发光二极管外延片及其制造方法与流程

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及发光二极管外延片及其制造方法。

背景技术：
半导体发光二极管是一种将电能转化为光能的发光器件，广泛应用于人们的日常生活中。发光二极管芯片为半导体晶体，是发光二极管的核心组件。其中，发光二极管芯片一般包括外延片以及设于外延片上的电极。外延片一般包括衬底、依次层叠在衬底上的缓冲层、n型层、多量子阱层和p型层，其中，多量子阱层包括若干个量子垒层和若干个量子阱层，量子垒层与量子阱层相互交替生长。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：现有的发光二极管外延片中，p型层中不同分散能级上的空穴注入多量子阱层具有随机性，该随机性降低了空穴的注入效率，导致多量子阱区辐射复合效率较低，降低了发光二极管的发光效率。

技术实现要素：
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造方法。所述技术方案如下：一方面，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、在所述衬底上依次向上生长的缓冲层、n型层、多量子阱层和p型层，所述多量子阱层包括若干个量子垒层和若干个量子阱层，所述量子垒层与所述量子阱层相互交替生长，所述外延片还包括设于所述多量子阱层和所述p型层之间的空穴注入层，所述空穴注入层的禁带宽度大于所述多量子阱层中最靠近所述空穴注入层的所述量子阱层的禁带宽度；所述外延片还包括设于所述空穴注入层与所述p型层之间的电子阻挡层，所述电子阻挡层的禁带宽度大于所述空穴注入层的禁带宽度；所述空穴注入层为InxGa1-xN层，所述量子阱层为InyGa1-yN层，所述电子阻挡层为p型AlaGa1-aN层，其中，0<x<1，0<y<1，x＜y，0＜a＜1；所述空穴注入层为多层，每层所述空穴注入层的禁带宽度中，最小的禁带宽度不小于所述多量子阱层中最靠近所述空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，最大的禁带宽度不大于所述电子阻挡层的禁带宽度，各层所述空穴注入层的InxGa1-xN中x的取值不同且InxGa1-xN的厚度厚薄交替。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造方法，所述方法包括：提供衬底，并依次在所述衬底上生长缓冲层、n型层；在所述n型层上生长多量子阱层，所述多量子阱层包括若干个量子垒层和若干个量子阱层，所述量子垒层与所述量子阱层相互交替生长；在所述多量子阱层上生长p型层；在所述n型层上制作n型电极，在所述p型层上制作p电极；所述方法还包括：在所述多量子阱层和所述p型层之间生长空穴注入层，所述空穴注入层的禁带宽度大于所述多量子阱层中的最靠近所述空穴注入层的所述量子阱层的禁带宽度；所述方法还包括：在所述空穴注入层和所述p型之间生长电子阻挡层，所述电子阻挡层的禁带宽度大于所述空穴注入层的禁带宽度；所述空穴注入层为InxGa1-xN层，所述量子阱层为InyGa1-yN层，所述电子阻挡层为p型AlaGa1-aN层，其中，0<x<1，0<y<1，x＜y，0＜a＜1；所述空穴注入层为多层，每层所述空穴注入层的禁带宽度中，最小的禁带宽度不小于所述多量子阱层中最靠近所述空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，最大的禁带宽度不大于所述电子阻挡层的禁带宽度，各层所述空穴注入层的InxGa1-xN中x的取值不同且InxGa1-xN的厚度厚薄交替。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在多量子阱层和p型层之间设置空穴注入层，空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，从而在多量子阱层和p型层之间形成一个势阱，该势阱能够将从p型层跃迁到多量子阱层的空穴聚集在空穴注入层里，然后在外加电压的作用下，空穴注入层将聚集的空穴注入到多量子阱层，从而提高了空穴的注入效率，促进了电子和空穴的辐射复合效率，提高了外延片的发光效率。附图说明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；图2是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；图3是本发明实施例三提供的一种发光二极管外延片的制造方法流程图。