CN105355649B - 一种发光二极管外延片及其制作方法 - Google Patents

一种发光二极管外延片及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制作方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层和P型层，所述P型层包括交替生长的P型GaN层和未掺杂GaN层。本发明通过交替生长P型GaN层和未掺杂GaN层形成P型层，P型层中的未掺杂GaN层对空穴具有蓄积作用，因此可以提高P型GaN层中的空穴浓度，而且P型层中的未掺杂GaN层不会受到未离化的Mg散射的影响，利于空穴的扩散，也增加了空穴的迁移效率，进而增加多量子阱层中与电子复合的空穴数量，提高LED的发光效率。

Description

一种发光二极管外延片及其制作方法
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外延片及其制作方法。
背景技术
氮化镓(GaN)是第三代宽禁带半导体材料的典型代表，其优异的物理和化学特性使其在微电子器件和光电子器件等领域有着很重大的应用前景。GaN基发光二极管(LightEmitting Diode，简称LED)有体积小、亮度高、能耗小的特性，被广泛地应用于显示屏、背光源和照明领域。
外延片是制作LED的重要部件。现有的发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层和P型GaN层。其中，多量子阱层包括交替生长的GaN层和InGaN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：
P型GaN层通常为掺Mg的GaN层，利用Mg取代GaN中Ga的晶格位置产生空穴(即离化或活化)。由于Mg在GaN中的离化能较高，因此Mg很难在GaN中离化，P型GaN层中的空穴浓度较低，而且P型GaN层中存在很多未离化的Mg的散射，使得空穴在P型GaN中的迁移率也较低，多量子阱层中与电子复合的空穴有限，LED的发光效率较低。
发明内容
为了解决现有技术LED的发光效率较低的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制作方法。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，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层和P型层，所述P型层包括交替生长的P型GaN层和未掺杂GaN层，所述P型层中的P型GaN层的厚度与所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比为10：1～50:1。
可选地，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2～3nm。
优选地，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2.5nm。
优选地，所述P型层中的P型GaN层的厚度与所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比为30:1。
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作方法，所述制作方法包括：
在衬底上形成未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上形成N型GaN层；
在所述N型GaN层上形成多量子阱层；
在所述多量子阱层上形成P型AlGaN电子阻挡层；
在所述P型AlGaN电子阻挡层上形成P型层，所述P型层包括交替生长的P型GaN层和未掺杂GaN层，所述P型层中的P型GaN层的厚度与所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比为10：1～50:1。
可选地，所述在所述P型AlGaN电子阻挡层上形成P型层，包括：
在纯氢气气氛下生长所述P型层中的未掺杂GaN层。
可选地，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2～3nm。
优选地，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2.5nm。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过交替生长P型GaN层和未掺杂GaN层形成P型层，P型层中的未掺杂GaN层对空穴具有蓄积作用，因此可以提高P型GaN层中的空穴浓度，而且P型层中的未掺杂GaN层不会受到未离化的Mg散射的影响，利于空穴的扩散，也增加了空穴的迁移效率，进而增加多量子阱层中与电子复合的空穴数量，提高LED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制作方法的流程图。
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外延片，参见图1，该发光二极管外延片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的未掺杂GaN层2、N型GaN层3、多量子阱层4、P型AlGaN电子阻挡层5和P型层6。
在本实施例中，多量子阱层4包括交替生长的InGaN层和GaN层。P型层6包括交替生长的P型GaN层61和未掺杂GaN层62。
可选地，P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度可以为2～3nm。当P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度小于2nm时，P型层6中的未掺杂GaN层62会由于太薄而无法形成连续的薄膜，形成的P型层6中的未掺杂GaN层62质量较差；当P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度大于3nm时，会提高P型层6的电阻，增加LED的功耗。
优选地，P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度可以为2.5nm。
