CN106057990A - 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多层量子垒子层，量子垒子层包括依次层叠的第一子层和第二子层，第一子层为P型掺杂的InxGa1‑xN层，第二子层为P型掺杂的AlGaN层，第二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InyGa1‑yN层，x＜y。本发明可以提高内量子效率和发光效率。
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
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)是一种能发光的半导体电子元件。以GaN基为基础的LED器件作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，正在被迅速广泛地得到应用，如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等。如何提高GaN基LED的发光效率已成为人们关注的焦点。
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，发光效率较低。
发明内容
为了解决现有技术导致发光效率较低的问题，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多层量子垒子层，所述量子垒子层包括依次层叠的第一子层和第二子层，所述第一子层为P型掺杂的InxGa1-xN层，所述第二子层为P型掺杂的AlGaN层，所述第二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InyGa1-yN层，x＜y。
可选地，所述第一子层的生长温度高于或等于所述量子阱层的生长温度。
可选地，所述第一子层的掺杂浓度和所述第二子层的掺杂浓度均低于所述P型层的掺杂浓度。
优选地，所述第一子层的掺杂浓度和所述第二子层的掺杂浓度相同或不同。
可选地，所述第一子层和所述第二子层均采用Mg掺杂。
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，所述第一子层的厚度和所述第二子层的厚度相同或不同。
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：
通过最后生长的量子垒层包括由第一子层和第二子层依次层叠形成的量子垒子层，第一子层为P型掺杂的InGaN层，第二子层为P型掺杂的AlGaN层，第二子层的生长温度高于第一子层的生长温度，P型掺杂的InGaN层采用低温生长，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，并改善传统结构因阱垒接触界面晶格不匹配导致的晶格质量下降的问题，增加量子阱层的深度，提高了多量子阱层的晶格质量，有利于电子和空穴在量子阱层发生辐射复合，提高内量子效率和发光效率。
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GaN基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多层量子垒子层，量子垒子层包括依次层叠的第一子层和第二子层，第一子层为P型掺杂的InxGa1-xN层，第二子层为P型掺杂的AlGaN层。第二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InyGa1-yN层，x＜y。
可以理解地，第一子层的生长温度低于第二子层的生长温度，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。同时第二子层具有较高的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。另外，x＜y可以避免最后生长的量子垒中发生电子和空穴的复合。
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。
可选地，第一子层的生长温度可以高于或等于量子阱层的生长温度，以实现x＜y。
可选地，第一子层的掺杂浓度和第二子层的掺杂浓度可以均低于P型层的掺杂浓度，以利于空穴注入多量子阱层。
具体地，第一子层的掺杂浓度和第二子层的掺杂浓度可以相同或不同。
优选地，第一子层和第二子层可以均采用Mg掺杂，常规材料，实现成本低。
可选地，最后生长的量子垒层的厚度可以小于或等于200nm，以避免造成发光效率降低。
可选地，第一子层的厚度和第二子层的厚度可以相同或不同。
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1000℃，第一子层和第二子层的厚度均为10nm，第一子层和第二子层中Mg的掺杂浓度为1018cm-3，第一子层中In的摩尔含量为0.1，第二子层中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GaN基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，60为P型层。
本发明实施例通过最后生长的量子垒层包括由第一子层和第二子层依次层叠形成的量子垒子层，第一子层为P型掺杂的InGaN层，第二子层为P型掺杂的AlGaN层，第二子层的生长温度高于第一子层的生长温度，P型掺杂的InGaN层采用低温生长，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，并改善传统结构因阱垒接触界面晶格不匹配导致的晶格质量下降的问题，增加量子阱层的深度，提高了多量子阱层的晶格质量，有利于电子和空穴在量子阱层发生辐射复合，提高内量子效率和发光效率。同时P型掺杂的AlGaN层采用高温生长，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，将电子和空穴更好地限制在多量子阱层进行辐射复合，进一步提高内量子效率和发光效率。另外，最后生长的量子垒层包括交替层叠的P型掺杂的InGaN层和P型掺杂的AlGaN层，有利于提高空穴的浓度。
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多层量子垒子层，所述量子垒子层包括依次层叠的第一子层和第二子层，所述第一子层为P型掺杂的InxGa1-xN层，所述第二子层为P型掺杂的AlGaN层，所述第二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InyGa1-yN层，x＜y。
2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述第一子层的生长温度高于或等于所述量子阱层的生长温度。
3.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述第一子层的掺杂浓度和所述第二子层的掺杂浓度均低于所述P型层的掺杂浓度。
4.根据权利要求3所述的制作方法，其特征在于，所述第一子层的掺杂浓度和所述第二子层的掺杂浓度相同或不同。
5.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述第一子层和所述第二子层均采用Mg掺杂。
6.根据权利要求1或2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。
7.根据权利要求1或2所述的制作方法，其特征在于，所述第一子层的厚度和所述第二子层的厚度相同或不同。
8.根据权利要求1或2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或2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或2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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