本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。

背景技術(shù)：

以氮化鎵為代表的半導(dǎo)體發(fā)光二極管(英文：lightemittingdiode，簡稱：led)，具有禁帶寬度大、高電子飽和漂移速度、耐高溫、大功率容量等優(yōu)良特性，其三元合金ingan的帶隙從0.7ev到3.4ev連續(xù)可調(diào)，發(fā)光波長覆蓋可見光和紫外線的整個區(qū)域，在新興的光電產(chǎn)業(yè)中具有廣大的前景。

外延片是發(fā)光二極管制造過程中的半成品。現(xiàn)有的外延片包括藍寶石襯底以及依次層疊在藍寶石襯底上的緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層。其中，發(fā)光層包括多個量子阱層和多個量子壘層，多個量子阱層和多個量子壘層交替層疊設(shè)置，量子阱層為銦鎵氮層，量子壘層為氮化鎵層。量子壘層將n型氮化鎵層中的電子和p型氮化鎵層中的空穴限制在量子阱層中復(fù)合發(fā)光。

在實現(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：

p型氮化鎵層中p型摻雜劑的固溶度較低，而且激活提供空穴所需的能量較大，造成p型氮化鎵層提供的空穴數(shù)量較少，加上空穴的遷移率和遷移速率遠小于電子，因此量子阱層中與電子復(fù)合發(fā)光的空穴數(shù)量很少，導(dǎo)致空穴和電子復(fù)合發(fā)光的效率較低。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)空穴和電子復(fù)合發(fā)光的效率較低的問題，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)二極管的外延片及其制造方法。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)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、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層，所述發(fā)光層包括多個量子阱層和多個量子壘層，所述多個量子阱層和所述多個量子壘層交替層疊設(shè)置，所述量子壘層為氮化鎵層，所述多個量子阱層中與所述n型氮化鎵層距離最近的至少三個所述量子阱層為第一量子阱層，所述多個量子阱層中除所述第一量子阱層之外的所述量子阱層為第二量子阱層，所述第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，所述第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層。

可選地，每個所述第二量子阱層包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，所述第二子層為p型摻雜的銦鎵氮層，所述第一子層和所述第三子層為未摻雜的銦鎵氮層，所述第一子層的厚度和所述第三子層的厚度相等。

優(yōu)選地，所述第二子層的厚度為0.8～1.2nm。

可選地，每個所述第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度保持不變。

可選地，所述多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度沿所述外延片的層疊方向逐層增加。

可選地，所述第二量子阱層的層數(shù)大于或等于5。

可選地，所述量子阱層的厚度為1～5nm。

另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，所述制造方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次生長緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層；

其中，所述發(fā)光層包括多個量子阱層和多個量子壘層，所述多個量子阱層和所述多個量子壘層交替層疊設(shè)置，所述量子壘層為氮化鎵層，所述多個量子阱層中與所述n型氮化鎵層距離最近的至少三個所述量子阱層為第一量子阱層，所述多個量子阱層中除所述第一量子阱層之外的所述量子阱層為第二量子阱層，所述第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，所述第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層。

可選地，所述量子阱層的生長溫度為750～850℃。

可選地，所述發(fā)光層的生長壓力為200～400torr。

本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：

通過將量子阱層分成第一量子阱層和第二量子阱層兩種，多個量子阱層中與n型氮化鎵層距離最近的至少三個量子阱層為第一量子阱層，多個量子阱層中除第一量子阱層之外的量子阱層為第二量子阱層，第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層中的p型摻雜劑可以提供空穴，從而增加量子阱層中的空穴數(shù)量，進而增加量子阱層中空穴和電子的復(fù)合發(fā)光，提高空穴和電子復(fù)合發(fā)光的效率，提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實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。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的多量子阱層的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例五提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法的流程圖；

圖4是本發(fā)明實施例六提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。

實施例一

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)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1上的緩沖層2、未摻雜氮化鎵層3、n型氮化鎵層4、發(fā)光層5和p型氮化鎵層6。