具体实施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发光二极管外延片，参见图1，该外延片包括：衬底11、在衬底11上依次向上生长的的缓冲层12、n型层13、多量子阱层14、空穴注入层15和p型层17，多量子阱层14包括若干个量子垒层141和若干个量子阱层142，量子垒层141与量子阱层142相互交替生长，空穴注入层15的禁带宽度大于多量子阱层14中最靠近空穴注入层15的量子阱层142的禁带宽度。其中，禁带宽度是指一个能带宽度，其单位是电子伏特(ev)。固体中电子的能级是不连续分布的，从而形成一些不连续的能带，自由电子存在的能带称为导带，被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。显然地，由于空穴是从高势能向低势能跃迁，在本实施中，p型层17的禁带宽度大于空穴注入层15的禁带宽度，此技术为本领域的技术人员所熟知，在此不再详述。在本实施例中，通过使空穴注入层15的禁带宽度大于多量子阱层14中最靠近空穴注入层15的量子阱层142的禁带宽度，从而在p型层17与多量子阱层14之间形成势阱，起到聚集空穴的作用。优选地，该外延片还包括设于空穴注入层15与p型层17之间的电子阻挡层16，电子阻挡层16的禁带宽度大于空穴注入层15的禁带宽度。通过设置电子阻挡层16，可以有效防止电子溢流，增加了电子空穴的复合效率。通过使空穴注入层15的禁带宽度小于电子阻挡层16的禁带宽度，从而便于空穴越过电子阻挡层16后聚集到空穴注入层15。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在多量子阱层和p型层之间设置空穴注入层，空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，从而在多量子阱层和p型层之间形成一个势阱，该势阱能够将从p型层跃迁到多量子阱层的空穴聚集在空穴注入层里，然后在外加电压的作用下，空穴注入层将聚集的空穴注入到多量子阱层，从而提高了空穴的注入效率，促进了电子和空穴的辐射复合效率，提高了外延片的发光效率。通过设置电子阻挡层，可以有效防止电子溢流，进一步增加了电子空穴的复合效率。实施例二本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，参见图2，该外延片包括：衬底21、在衬底21上依次向上生长的缓冲层22、n型层23、多量子阱层24、空穴注入层25和p型层27，多量子阱层24包括若干个量子垒层241和若干个量子阱层242，量子垒层241与量子阱层242相互交替生长，空穴注入层25的禁带宽度大于多量子阱层24中最靠近空穴注入层25的量子阱层242的禁带宽度。可选地，衬底21可以为蓝宝石衬底。可选地，缓冲层22可以为复合层，可以包括GaN低温缓冲层和未掺杂的GaN层。可选地，n型层23由n型掺杂的GaN制成，该n型掺杂可以通过Si掺杂获取，掺杂浓度可以为5×1018cm-3。显然地，由于空穴是从高势能向低势能跃迁，在本实施中，p型层27的禁带宽度大于空穴注入层25的禁带宽度，此技术为本领域的技术人员所熟知，在此不再详述。优选地，空穴注入层25的组成元素与量子阱层242的组成元素相同。通过使空穴注入层25的组成元素与量子阱层242的元素相同，降低了其与多量子阱层24的晶格失配，降低了靠近p型层27的量子阱层242的能带弯曲度。具体地，在本实施例中，空穴注入层25为InxGa1-xN层，量子阱层242为InyGa1-yN层，其中，0<x<1，0<y<1，x＜y。即，空穴注入层25与量子阱层242都是由In元素、Ga元素和N元素组成，其中，空穴注入层25与量子阱层242中In的含量不同。在其他实施例中，空穴注入层25和量子阱层242也可以由Al元素、In元素、Ga元素以及N元素组成，即空穴注入层25和量子阱层242都为AlbIncGa1-b-cN，其中，0<b<0.5，0<c<0.5，且空穴注入层25中的In的含量小于量子阱层242中In的含量。具体地，每个量子阱层242的厚度可以为3nm。优选地，该外延片还包括设于空穴注入层25与p型层27之间的电子阻挡层26，电子阻挡层26的禁带宽度大于空穴注入层25的禁带宽度。通过设置电子阻挡层26，可以有效防止电子溢流，增加了电子空穴的复合效率。通过使空穴注入层25的禁带宽度小于电子阻挡层26的禁带宽度，从而便于空穴越过电子阻挡层26后聚集到空穴注入层25。