CN103035791A - 一种发光二极管的外延片及其制造方法 - Google Patents

一种发光二极管的外延片及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管的外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。外延片包括：衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、n型层、多量子阱层和p型层，p型层直接设于多量子阱层上，多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，第一多量子阱层中的若干个量子垒层中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b。本发明通过上述方案，减小了第二多量子阱层的缺陷密度，提高了势垒高度，提高电子的缓冲和拦截能力，提高了器件的发光效率，且消除了由于电子阻挡层造成的晶格失配、能带弯曲的问题。

Description

一种发光二极管的外延片及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管的外延片及其制造方法。
背景技术
发光二极管芯片为半导体晶体，是发光二极管的核心组件。发光二极管芯片包括外延片以及在外延片上制作的电极。
其中，外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、n型层、多量子阱层和p型层，多量子阱层为由量子垒层和量子阱层交替生长形成的多层结构，且量子垒层和量子阱层由不同的材料制成，现有多量子阱层中的量子垒层一般由不掺杂的GaN制成，量子阱层一般由InGaN制成。由于GaN量子垒层和InGaN量子阱层之间能极差较小，电子容易在工作电压的驱动下到达p区和空穴复合，形成电子溢流，降低了发光效率。为了防止电子溢流，现有的发光二极管芯片的外延片一般会在多量子阱层和p型层之间设置电子阻挡层。
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：
现有的外延片中的电子阻挡层在阻挡电子的同时，也阻挡了空穴向量子阱的跃迁，并且电子阻挡层和量子阱层之间会产生晶格失配，从而形成应力聚集区，导致了靠近p型层的量子阱能带弯曲严重。
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的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、n型层、多量子阱层和p型层，所述p型层直接设于所述多量子阱层上，所述多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，所述第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，所述第一多量子阱层中的所述若干个量子垒层中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；所述第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个所述量子垒层交替层叠而成，且a≤b。
优选地，所述AlxInyGa1-x-yN层为n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层。
具体地，所述n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层为Si掺杂AlxInyGa1-x-yN层。
进一步地，所述n型层由n型掺杂的GaN制成，所述n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂的浓度不高于所述n型层的n型掺杂的浓度。
优选地，所述n型掺杂的浓度小于等于1×1018cm-3。
优选地，各n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂浓度相同。
优选地，各AlxInyGa1-x-yN层的组分含量相同。
优选地，所述第一多量子阱层中的各所述AlxInyGa1-x-yN量子垒层的厚度不超过15nm。
另一方面，本发明实施例还提供了一种发光二极管的制造方法，所述方法包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、n型层；
在所述n型层上生长第一多量子阱层，所述第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，所述第一多量子阱层中的所述若干个量子垒层中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；
在所述第一多量子阱层上生长第二多量子阱层，所述第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个所述量子垒层交替层叠而成，且a≤b；
在所述第二多量子阱层上生长p型层。
优选地，所述第一多量子阱层中的各所述AlxInyGa1-x-yN量子垒层的厚度不超过15nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将p型层直接设于多量子阱层上，即不包括电子阻挡层，从而消除了由于电子阻挡层造成的晶格失配、能带弯曲的问题，且通过将多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b，则第一多量子阱层可以截止线性位错向第二多量子阱层延伸，减小了第二多量子阱层的缺陷密度；第一多量子阱层的AlxInyGa1-x-yN层可以有效提高势垒高度，较传统的GaN量子垒可以提高电子的缓冲和拦截能力，在蓄积电子的同时可以起到较好的电流扩展作用，使第二多量子阱层区发光更均匀，提高了器件的反向电压的同时提高了其发光效率。
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的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的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的外延片的制造方法的流程图。
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的外延片，参见图1，该外延片包括：
衬底11以及依次层叠在衬底11上的缓冲层12、n型层13、多量子阱层14和p型层15，p型层15直接设于多量子阱层14上，多量子阱层14包括第一多量子阱层141和第二多量子阱层142，第一多量子阱层141由若干个InaGa1-aN量子阱层1411和若干个量子垒层1412交替层叠而成，第一多量子阱层141的若干个量子垒层1412中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；第二多量子阱层142由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个所述量子垒层交替层叠而成，且a≤b。