在本實施例中，參見圖2，發(fā)光層5包括多個量子阱層51和多個量子壘層52，多個量子阱層51和多個量子壘層52交替層疊設(shè)置，量子壘層52為氮化鎵層。多個量子阱層51中與n型氮化鎵層4距離最近的至少三個量子阱層51為第一量子阱層51a，多個量子阱層51中除第一量子阱層51a之外的量子阱層51為第二量子阱層51b，第一量子阱層51a為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層51b包括p型摻雜的銦鎵氮層。

本發(fā)明實施例通過將量子阱層分成第一量子阱層和第二量子阱層兩種，多個量子阱層中與n型氮化鎵層距離最近的至少三個量子阱層為第一量子阱層，多個量子阱層中除第一量子阱層之外的量子阱層為第二量子阱層，第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層中的p型摻雜劑可以提供空穴，從而增加量子阱層中的空穴數(shù)量，進而增加量子阱層中空穴和電子的復(fù)合發(fā)光，提高空穴和電子復(fù)合發(fā)光的效率，提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

具體地，量子壘層中可以摻有硅。

具體地，量子阱層的厚度可以為1～5nm。若量子阱層的厚度小于1nm，則量子阱層太薄，電子和空穴很難停留在量子阱層進行復(fù)合發(fā)光；若量子阱層的厚度大于5nm，則生長過程中會出現(xiàn)質(zhì)量問題，降低量子阱層的生長質(zhì)量，影響電子和空穴的復(fù)合效率。

具體地，量子壘層的厚度可以為5～20nm。若量子壘層的厚度小于5nm，則無法將電子和空穴限制在量子阱層中復(fù)合發(fā)光；若量子壘層的厚度大于20nm，則影響電子和空穴的遷移，導(dǎo)致電子和空穴大部分集中在一個量子阱層中發(fā)光，影響發(fā)光效率。

可選地，第二量子阱層的層數(shù)可以大于或等于5，避免由于第二量子阱層的層數(shù)太少而起不到提高發(fā)光效率的效果。

在本實施例的一種實現(xiàn)方式中，每個第二量子阱層可以包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，第二子層為p型摻雜的銦鎵氮層，第一子層和第三子層為未摻雜的銦鎵氮層，第一子層的厚度和第三子層的厚度相等。在第二量子阱層的中間摻雜p型摻雜摻雜劑，靠近量子壘層的兩側(cè)沒有摻雜，可以有效避免p型摻雜劑滲透到量子壘層中，造成空穴和電子進行非輻射復(fù)合，降低發(fā)光效率。

在該實現(xiàn)方式中，第二子層的厚度可以為0.8～1.2nm，既可以避免p型摻雜劑滲透到量子壘層中，也可以增加量子阱層中空穴數(shù)量，最終提高發(fā)光效率。

在本實施例的另一種實現(xiàn)方式中，每個第二量子阱層可以包括第一子層和層疊在第一子層上的第二子層，第一子層為p型摻雜的銦鎵氮層，第二子層為未摻雜的銦鎵氮層。

在該實現(xiàn)方式中，第一子層的厚度可以為0.8～1.2nm。

在本實施例的又一種實現(xiàn)方式中，每個第二量子阱層可以包括第一子層和層疊在第一子層上的第二子層，第二子層為p型摻雜的銦鎵氮層，第一子層為未摻雜的銦鎵氮層。

在該實現(xiàn)方式中，第二子層的厚度可以為0.8～1.2nm。

在本實施例的又一種實現(xiàn)方式中，每個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度可以保持不變，工藝簡單，實現(xiàn)方便。

在本實施例的一種實現(xiàn)方式中，多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度可以沿外延片的層疊方向逐層增加，有利于電子躍遷到每個量子阱層中與空穴進行復(fù)合發(fā)光，電子和空穴大部分集中在一個或多個量子阱層中發(fā)光，整體的發(fā)光效率較高。

