专利名称：一种发光二极管外延片的制作方法
技术领域：
本发明涉及发光二极管技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片。
背景技术：
LED (Light Emitting Diode,发光二极管)是一种能够将电能转化为光能的半导体器件。一般地，LED主要由支架、银胶、芯片、金线和环氧树脂组成。
其中，芯片是LED的核心组件，它是由外延片经过多道工序加工而成。因此，外延片的结构决定了 LED的质量。外延片主要由衬底、N (Negative，带负电的)型层、有源层和 P (Positive,带正电的)型层等部分组成。当电流作用于芯片的时候,N型层中的电子 和P 型层中的空穴被推向有源层复合，然后就会以光子的形式发出能量。
虽然LED的飞速发展和应用已经充分的得到了业界的认可，但同样也面临着很多的问题。例如，当LED处于工作状态时，大量的电子会从有源层溢出，使得发光效率大大降低。为了减少电子的溢出，目前常采用的方法是在生长完有源层之后，再生长一层P-AlGaN (P型氮化镓铝)电子阻挡层，其中Al的组分一定，形成一个矩形的势垒。
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
电子阻挡层中Al的成分固定，与不含Al的有源层的材料不同，会造成晶格失配， 进而出现不必要的电子与空穴复合；而在靠近P型层的地方，由于势垒的存在，空穴的注入也变得很困难。发明内容
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。所述技术方案如下
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述外延片包括衬底、依次覆盖在所述衬底上第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层包括N 型GaN层，所述第二半导体层包括P型GaN层，所述电子阻挡层为单层的P-InxAlyGa1^N (O 彡 X < 1，0 < Y < I)或 P-InxAlyGa1TyNZP-GaN (O 彡 X < 1，0 < Y < I)超晶格，随着电子阻挡层厚度的升高，单层的P-InxAlyGa1^N中Al的组分先升高后降低或先升高再保持不变后降低，P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中相邻两周期之间Al的组分先升高后降低或先升高再保持不变后降低。
优选地，O彡 X < O. 1，I < y < O. 2。
进一步地，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中，单个周期的超晶格中 P-InxAlyGa1^yN中Al的组分保持不变。
进一步地，所述P-InxAlyGa1TyNziP-GaN超晶格中，单个周期的超晶格中 P-InxAlyGa1^yN中Al的组分逐渐升高或者逐渐降低。
进一步地,所述P-InxAlyGa1IyNA3-GaN超晶格中，当Al的组分达到最高时,在若干周期内，单个周期的超晶格中P-InxAlyGanyN中Al组分保持最高不变。
进一步地，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中，每个周期的超晶格的厚度相同。进一步地，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格的每个周期的厚度不同，且从所述有源层一侧到所述第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度从薄到厚再变薄。进一步地，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格每个周期的厚度不同，且从所述有源层一侧到所述第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变厚或者逐渐变薄。进一步地，所述电子阻挡层的厚度不超过lOOnm。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了 不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低，减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。
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。图I是本发明实施例一提供的发光二极管外延片结构示意图；图2是本发明实施例一提供的电子阻挡层的导带示意图；图3是本发明实施例二提供的电子阻挡层的导带示意图；图4是本发明实施例三提供的电子阻挡层的导带示意图；图5是本发明实施例三提供的电子阻挡层的导带示意图；图6是本发明实施例三提供的电子阻挡层的导带示意图；图7是本发明实施例四提供的电子阻挡层的导带示意图；图8是本发明实施例五提供的电子阻挡层的导带示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、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。实施例一本发明实施例提供了一种LED外延片，参见图1，该LED外延片包括衬底I、依次覆盖在衬底I上第一半导体层2、有源层3、电子阻挡层4和第二半导体层5。第一半导体层2包括N型GaN层，第二半导体层5包括P型GaN层。其中，衬底I包括但不限于蓝宝石衬底。第一半导体层2和第二半导体层5均可以为多层结构。参见图2，电子阻挡层4为单层的P-InxAlyGa^N (O彡X<L0<Y<1);随着电子阻挡层厚度的升高，Al的组分为先升高再降低；此时，电子阻挡层的势垒为三角形，三角形势垒可以是对称的，也可以是不对称的。优选地，O彡 X < O. 1，I < y < O. 2。优选地，电子阻挡层4的厚度不超过lOOnm。
