一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。所述外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层，量子阱层为InGaN层，量子垒层为插入有InGaN层的GaN层，量子垒层中的InGaN层的In组分含量低于量子阱层中的InGaN层的In组分含量。本发明通过在GaN量子垒层中插入In组分含量低于InGaN量子阱层的InGaN层，提高载流子的注入效率，增加电子和空穴在量子阱中的有效复合，进而提高量子效率。
【专利说明】
一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制造方法
技术领域
[0001]本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制造方法。
【背景技术】
[0002]半导体发光二极管(Light Emitting D1de，简称LED)具有高效节能、绿色环保的优点，在交通指示、户外全色显示等领域有着广泛的应用。GaN基材料包括InGaN、GaN、AlGaN,Al InGaN合金，具有禁带宽度大、电子漂移速度不易饱和、击穿场强大、介电常数小、导热性能好、耐高温、抗腐蚀等优点，是LED的优良材料。
[0003]现有的GaN基LED的外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的缓冲层、未掺杂的GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型GaN层。其中，多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子皇层。
[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]GaN量子皇层对载流子的移动具有阻挡作用，注入多量子阱层的载流子数量较少，量子效率较低。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术量子效率较低的问题，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片及其制造方法。所述技术方案如下:
[0007]—方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子皇层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子皇层为插入有InGaN层的GaN层，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量低于所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量。
[0008]可选地，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量为所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20?1/2。
[0009]可选地，所述量子皇层中的InGaN层的厚度为所述量子皇层的厚度的1/10?1/2。
[0010]可选地，所述量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度相等。
[0011]可选地，所述量子皇层的厚度为8nm?20nm。
[0012]另一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制造方法，所述制造方法包括:
[0013]在衬底上生长缓冲层；
[0014]在所述缓冲层上生长未惨杂GaN层；
[0015]在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层；
[0016]在所述N型GaN层上生长应力释放层；
[0017]在所述应力释放层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子皇层，所述量子讲层为InGaN层，所述量子皇层为插入有InGaN层的GaN层，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量低于所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量；
[0018]在所述多量子阱层上生长P型电子阻挡层；
[0019]在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。
[0020]可选地，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量为所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20?1/2。
[0021]可选地，所述量子皇层中的InGaN层的厚度为所述量子皇层的厚度的1/10?1/2。
[0022]可选地，所述量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度相等。
[0023]可选地，所述量子皇层的厚度为8nm?20nm。
[0024]本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:
[0025]通过在GaN量子皇层中插入In组分含量低于InGaN量子阱层的InGaN层，利用InGaN带隙小，有效降低导带和价带的能带位置，增加导带的势皇同时降低价带的势皇，增强电子和空穴的捕获作用，提高载流子的注入效率，增加电子和空穴在量子阱中的有效复合，进而提高量子效率。
【附图说明】
[0026]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。
[0027]图1是本发明实施例一提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的结构示意图；
[0028]图2是本发明实施例二提供的一种氮化镓基发光二极管的外延片的制造方法的流程图。
【具体实施方式】
[0029]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。
[0030]实施例一
[0031]本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片，参见图1，该外延片包括衬底1、以及依次层叠在衬底I上的缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型GaN层4、应力释放层5、多量子阱层6、P型电子阻挡层7、P型GaN层8。
[0032]在本实施例中，多量子阱层6包括交替层叠的量子阱层和量子皇层。量子阱层为InGaN层;量子皇层为插入有InGaN层的GaN层，量子皇层中的InGaN层的In组分含量低于量子阱层中的InGaN层的In组分含量。
[0033]其中，In组分含量为In组分的摩尔含量。
[0034]具体地，应力释放层5包括交替层叠的InGaN层和GaN层。P型电子阻挡层7为P型AlGaN层。
[0035]可选地，量子皇层中的InGaN层的In组分含量可以为量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20?1/2。当量子皇层中的InGaN层的In组分含量小于量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20时，无法有效降低导带和价带的能带位置;当量子皇层中的InGaN层的In组分含量大于量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/2时，会影响量子皇层的生长质量和量子阱层的发光波长。
[0036]可选地，量子皇层中的InGaN层的厚度可以为量子皇层的厚度的1/10?1/2。
