CN106057989A - 一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法，属于半导体技术领域。所述制作方法包括：在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层；多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；最后生长的量子垒层包括量子垒子层，量子垒子层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，第一子层为InGaN层，第三子层为AlGaN层，第二子层和第四子层均为GaN层，第一子层的生长温度低于量子阱层的生长温度，第三子层的生长温度高于第一子层的生长温度；其它的量子垒层为GaN层，其它的量子垒层为多量子阱层中，除最后生长的量子垒层之外的所有量子垒层。本发明可以提高内量子效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法。
背景技术
在发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)产业的发展中，以GaN基为基础的LED器件已经实现了商业化。关于GaN的发光器件的研究一直是众人瞩目的焦点，研究的热点之一就是如何提高GaN基LED的内量子效率。
现有的LED外延片包括衬底、以及依次层叠在衬底上的缓冲层、非掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，多量子阱层包括交替层叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层。N型层的电子和P型层的空穴在多量子阱层复合发光。
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：
量子垒层的生长温度通常较高，由于In-N键的强度较弱，因此较高的生长温度容易引起量子阱层的In原子从生长表面解吸附而不能渗入到晶格中，不利于电子和空穴在量子阱层发生辐射复合，导致内量子效率下降。
发明内容
为了解决现有技术导致内量子效率下降的问题，本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法。所述技术方案如下：
本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法，所述制作方法包括：
在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层；
其中，所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；最后生长的所述量子垒层包括量子垒子层，所述量子垒子层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层为InGaN层，所述第三子层为AlGaN层，所述第二子层和所述第四子层均为GaN层，所述第一子层的生长温度低于所述量子阱层的生长温度，所述第三子层的生长温度高于所述第一子层的生长温度；其它的所述量子垒层为GaN层，其它的所述量子垒层为所述多量子阱层中，除最后生长的所述量子垒层之外的所有所述量子垒层；所述量子阱层为InGaN层。
可选地，所述量子垒子层的层数为一层或多层。
优选地，当所述量子垒子层的层数为一层时，所述第一子层的生长温度＜所述第二子层的生长温度＜所述第三子层的生长温度≤所述第四子层的生长温度。
优选地，当所述量子垒子层的层数为多层时，所述第一子层的生长温度＜所述第二子层的生长温度＜所述第三子层的生长温度，所述第三子层的生长温度＞所述第四子层的生长温度＞所述第一子层的生长温度。
可选地，最后生长的所述量子垒层的厚度小于或等于200nm。
可选地，所述量子垒子层的四个子层的厚度相同或不同。
可选地，所述第一子层中In的摩尔含量低于所述量子阱层中In的摩尔含量。
可选地，所述P型层包括依次层叠的P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层、P型接触层。
可选地，所述衬底为蓝宝石衬底、Si衬底或者SiC衬底。
可选地，所述N型层采用Si掺杂或Ge掺杂。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过最后的量子垒层包括由第一子层、第二子层、第三子层和第四子层依次层叠形成的量子垒子层，第一子层为InGaN层，第三子层为AlGaN层，第二子层和第四子层均为GaN层，第一子层的生长温度低于量子阱层的生长温度，可以避免高温导致量子阱层的In原子从生长表面解吸附而不能渗入到晶格当中，提高量子阱层的In组分，增加量子阱层的深度，有利于电子和空穴在量子阱层发生辐射复合，提高内量子效率。
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是本发明实施例提供的一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法的流程图；
图2是本发明实施例提供的发光二极管的外延片的结构示意图。
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
本发明实施例提供了一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法，参见图1，该制作方法包括：
步骤101：在衬底上生长缓冲层。
可选地，衬底可以为蓝宝石衬底、Si衬底或者SiC衬底。
步骤102：在缓冲层上生长非掺杂GaN层。
步骤103：在非掺杂GaN层上生长N型层。
具体地，N型层可以为GaN层。
可选地，N型层可以采用Si掺杂或Ge掺杂。