在具体实现中，由于温度越高，InGaN量子阱层中包含的In的量越少，所以a≤b可以通过高温生长第一多量子阱层，低温生长第二多量子阱层来实现，容易知道，这里的高温和低温是一个相对概念。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将p型层直接设于多量子阱层上，即不包括电子阻挡层，从而消除了由于电子阻挡层造成的晶格失配、能带弯曲的问题，且通过将多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b，第一多量子阱层可以有效提高势垒高度，可以截止线性位错向第二多量子阱层延伸，减小了第二多量子阱层的缺陷密度；第一多量子阱层的AlxInyGa1-x-yN层可以有效提高势垒高度，较传统的GaN量子垒可以提高电子的缓冲和拦截能力，在蓄积电子的同时可以起到较好的电流扩展作用，使第二多量子阱层区发光更均匀，提高了器件的反向电压的同时提高了其发光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片，参见图2，该外延片包括：
衬底21以及依次层叠在衬底21上的缓冲层22、n型层23、多量子阱层24和p型层25，p型层25直接设于多量子阱层24上，多量子阱层24包括第一多量子阱层241和第二多量子阱层242，第一多量子阱层241的生长温度高于第二多量子阱层242的生长温度，第一多量子阱层141由若干个InaGa1-aN量子阱层2411和若干个量子垒层2412交替层叠而成，第一多量子阱层241的若干个量子垒层2412中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；第二多量子阱层242由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b。
在具体实现中，由于温度越高，InGaN量子阱层中包含的In的量越少，所以a≤b可以通过高温生长第一多量子阱层，低温生长第二多量子阱层来实现，容易知道，这里的高温和低温是一个相对概念。
具体地，衬底21可以为蓝宝石衬底。
具体地，在本实施例中，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。
具体地，在本实施例中，p型层25可以为复合层。
优选地，在本实施例中，AlxInyGa1-x-yN层为n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层。显然地，各AlxInyGa1-x-yN层也可以为不掺杂的AlxInyGa1-x-yN层。
具体地，AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂为Si掺杂。
进一步地，n型层23由n型掺杂的GaN制成，n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂的浓度不高于n型层的n型掺杂的浓度。例如n型层23的n型掺杂的掺杂浓度可以为5×1018cm-3，n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂的浓度可以为1×1018cm-3。
优选地，n型掺杂的浓度小于等于1×1018cm-3。
可选地，在本实施例中，各量子垒层2412可以都为AlxInyGa1-x-yN层。
优选地，在本实施例中，各n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂浓度相同。在其他实施例中，各n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂浓度也可以是不同的，或是部分相同，部分不同。例如，各n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂为Si掺杂，其掺杂浓度可以为1×1018cm-3也可以为5×1016cm-3；又例如，各AlxInyGa1-x-yN层中的一个为不掺杂的AlxInyGa1-x-yN层，其中两个为n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层且Si掺杂浓度为1×1018cm-3，其它的n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN量子垒层的Si掺杂浓度为5×1016cm-3。
优选地，在本实施中，各AlxInyGa1-x-yN层的组分含量相同。组分含量不同是指AlxInyGa1-x-yN中的x，y的取值不同。在其他实施例中，各AlxInyGa1-x-yN层的组分含量也可以是不同的，或是部分相同，部分不同。例如，各AlxInyGa1-x-yN层为Al0.15In0.05Ga0.8N；又例如，各AlxInyGa1-x-yN层中的一个为Al0.15Ga0.85N，其它的AlxInyGa1-x-yN层为Al0.1In0.49Ga0.41N。
优选地，在本实施例中，第一多量子阱层241中的各AlxInyGa1-x-yN量子垒层2412的厚度不超过15nm。
进一步地，各个量子垒层2412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。例如，各量子垒层2412的厚度为10nm；又例如，各量子垒层2412中的一个的厚度为10nm，其它的量子垒层2412的厚度为8nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将p型层直接设于多量子阱层上，即不包括电子阻挡层，从而消除了由于电子阻挡层造成的晶格失配、能带弯曲的问题，且通过将多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b，第一多量子阱层可以有效提高势垒高度，可以截止线性位错向第二多量子阱层延伸，减小了第二多量子阱层的缺陷密度；第一多量子阱层的AlxInyGa1-x-yN层可以有效提高势垒高度，较传统的GaN量子垒可以提高电子的缓冲和拦截能力，在蓄积电子的同时可以起到较好的电流扩展作用，使第二多量子阱层区发光更均匀，提高了器件的反向电压的同时提高了其发光效率。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管的外延片的制作方法，参见图3，该方法包括：
步骤301：提供衬底，在衬底上依次生长缓冲层、n型层。
步骤302：在n型层上生长第一多量子阱层，第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，第一多量子阱层中的若干个量子垒层中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5。
步骤303：采用低温在第一多量子阱层上生长第二多量子阱层，第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b。
在具体实现中，由于温度越高，InGaN量子阱层中包含的In的量越少，所以a≤b可以通过高温生长第一多量子阱层，低温生长第二多量子阱层来实现，容易知道，这里的高温和低温是一个相对概念。
步骤304：在第二多量子阱层上生长p型层。
具体地，第一多量子阱层中的各AlxInyGa1-x-yN量子垒层的厚度不超过15nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：将多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b，第一多量子阱层可以有效提高势垒高度，可以截止线性位错向第二多量子阱层延伸，减小第二多量子阱层的缺陷密度；且第一多量子阱层的AlxInyGa1-x-yN层可以有效提高势垒高度，较传统的GaN量子垒可以提高电子的缓冲和拦截能力，在蓄积电子的同时可以起到较好的电流扩展作用，使第二多量子阱层区发光更均匀，提高了器件的反向电压的同时提高了其发光效率；通过在第二多量子阱层上直接生长p型层，即不生长电子阻挡层，从而消除了由于电子阻挡层造成的晶格失配、能带弯曲的问题。
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。