进一步地，P型中Mg的掺杂浓度不低于1018/cm3。
本发明提供的外延片采用MOCVD方法，利用高纯NH3提供氮原子，三甲基镓和三乙基镓作为镓源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，硅烷用做η型掺杂，二茂镁用做P型掺杂。在蓝宝石衬底I上依次生长第一半导体层2、有源层3、电子阻挡层4、第二半导体层 5。
当LED工作时，由于势垒中间高，可以防止电子的溢出。而同时，在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低了晶格失配，避免了电子和空穴不必要的复合; 另一方面，从P型层到电子阻挡层，势垒的高度是逐渐升高的，降低了空穴通过势垒的难度，改善了空穴的注入，提高了电子和空穴的复合效率。从而提高了 LED的发光效率。
本发明实施例通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低， 减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。 实施例一提供的LED外延片在最优化条件下，可提升发光效率12%。
实施例二
本发明实施例提供了一种LED外延片，参见图3，该外延片与实施例一提供的外延片的结构基本相同，不同之处在于，电子阻挡层为单层的P-InxAlyGa1IyN(C)彡X < 1，0 < Y<1)，随着电子阻挡层厚度的升高，Al的组分为先升高再保持不变后降低；此时，电子阻挡层的势垒为梯形结构，梯形势垒可以是对称的，也可以是不对称的。
优选地， 彡X < O. 1，I < y < O. 2。
本发明实施例通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低， 减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。 实施例二提供的LED外延片在最优化条件下，可提升发光效率10%。
实施例三
本发明实施例提供了一种LED外延片，参见图4-6,该外延片与实施例一提供的外延片的结构基本相同，不同之处在于，电子阻挡层为P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN (O彡X < 1,0<Y < I)的超晶格，图中a为P-InxAlyGai_x_yN，b为P-GaN，随着电子阻挡层厚度的升高， P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN (O彡X < 1，0 < Y < I)超晶格中相邻两周期之间Al的组分为先升高再降低，单个周期的超晶格中P-InxAlyGa1^N中Al的保持不变；电子阻挡层的势垒结构可以是对称的，也可以是不对称的。
优选地,0彡 X < O. 1，I < y < O. 2。
进一步地，每个周期的超晶格的厚度相同，参见图4。
或是，从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度依次从薄到厚再变薄，参见图5。靠近有源层一侧的厚度较薄，可以进一步减小应力；同时靠近第二半导体一侧较薄，空穴也更容易注入有源区。
或是，从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变厚，参见图6。
或是，从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变薄。
本发明实施例通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低，减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。实施例三提供的LED外延片在最优化条件下，可提升发光效率10%。实施例四本发明实施例提供了一种LED外延片，参见图7，该外延片与实施例一提供的外延片的结构基本相同，不同之处在于，电子阻挡层为P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN (O彡X < 1,0
<Y < I)的超晶格，图中a为P-InxAlyGai_x_yN，b为P-GaN，随着电子阻挡层厚度的升高，P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN (O彡X < 1，0 < Y < I)超晶格中相邻两周期之间Al的组分为先升高再降低^Al的组分达到最高时，在若干周期内，单个周期的超晶格中P-InxAlyGanyN中Al组分保持最高不变；电子阻挡层的势垒结构可以是对称的，也可以是不对称的。优选地，O彡 X < O. 1，I < y < O. 2。
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进一步地，每个周期的超晶格的厚度相同；或是从有源层一侧到第二半导体层一侦牝单个周期超晶格的厚度依次从薄到厚再变薄；或是从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变厚；或是从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变薄。本发明实施例通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低，减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。实施例四提供的LED外延片在最优化条件下，可提升发光效率11. 5%。实施例五本发明实施例提供了一种LED外延片，参见图8,该外延片与实施例一提供的外延片的结构基本相同，不同之处在于，电子阻挡层为P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN (O彡X < 1,0