可选地，P型层6中的P型GaN层61的厚度与P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度之比可以为10：1～50:1。当P型层6中的P型GaN层61的厚度与P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度之比小于10:1时，P型层6中的未掺杂GaN层62所占的比例较大，会提高P型层6的电阻，增加LED的功耗；当P型层6中的P型GaN层61的厚度与P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度之比大于50：1时，P型层6中的未掺杂GaN层62所占的比例较小，P型层6中的未掺杂GaN层62对空穴的扩散作用较小，无法提高P型GaN层中的空穴浓度和迁移率。
优选地，P型层6中的P型GaN层61的厚度与P型层6中的未掺杂GaN层62的厚度之比可以为30:1。
本发明实施例通过交替生长P型GaN层和未掺杂GaN层形成P型层，P型层中的未掺杂GaN层对空穴具有蓄积作用，因此可以提高P型GaN层中的空穴浓度，而且P型层中的未掺杂GaN层不会受到未离化的Mg散射的影响，利于空穴的扩散，也增加了空穴的迁移效率，进而增加多量子阱层中与电子复合的空穴数量，提高LED的发光效率。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制作方法，参见图2，该制作方法包括：
步骤201：在衬底上形成未掺杂GaN层。
步骤202：在未掺杂GaN层上形成N型GaN层。
步骤203：在N型GaN层上形成多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替生长的InGaN层和GaN层。
步骤204：在多量子阱层上形成P型AlGaN电子阻挡层。
步骤205：在P型AlGaN电子阻挡层上形成P型层。
在本实施例中，P型层包括交替生长的P型GaN层和未掺杂GaN层。
可选地，P型层中的未掺杂GaN层的厚度可以为2～3nm。当P型层中的未掺杂GaN层的厚度小于2nm时，P型层中的未掺杂GaN层会由于太薄而无法形成连续的薄膜，形成的P型层中的未掺杂GaN层质量较差；当P型层中的未掺杂GaN层的厚度大于3nm时，会提高P型层的电阻，增加LED的功耗。
优选地，P型层中的未掺杂GaN层的厚度可以为2.5nm。
可选地，P型层中的P型GaN层的厚度与P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比可以为10：1～50:1。当P型层中的P型GaN层的厚度与P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比小于10:1时，P型层中的未掺杂GaN层所占的比例较大，会提高P型层的电阻，增加LED的功耗；当P型层中的P型GaN层的厚度与P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比大于50：1时，P型层中的未掺杂GaN层所占的比例较小，P型层中的未掺杂GaN层对空穴的蓄积扩散作用较小，无法提高P型GaN层中的空穴浓度和迁移率。
优选地，P型层中的P型GaN层的厚度与P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比可以为30:1。
在本实施例的一种实现方式中，该步骤205可以包括：
在纯氢气气氛下生长P型层中的未掺杂GaN层。
实际证明，在纯氢气气氛下生长P型层中的未掺杂GaN层，所得的晶体质量更好，表面更平整。
本发明实施例通过交替生长P型GaN层和未掺杂GaN层形成P型层，P型层中的未掺杂GaN层对空穴具有蓄积作用，因此可以提高P型GaN层中的空穴浓度，而且P型层中的未掺杂GaN层不会受到未离化的Mg散射的影响，利于空穴的扩散，也增加了空穴的迁移效率，进而增加多量子阱层中与电子复合的空穴数量，提高LED的发光效率。
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 (8)

1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的未掺杂GaN层、N型GaN层、多量子阱层、P型AlGaN电子阻挡层和P型层，其特征在于，所述P型层包括交替生长的P型GaN层和未掺杂GaN层，所述P型层中的P型GaN层的厚度与所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比为10：1～50:1。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2～3nm。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2.5nm。
4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型层中的P型GaN层的厚度与所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比为30:1。
5.一种发光二极管外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上形成未掺杂GaN层；
在所述未掺杂GaN层上形成N型GaN层；
在所述N型GaN层上形成多量子阱层；
在所述多量子阱层上形成P型AlGaN电子阻挡层；
在所述P型AlGaN电子阻挡层上形成P型层，所述P型层包括交替生长的P型GaN层和未掺杂GaN层，所述P型层中的P型GaN层的厚度与所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度之比为10：1～50:1。
6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述在所述P型AlGaN电子阻挡层上形成P型层，包括：
在纯氢气气氛下生长所述P型层中的未掺杂GaN层。
7.根据权利要求5或6所述的制作方法，其特征在于，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2～3nm。
8.根据权利要求7所述的制作方法，其特征在于，所述P型层中的未掺杂GaN层的厚度为2.5nm。
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