Claims (10)

1.一种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、n型层、多量子阱层和p型层，其特征在于，所述p型层直接设于所述多量子阱层上，所述多量子阱层包括第一多量子阱层和第二多量子阱层，所述第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，所述第一多量子阱层中的所述若干个量子垒层中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；所述第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，且a≤b。
2.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述AlxInyGa1-x-yN层为n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层。
3.根据权利要求2所述的外延片，其特征在于，所述n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层为Si掺杂AlxInyGa1-x-yN层。
4.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，所述n型层由n型掺杂的GaN制成，所述n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂的浓度不高于所述n型层的n型掺杂的浓度。
5.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，所述n型掺杂的浓度小于等于1×1018cm-3。
6.根据权利要求3所述的外延片，其特征在于，各n型掺杂的AlxInyGa1-x-yN层的n型掺杂浓度相同。
7.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，各AlxInyGa1-x-yN层的组分含量相同。
8.根据权利要求1所述的外延片，其特征在于，所述第一多量子阱层中的各所述AlxInyGa1-x-yN量子垒层的厚度不超过15nm。
9.一种发光二极管的外延片的制造方法，其特征在于，所述方法包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长缓冲层、n型层；
在所述n型层上生长第一多量子阱层，所述第一多量子阱层由若干个InaGa1-aN量子阱层和若干个量子垒层交替层叠而成，所述第一多量子阱层中的所述若干个量子垒层中至少一个为AlxInyGa1-x-yN层，其中，0＜x＜1，0≤y＜0.5；
在所述第一多量子阱层上生长第二多量子阱层，所述第二多量子阱层由若干个InbGa1-bN量子阱层和若干个所述量子垒层交替层叠而成，且a≤b；
在所述第二多量子阱层上生长p型层。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述第一多量子阱层中的各所述AlxInyGa1-x-yN量子垒层的厚度不超过15nm。
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