<Y < I)的超晶格，图中a为P-InxAlyGai_x_yN，b为P-GaN，随着电子阻挡层厚度的升高，P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN (O彡X < 1，0 < Y < I)超晶格中相邻两周期之间Al的组分为先升高再降低；单个周期的超晶格中P-InxAlyGa^N中Al的组分逐渐升高或者逐渐降低；电子阻挡层的势垒结构可以是对称的，也可以是不对称的。优选地，O彡 X < O. 1，I < y < O. 2。进一步地，每个周期的超晶格的厚度相同；或是从有源层一侧到第二半导体层一侦牝单个周期超晶格的厚度依次从薄到厚再变薄；或是从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变厚；或是从有源层一侧到第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变薄。本发明实施例通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低，减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。实施例五提供的LED外延片在最优化条件下，可提升发光效率12%。 上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。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。
权利要求
1.一种发光二极管外延片，所述外延片包括衬底(I)、依次覆盖在所述衬底(I)上第一半导体层(2)、有源层(3)、电子阻挡层(4)和第二半导体层(5)，所述第一半导体层(2)包括N型GaN层，所述第二半导体层(5)包括P型GaN层，其特征在于，所述电子阻挡层(4)为单层的 P_InxAlyGah_yN (O 彡 X<1，0<Y<1)或 P-InxAlyGa1IyNZP-GaN (O 彡 X < 1，0 < Y< I)超晶格，随着电子阻挡层厚度的升高，单层的P-InxAlyGa^N中Al的组分先升高后降低或先升高再保持不变后降低，P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中相邻两周期之间Al的组分先升高后降低或先升高再保持不变后降低。
2.根据权利要求I所述的外延片，其特征在于，O< X < O. 1，1 < y < O. 2。
3.根据权利要求I所述的外延片，其特征在于，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中，单个周期的超晶格中P-InxAlyGanyN中Al的组分保持不变。
4.根据权利要求I所述的外延片，其特征在于，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中，单个周期的超晶格中P-InxAlyGa1IyN中Al的组分逐渐升高或者逐渐降低。
5.根据权利要求I所述的外延片，其特征在于，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中，当Al的组分达到最高时,在若干周期内，单个周期的超晶格中P-InxAlyGa1TyN中Al组分保持最高不变。
6.根据权利要求3-5中任一项所述的外延片，其特征在于，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格中，每个周期的超晶格的厚度相同。
7.根据权利要求3-5中任一项所述的外延片，其特征在于，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格的每个周期的厚度不同，且从所述有源层一侧到所述第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度从薄到厚再变薄。
8.根据权利要求3-5中任一项所述的外延片，其特征在于，所述P-InxAlyGai_x_yN/P-GaN超晶格每个周期的厚度不同，且从所述有源层一侧到所述第二半导体层一侧，单个周期超晶格的厚度逐渐变厚或者逐渐变薄。
9.根据权利要求I所述的外延片，其特征在于，所述电子阻挡层的厚度不超过lOOnm。
全文摘要
本发明公开了一种发光二极管外延片，所述外延片包括衬底、依次覆盖在所述衬底上第一半导体层、有源层、电子阻挡层和第二半导体层，所述第一半导体层包括N型GaN层，所述第二半导体层包括P型GaN层，所述电子阻挡层为单层的P-InxAlyGa1-x-yN(0≤X＜1，0＜Y＜1)或P-InxAlyGa1-x-yN/P-GaN(0≤X＜1，0＜Y＜1)超晶格。本发明通过在靠近有源层时电子阻挡层中Al的成分非常小，从而降低晶格失配，避免了不必要的电子与空穴的复合现象；而在靠近P型层时，势垒高度逐渐降低，减小了空穴注入的难度，从而改善了电子和空穴的复合效率，提升发光二极管的发光效率。
文档编号H01L33/14GK102931306SQ20121043818
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月6日 优先权日2012年11月6日
发明者叶芸, 魏世祯, 胡加辉 申请人:华灿光电股份有限公司