CN106098878A - 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、缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且P型层中的第一层和最后一层均为P型掺杂的GaN层。本发明通过P型掺杂的GaN层提供的空穴和N型掺杂的GaN层提供的电子在两层的界面处发生复合，使得空穴无法直接注入到量子阱层上而在界面处进行横向迁移，待N型掺杂的GaN层提供的电子消耗完之后，已完成横向迁移的空穴注入到量子阱层与N型层注入的电子复合发光，改善了电流的横向扩展，降低工作电压，增大发光面积，提高亮度，实现发光效率的提升。

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
发光二极管(Light Emitting Diode，简称LED)芯片是一种能发光的半导体电子元件，具有体积小、亮度高、能耗小等特点，被广泛应用于照明灯领域。LED芯片是由LED外延片裂片得到的。LED外延片包括衬底、以及在衬底上生长的GaN外延层。
GaN外延层包括依次层叠在衬底上的N型层、多量子阱层和P型层。P型层上设有从P型层延伸至N型层的凹槽，N型电极设置在N型层上，P型电极设置在P型层上。
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：
考虑到出光，P型电极通常设置在P型层的部分区域上。由于P型层提供的空穴的迁移率较低，因此从P型电极注入的电流驱动P型电极下方的空穴注入多量子阱层与电子复合发光，但P型层周边的空穴很少被驱动到多量子阱层，电流扩展性差。
发明内容
为了解决现有技术电流扩展性差的问题，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缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，所述P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且所述P型层中的第一层和最后一层均为P型掺杂的GaN层。
可选地，所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度大于所述N型掺杂的GaN层的掺杂浓度。
优选地，所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度为1*1020/cm3～1*1021/cm3，所述N型掺杂的GaN层的掺杂浓度为5*1016/cm3～5*1017/cm3。
可选地，所述P型掺杂的GaN层的厚度大于所述N型掺杂的GaN层的厚度。
优选地，所述P型掺杂的GaN层的厚度为30～100nm，所述N型掺杂的GaN层的厚度为5～15nm。
可选地，所有所述P型掺杂的GaN层的厚度之和为80～300nm。
可选地，所述P型掺杂的GaN层的层数为2～7层，所述N型掺杂的GaN层的层数为1～6层。
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：
在衬底上依次生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层；
其中，所述P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且所述P型层的两侧均为P型掺杂的GaN层。
可选地，所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度大于所述N型掺杂的GaN层的掺杂浓度。
可选地，所述P型掺杂的GaN层的厚度大于所述N型掺杂的GaN层的厚度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且P型层的两侧均为P型掺杂的GaN层，P型掺杂的GaN层提供的空穴和N型掺杂的GaN层提供的电子在两层的界面处发生复合，使得空穴无法直接注入到量子阱层上而在界面处进行横向迁移，待N型掺杂的GaN层提供的电子消耗完之后，已完成横向迁移的空穴注入到量子阱层与N型层注入的电子复合发光，改善了电流的横向扩展，降低工作电压，增大发光面积，提高亮度，实现发光效率的提升。
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是本发明实施例一提供的P型层的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的发光二极管外延片和现有的发光二极管外延片之间的电流电压对比图；
图4是本发明实施例一提供的发光二极管外延片和现有的发光二极管外延片之间的电流亮度对比图；
