：

[0047] 控制温度为1300℃，将衬底在H2气氛下进行10分钟的热处理，以清洁衬底的表面。

[0048] 步骤202：在缓冲层上生长非掺杂GaN层。

[0049] 具体地，该步骤202可以包括：

[0050] 控制温度为1230℃，在缓冲层上生长一层厚度为2μm的非掺杂GaN层。

[0051] 步骤203：在非掺杂GaN层上生长超晶格应力释放层。

[0052] 在本实施例的一种实现方式中，该步骤203可以包括：

[0053] 控制温度为1220℃，在非掺杂GaN层上交替生长10层厚度为2.5nm的MgN层和10层厚度为2nm的没有掺杂的GaN层。

[0054] 在本实施例的另一种实现方式中，该步骤203可以包括：

[0055] 控制温度为1220℃，在非掺杂GaN层上交替生长10层厚度为2.5nm的P型掺杂的AlxGa1-xN层和10层厚度为2nm的P型掺杂的GaN层，0＜x＜1。

[0056] 步骤204：在超晶格应力释放层上生长P型层。

[0057] 具体地，该步骤204可以包括：

[0058] 控制温度为1240℃，在超晶格应力释放层上生长一层厚度为2μm的掺杂Mg的GaN层，形成P型层。

[0059] 步骤205：在P型层上生长电子阻挡层。

[0060] 具体地，该步骤205可以包括：

[0061] 在P型层上生长一层厚度为100nm的P型掺杂的AlGaN层，形成电子阻挡层。

[0062] 步骤206：在电子阻挡层上生长多量子阱层。

[0063] 具体地，该步骤206可以包括：

[0064] 在电子阻挡层上交替生长10层厚度为3nm的AlGaN量子阱层和10层厚度为12nm的GaN量子垒层。

[0065] 其中，AlGaN量子阱层的生长温度为850℃，GaN量子垒层的生长温度为950℃。

[0066] 步骤207：在多量子阱层上生长电流扩展层。

[0067] 具体地，该步骤207可以包括：

[0068] 在多量子阱层上生长一层厚度为60nm的N型掺杂的AlGaN层，形成电流扩展层。

[0069] 步骤208：在电流扩展层上生长N型层。

[0070] 具体地，该步骤208可以包括：

[0071] 在电流扩展层上生长一层厚度为1μm的N型掺杂的GaN层，形成N型层。

[0072] 在具体实现中，可以采用高纯H2或者N2作为载气，采用TMGa、TMAl、TMIn、NH3分别作为Ga源、Al源、In源、N源，分别采用SiH4、Cp2Mg分别作为N型掺杂剂、P型掺杂剂，采用金属有机化学气相沉积设备完成外延片的生长。

[0073] 本发明实施例通过在衬底上依次层叠缓冲层、非掺杂GaN层、超晶格应力释放层、P型层、电子阻挡层、多量子阱层、电流扩展层、N型层，由于P型层优先多量子阱层生长，因此可以通过升高P型层的生长温度来提高P型层中掺杂的Mg的活化效率且不会破坏到多量子阱层。而且超晶格应力释放层包括交替层叠的MgN层和GaN层，或者交替层叠的P型掺杂的AlxGa1-xN层和P型掺杂的GaN层，0＜x＜1，可以减少极化和应力，避免因电极极化导致Mg的掺杂效率降低，进一步提高P型层中掺杂的Mg的活化效率，有利于载流子的捕获和载流子在发光区的均匀分布，使电子和空穴在多量子阱层充分复合发光，提高了发光二极管的发光效率。

[0074] 以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。