具体地，电子阻挡层26为p型AlaGa1-aN层，其中，0<a<1。可选地，在本实施例中，空穴注入层25可以为单层。通过将空穴注入层25设为单层，可以节约空穴注入层25的生长工序，提高生长效率。可选地，在本实施例中，空穴注入层25也可以为多层，每层空穴注入层25的禁带宽度中，最小的禁带宽度不小于多量子阱层24中的最靠近空穴注入层25的量子阱层242的禁带宽度，最大的禁带宽度不大于电子阻挡层26的禁带宽度。其中，不同In组分是指InxGa1-xN中x的取值不同。显然地，在其他实施例中，各层中的In的组分可以是部分相同，部分不同。进一步地，在本实施例中，多层中每层的厚度不同。在其他实施例中，多层中每层的厚度可以是一样的，也可以是逐渐变厚或逐渐变薄，还可以是厚薄交替的。优选地，p型层27可以为复合层，包括p型GaN层和p型GaN接触层。具体地，p型GaN层的Mg掺杂浓度可以为5×1019cm-3的p型GaN层。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在多量子阱层和p型层之间设置空穴注入层，空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，从而在多量子阱层和p型层之间形成一个势阱，该势阱能够将从p型层跃迁到多量子阱层的空穴聚集在空穴注入层里，然后在外加电压的作用下，空穴注入层将聚集的空穴注入到多量子阱层，从而提高了空穴的注入效率，促进了电子和空穴的辐射复合效率，提高了外延片的发光效率。通过设置电子阻挡层，可以有效防止电子溢流，进一步增加了电子空穴的复合效率。实施例三本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，可以用来制造实施例一和实施例二中的外延片，参见图3，该方法包括：步骤301：提供衬底，并依次在衬底上生长缓冲层、n型层。步骤302：在n型层上生长多量子阱层，多量子阱层包括若干个量子垒层和若干个量子阱层，量子垒层与量子阱层相互交替生长。步骤303：在多量子阱层上生长空穴注入层。其中，空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中的最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，且空穴注入层的禁带宽度小于电子阻挡层的禁带宽度。其中，禁带宽度是指一个能带宽度，其单位是电子伏特(ev)。固体中电子的能级是不连续分布的，从而形成一些不连续的能带，要导电就要有自由电子的存在，自由电子存在的能带称为导带，被束缚的电子要成为自由电子，就必须获得足够能量从价带跃迁到导带，这个能量的最小值就是禁带宽度。在本实施例中，通过使空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中的最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，从而形成势阱，起到聚集空穴的作用。步骤304：在空穴注入层上生长p型层。显然地，由于空穴是从高势能向低势能跃迁，在本实施中，p型层的禁带宽度大于空穴注入层的禁带宽度，此技术为本领域的技术人员所熟知，在此不再详述。在本实施例中，通过使空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，从而在p型层与多量子阱层之间形成势阱，起到聚集空穴的作用。优选地，该方法还包括：在空穴注入层和p型之间生长电子阻挡层，电子阻挡层的禁带宽大于空穴注入层的禁带宽度。通过设置电子阻挡层，可以有效防止电子溢流，增加了电子空穴的复合效率。通过使空穴注入层的禁带宽度小于电子阻挡层的禁带宽度，从而便于空穴越过电子阻挡层后聚集到空穴注入层。本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在多量子阱层上生长空穴注入层，空穴注入层的禁带宽度大于多量子阱层中最靠近空穴注入层的量子阱层的禁带宽度，从而在多量子阱层和p型层之间形成一个势阱，该势阱能够将从p型层跃迁到多量子阱层的空穴聚集在空穴注入层里，然后在外加电压的作用下，空穴注入层将聚集的空穴注入到多量子阱层，从而提高了空穴的注入效率，促进了电子和空穴的辐射复合效率，提高了外延片的发光效率。通过设置电子阻挡层，可以有效防止电子溢流，进一步增加了电子空穴的复合效率。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。