在本實施例的另一種實現(xiàn)方式中，多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度相等，工藝簡單，實現(xiàn)方便。

在本實施例的又一種實現(xiàn)方式中，多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度可以沿外延片的層疊方向逐層減少。

具體地，襯底可以為藍寶石襯底，緩沖層可以為氮化鎵層或者氮化鋁層。n型氮化鎵層可以采用硅作為n型摻雜劑，p型氮化鎵層可以采用鎂作為p型摻雜劑。p型氮化鎵層可以包括依次層疊的空穴提供層和p型接觸層，空穴提供層用于向多量子阱層注入空穴，p型接觸層用于實現(xiàn)與電極的歐姆接觸。

可選地，該發(fā)光層還可以包括設(shè)置在所有相鄰的量子阱層和量子壘層之間的蓋層，以避免量子壘層較高的生長溫度造成量子阱層中的銦析出。

具體地，蓋層可以為氮化鋁層或者氮化鎵層。

可選地，該外延片還可以包括層疊在n型氮化鎵層和發(fā)光層之間的應(yīng)力釋放層，以釋放由于藍寶石襯底和氮化鎵之間晶格失配產(chǎn)生的應(yīng)力。

具體地，應(yīng)力釋放層可以包括多個銦鎵氮層和多個氮化鎵層，多個銦鎵氮層和多個氮化鎵層交替層疊設(shè)置。

可選地，該外延片還可以包括層疊在發(fā)光層和p型氮化鎵層之間的電子阻擋層，以避免電子躍遷到p型氮化鎵層中與空穴進行非輻射復(fù)合。

具體地，電子阻擋層可以為p型摻雜的鋁鎵氮層。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，本實施例提供的外延片是實施例一提供的外延片的一種具體實現(xiàn)方式。

在本實施例中，第一量子阱層的層數(shù)為3，第二量子阱層的層數(shù)為6，每個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度保持不變，且多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度相等。

實施例三

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，本實施例提供的外延片是實施例一提供的外延片的另一種具體實現(xiàn)方式。

在本實施例中，第一量子阱層的層數(shù)為3，第二量子阱層的層數(shù)為6，每個第二量子阱層包括依次層疊的第一子層、第二子層和第三子層，第二子層為p型摻雜的銦鎵氮層，第一子層和第三子層為未摻雜的銦鎵氮層，第一子層的厚度和第三子層的厚度相等，第二子層的厚度為1nm，且多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度相等。

實施例四

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，本實施例提供的外延片是實施例一提供的外延片的一種具體實現(xiàn)方式。

在本實施例中，第一量子阱層的層數(shù)為3，第二量子阱層的層數(shù)為6，每個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度保持不變，且多個第二量子阱層中p型摻雜劑的摻雜濃度沿外延片的層疊方向逐層增加。

實施例五

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，適用于制造實施例一至實施例四種任一實施例提供的外延片，參見圖3，該制造方法包括：

步驟101：提供一襯底。

該襯底可以為藍寶石襯底。

步驟102：在襯底上依次生長緩沖層、未摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、發(fā)光層和p型氮化鎵層。

在本實施例中，發(fā)光層包括多個量子阱層和多個量子壘層，多個量子阱層和多個量子壘層交替層疊設(shè)置，量子壘層為氮化鎵層，多個量子阱層中與n型氮化鎵層距離最近的至少三個量子阱層為第一量子阱層，多個量子阱層中除第一量子阱層之外的量子阱層為第二量子阱層，第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層。

本發(fā)明實施例通過將量子阱層分成第一量子阱層和第二量子阱層兩種，多個量子阱層中與n型氮化鎵層距離最近的至少三個量子阱層為第一量子阱層，多個量子阱層中除第一量子阱層之外的量子阱層為第二量子阱層，第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層中的p型摻雜劑可以提供空穴，從而增加量子阱層中的空穴數(shù)量，進而增加量子阱層中空穴和電子的復(fù)合發(fā)光，提高空穴和電子復(fù)合發(fā)光的效率，提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