[0037]可选地，量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度可以相等。
[0038]可选地，量子皇层的厚度可以为8nm?20nm。
[0039]本发明实施例通过在GaN量子皇层中插入In组分含量低于InGaN量子阱层的InGaN层，利用InGaN带隙小，有效降低导带和价带的能带位置，增加导带的势皇同时降低价带的势皇，增强电子和空穴的捕获作用，提高载流子的注入效率，增加电子和空穴在量子阱中的有效复合，进而提尚量子效率。
[0040]实施例二
[0041]本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管的外延片的制造方法，适用于制造实施例一提供的氮化镓基发光二极管的外延片，参见图2，该制造方法包括:
[0042]步骤200:将衬底在温度为1050°C的纯氢气气氛里进行退火，并进行氮化处理。
[0043]在本实施例中，以高纯氢气(H2)或氮气(N2)作为载气，以三甲基稼(TMGa)、三甲基铝(TMA1)、三甲基铟(TMIn)和氨气(NH3)分别作为6&^1、111和咐原，用硅烷(3丨!14)、二茂镁(CP2Mg)分别作为N、P型掺杂剂。
[0044]步骤201:将温度控制为540°C，在衬底上生长厚度为25nm的缓冲层。
[0045]步骤202:停止通入TMGa，将温度控制在1040°C，对缓冲层在原位进行8分钟的退火处理。
[0046]步骤203:在缓冲层上生长厚度为Ιμπι的未掺杂GaN层。
[0047]步骤204:在未掺杂GaN层上生长厚度为2μπι的N型GaN层。
[0048]步骤205:将压力控制在300torr，在N型GaN层上生长应力释放层。
[0049]在本实施例中，应力释放层包括交替层叠的InGaN层和GaN层，InGaN层和GaN层的层数均为6层，InGaN层的厚度为2nm，InGaN层的厚度为30nmo
[0050]步骤206:在应力释放层上生长多量子阱层。
[0051]在本实施例中，多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子皇层。量子阱层为InGaN层;量子皇层为插入有InGaN层的GaN层，量子皇层中的InGaN层的In组分含量低于量子阱层中的InGaN层的In组分含量。
[0052]可选地，量子皇层中的InGaN层的In组分含量可以为量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20?1/2。
[0053]可选地，量子皇层中的InGaN层的厚度可以为量子皇层的厚度的1/10?1/2。
[0054]可选地，量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度可以相等。
[0055]在具体实现中，量子皇层中的InGaN层一侧的GaN层、量子皇层中的InGaN层、以及量子皇层中的InGaN层另一侧的GaN层的厚度之比可以为1:0.3:1?1:1.2:1。
[0056]可选地，量子皇层的厚度可以为8nm?20nm。
[0057]具体地，量子皇层中的InGaN层的厚度可以为2nm?10nm。
[0058]可选地，量子皇层的生长温度可以为750 °C?900 °C。
[0059]可选地，量子皇层的生长压力可以为200torr?300torr。
[0060]可选地，量子阱层和量子皇层的层数之和可以为16层?20层。
[0061]在本实施例中，量子阱层的厚度为2.5nm，量子皇层的厚度为15nm，量子皇层中的InGaN层的厚度为3nm，量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度均为6nm。
[0062]步骤207:在多量子阱层上生长厚度为80nm的P型电子阻挡层。
[0063]在本实施例中，P型电子阻挡层7为P型AlGaN层。
[0064]步骤208:在P型电子阻挡层上生长0.2μπι的P型GaN层。
[0065]步骤209:在P型GaN层上生长厚度为15nm的P型接触层。
[0066]需要说明的是，在外延生长工艺结束后，将反应腔的温度降至800V，在纯氮气气氛下进行退火处理lOmin，然后降至室温，结束外延生长。经过清洗、沉积、光刻和刻蚀等半导体加工工艺制程后，将LED外延片分割成LED芯片。。
[0067]本发明实施例通过在GaN量子皇层中插入In组分含量低于InGaN量子阱层的InGaN层，利用InGaN带隙小，有效降低导带和价带的能带位置，增加导带的势皇同时降低价带的势皇，增强电子和空穴的捕获作用，提高载流子的注入效率，增加电子和空穴在量子阱中的有效复合，进而提尚量子效率。
[0068]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。
【主权项】
1.一种氮化镓基发光二极管的外延片，所述外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂GaN层、N型GaN层、应力释放层、多量子阱层、P型电子阻挡层、P型GaN层，所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子皇层，所述量子阱层为InGaN层，其特征在于，所述量子皇层为插入有InGaN层的GaN层，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量低于所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量。2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量为所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20?1/2。3.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述量子皇层中的InGaN层的厚度为所述量子皇层的厚度的1/10?1/2。4.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度相等。5.根据权利要求1或2所述的外延片，其特征在于，所述量子皇层的厚度为Snm?20nm。6.—种氮化镓基发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括: 在衬底上生长缓冲层； 在所述缓冲层上生长未掺杂GaN层； 在所述未掺杂GaN层上生长N型GaN层； 在所述N型GaN层上生长应力释放层； 在所述应力释放层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子皇层，所述量子阱层为InGaN层，所述量子皇层为插入有InGaN层的GaN层，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量低于所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量； 在所述多量子阱层上生长P型电子阻挡层； 在所述P型电子阻挡层上生长P型GaN层。7.根据权利要求6所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇层中的InGaN层的In组分含量为所述量子阱层中的InGaN层的In组分含量的1/20?1/2。8.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇层中的InGaN层的厚度为所述量子皇层的厚度的1/10?1/2。9.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇层中的InGaN层两侧的GaN层的厚度相等。10.根据权利要求6或7所述的制造方法，其特征在于，所述量子皇层的厚度为Snm?20nmo
【文档编号】H01L33/32GK106057995SQ201610373058
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月31日
【发明人】胡任浩, 郭炳磊, 吕蒙普, 胡加辉
【申请人】华灿光电(苏州）有限公司