步骤104：在N型层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层。最后生长的量子垒层包括量子垒子层，量子垒子层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层。第一子层为InGaN层，第三子层为AlGaN层，第二子层和第四子层均为GaN层。第一子层的生长温度低于量子阱层的生长温度，第三子层的生长温度高于第一子层的生长温度。其它的量子垒层为GaN层，其它的量子垒层为多量子阱层中，除最后生长的量子垒层之外的所有量子垒层。量子阱层为InGaN层。
可以理解地，第一子层的生长温度低于量子阱层的生长温度，以使第一子层具有较高的In组分，提高多量子阱层的In组分，以利于电子和空穴在量子阱层发生辐射复合。第三子层的生长温度高于第一子层的生长温度，以使第三子层具有较高的Al组分，提高势垒高度，减少电子溢流，限制电子在量子阱与空穴发生辐射复合。
可选地，量子垒子层的层数可以为一层或多层。
优选地，当量子垒子层的层数为一层时，第一子层的生长温度＜第二子层的生长温度＜第三子层的生长温度≤第四子层的生长温度。
优选地，当量子垒子层的层数为多层时，第一子层的生长温度＜第二子层的生长温度＜第三子层的生长温度，第三子层的生长温度＞第四子层的生长温度＞第一子层的生长温度。
更优选地，量子垒子层的四个子层的生长温度可以各不相同。
可选地，最后生长的量子垒层的厚度可以小于或等于200nm。
可选地，量子垒子层的四个子层的厚度可以相同或不同。
可选地，第一子层中In的摩尔含量可以低于量子阱层中In的摩尔含量。
具体地，量子阱层中In的摩尔含量可以按照实际需求进行设定，例如蓝绿光LED的量子阱层中In的摩尔含量对应一个范围，红黄光LED中的量子阱层In的摩尔含量对应另一个范围。
例如，最后生长的量子垒层包括三层量子垒子层，第一子层的生长温度为800℃，第二子层的生长温度为900℃，第三子层的生长温度为1000℃，第四子层的生长温度为900℃，第一子层、第二子层、第三子层、第四子层的厚度均为10nm，第一子层中In的摩尔含量为0.1，第三子层中Al的摩尔含量为0.2。
步骤105：在多量子阱层上生长P型层。
可选地，P型层可以包括依次层叠的P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层、P型接触层。
可选地，P型层可以采用Mg掺杂。
图2为本实施例制作的发光二极管的外延片的结构示意图，其中，10为衬底，20为缓冲层，30为非掺杂GaN层，40为N型层，50为多量子阱层，51为量子阱层，52为量子垒层，520为量子垒子层，520a为第一子层，520b为第二子层，520c为第三子层，520d为第四子层，60为P型层。
本发明实施例通过最后的量子垒层包括由第一子层、第二子层、第三子层和第四子层依次层叠形成的量子垒子层，第一子层为InGaN层，第三子层为AlGaN层，第二子层和第四子层均为GaN层，第一子层的生长温度低于量子阱层的生长温度，可以避免高温导致量子阱层的In原子从生长表面解吸附而不能渗入到晶格当中，提高量子阱层的In组分，增加量子阱层的深度，有利于电子和空穴在量子阱层发生辐射复合，提高内量子效率。同时第三子层的生长温度高于第一子层的生长温度，有利于Al组分的并入，从而提高势垒高度，避免电子跃迁到P型层与空穴非辐射复合和电子溢流，进一步提高内量子效率。
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 (10)
1.一种GaN基发光二极管的外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括：
在衬底上依次生长缓冲层、非掺杂GaN层、N型层、多量子阱层和P型层；
其中，所述多量子阱层包括交替层叠的量子阱层和量子垒层；最后生长的所述量子垒层包括量子垒子层，所述量子垒子层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层为InGaN层，所述第三子层为AlGaN层，所述第二子层和所述第四子层均为GaN层，所述第一子层的生长温度低于所述量子阱层的生长温度，所述第三子层的生长温度高于所述第一子层的生长温度；其它的所述量子垒层为GaN层，其它的所述量子垒层为所述多量子阱层中，除最后生长的所述量子垒层之外的所有所述量子垒层；所述量子阱层为InGaN层。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述量子垒子层的层数为一层或多层。
3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，当所述量子垒子层的层数为一层时，所述第一子层的生长温度＜所述第二子层的生长温度＜所述第三子层的生长温度≤所述第四子层的生长温度。
4.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，当所述量子垒子层的层数为多层时，所述第一子层的生长温度＜所述第二子层的生长温度＜所述第三子层的生长温度，所述第三子层的生长温度＞所述第四子层的生长温度＞所述第一子层的生长温度。
5.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，最后生长的所述量子垒层的厚度小于或等于200nm。
6.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述量子垒子层的四个子层的厚度相同或不同。
7.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述第一子层中In的摩尔含量低于所述量子阱层中In的摩尔含量。
8.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述P型层包括依次层叠的P型AlGaN电子阻挡层、P型GaN层、P型接触层。
9.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述衬底为蓝宝石衬底、Si衬底或者SiC衬底。
10.根据权利要求1-4任一项所述的制作方法，其特征在于，所述N型层采用Si掺杂或Ge掺杂。
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