可選地，量子阱層的生長溫度可以為750～850℃，第一量子阱層和第二量子阱層采用相同的生長溫度，工藝操作簡單。

可選地，量子壘層的生長溫度可以為850～950℃。

可選地，發(fā)光層的生長壓力可以為200～400torr，采用統(tǒng)一的生長壓力，工作操作簡單。

實施例六

本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，本實施例提供的外延片是實施例五提供的制造方法的一種具體實現(xiàn)。參見圖4，該制備方法包括：

步驟200：控制溫度為1000～1200℃，將藍寶石襯底在氫氣氣氛中退火8分鐘，并進行氮化處理。

可以理解地，步驟200可以起到清潔藍寶石襯底表面的作用。

在本實施例中，控制溫度、壓力均是指控制生長外延片的反應(yīng)腔中的溫度、壓力，后文不再贅述。

在本實施例中，藍寶石襯底采用[0001]晶向藍寶石。

步驟201：控制溫度為400～600℃，壓力為400～600torr，在藍寶石襯底上生長氮化鎵緩沖層。

可選地，氮化鎵緩沖層的厚度可以為15～35nm。

可選地，在步驟201之后，該制備方法還可以包括：

控制溫度為1000～1200℃，壓力為400～600torr，持續(xù)時間為5～10分鐘，對氮化鎵緩沖層進行原位退火處理。

步驟202：控制溫度為1000～1100℃，壓力為100～500torr，在氮化鎵緩沖層上生長未摻雜氮化鎵層。

可選地，未摻雜氮化鎵層的厚度可以為1～5μm。

步驟203：控制溫度為1000～1200℃，壓力為100～500torr，在未摻雜氮化鎵層上生長n型氮化鎵層。

可選地，n型氮化鎵層的厚度可以為1～5μm。

可選地，n型氮化鎵層中n型摻雜劑的摻雜濃度可以為10¹⁸～10¹⁹cm^-3。

步驟204：在n型氮化鎵層上生長多量子阱層。

在本實施例中，發(fā)光層包括多個量子阱層和多個量子壘層，多個量子阱層和多個量子壘層交替層疊設(shè)置，量子壘層為氮化鎵層，多個量子阱層中與n型氮化鎵層距離最近的至少三個量子阱層為第一量子阱層，多個量子阱層中除第一量子阱層之外的量子阱層為第二量子阱層，第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層。

本發(fā)明實施例通過將量子阱層分成第一量子阱層和第二量子阱層兩種，多個量子阱層中與n型氮化鎵層距離最近的至少三個量子阱層為第一量子阱層，多個量子阱層中除第一量子阱層之外的量子阱層為第二量子阱層，第一量子阱層為未摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層包括p型摻雜的銦鎵氮層，第二量子阱層中的p型摻雜劑可以提供空穴，從而增加量子阱層中的空穴數(shù)量，進而增加量子阱層中空穴和電子的復(fù)合發(fā)光，提高空穴和電子復(fù)合發(fā)光的效率，提升發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。

具體地，量子阱層的生長溫度可以為750～850℃，量子壘層的生長溫度可以為850～950℃，發(fā)光層的生長壓力可以為200～400torr。

步驟205：控制溫度為850～1080℃，壓力為200～500torr，在多量子阱層本體上生長p型鋁鎵氮層。

具體地，p型鋁鎵氮(algan)層可以為alxga1-xn層，0.1＜x＜0.5。

可選地，p型鋁鎵氮層的厚度可以為50～150nm。

步驟206：控制溫度為750～1080℃，壓力為200～500torr，在p型鋁鎵氮層上生長p型氮化鎵層。

可選地，p型氮化鎵層的厚度可以為105～500nm。

步驟207：控制溫度為650～850℃，持續(xù)時間為5～15分鐘，在氮氣氣氛中進行退火處理。

上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，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、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。