图5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上的缓冲层2、未掺杂GaN层3、N型层4、多量子阱层5、P型层6。参见图2，P型层6包括交替层叠的P型掺杂的GaN层61和N型掺杂的GaN层62，且P型层6中的第一层和最后一层均为P型掺杂的GaN层61。
可选地，P型掺杂的GaN层61的掺杂浓度可以大于N型掺杂的GaN层62的掺杂浓度，以在N型掺杂的GaN层62提供的电子由于复合而消耗完之后，P型掺杂的GaN层61还能提供注入量子阱层5的空穴。
优选地，P型掺杂的GaN层61的掺杂浓度可以为1*1020/cm3～1*1021/cm3，N型掺杂的GaN层62的掺杂浓度可以为5*1016/cm3～5*1017/cm3。一方面可以满足P型掺杂的GaN层61提供的空穴多于N型掺杂的GaN层62提供的电子；另一方面空穴的横向扩展效果较好。
可选地，P型掺杂的GaN层61的厚度可以大于N型掺杂的GaN层62的厚度，以在N型掺杂的GaN层62提供的电子由于复合而消耗完之后，P型掺杂的GaN层61还能提供注入量子阱层5的空穴。
优选地，P型掺杂的GaN层61的厚度可以为30～100nm，N型掺杂的GaN层62的厚度可以为5～15nm。一方面可以满足P型掺杂的GaN层61提供的空穴多于N型掺杂的GaN层62提供的电子；另一方面空穴的横向扩展效果较好。
可选地，所有P型掺杂的GaN层61的厚度之和为80～300nm。一方面确保提供足够数量的空穴；另一方面不会造成电压较高、以及材料的浪费。
可选地，P型掺杂的GaN层61的层数可以为2～7层，N型掺杂的GaN层62的层数可以为1～6层。一方面确保提供足够数量的空穴；另一方面不会造成电压较高、以及材料的浪费。
具体地，衬底1可以为蓝宝石衬底。缓冲层2可以为GaN层或AlN层。多量子阱层5可以为交替层叠的量子阱层和量子垒层。其中，量子阱层为InGaN层，量子垒层为GaN层。
可选地，N型层4可以包括依次层叠的N型掺杂的GaN层41和N型掺杂的AlGaN层42。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括层叠在N型层4和多量子阱层5之间的应力释放层7。具体地，应力释放层7可以包括交替层叠的InGaN层和GaN层。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括层叠在多量子阱层5和P型层6之间的电子阻挡层8。
优选地，电子阻挡层8可以包括交替层叠的AlGaN层和GaN层。
可选地，缓冲层2的厚度可以为15～35nm。
可选地，未掺杂GaN层3的厚度可以为800～1200nm。
可选地，N型层4中的N型掺杂的GaN层41的厚度可以为1～3μm，N型层4中的N型掺杂的AlGaN层42的厚度可以为50～100nm。
可选地，量子阱层的厚度可以为2～4nm，量子垒层的厚度可以为8～10nm。
可选地，电子阻挡层8的厚度可以为20～60nm。
图3为本实施例提供的发光二极管外延片和现有的发光二极管外延片之间的电流电压对比图，图4为本实施例提供的发光二极管外延片和现有的发光二极管外延片之间的电流亮度对比图。其中，本实施例提供的发光二极管外延片和现有的发光二极管外延片的不同之处在于，本实施例提供的发光二极管外延片中P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，现有的发光二极管外延片中P型层为P型掺杂的GaN层。
在图3中，横坐标代表测试电流，单位Ma；纵坐标代表电压，单位V。由图3可见，两种外延片在小电流下的电压相当，随着电流的加大，本实施例提供的发光二极管外延片的电压增幅明显小于现有的发光二极管外延片。其说明本实施例提供的发光二极管外延片在大电流下扩展较好，可以降低电压。
在图4中，横坐标代表测试电流，单位Ma；纵坐标代表亮度，单位mW。由图4可见，两种外延片在小电流下的亮度相当，随着电流的加大，本实施例提供的发光二极管外延片的亮度增幅明显大于现有的发光二极管外延片。其说明本实施例提供的发光二极管外延片在大电流下具备亮度优势。
本发明实施例通过P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且P型层的两侧均为P型掺杂的GaN层，P型掺杂的GaN层提供的空穴和N型掺杂的GaN层提供的电子在两层的界面处发生复合，使得空穴无法直接注入到量子阱层上而在界面处进行横向迁移，待N型掺杂的GaN层提供的电子消耗完之后，已完成横向迁移的空穴注入到量子阱层与N型层注入的电子复合发光，改善了电流的横向扩展，降低工作电压，增大发光面积，提高亮度，实现发光效率的提升。
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5，该制作方法包括：
步骤201：在衬底上生长缓冲层。
在本实施例中，衬底为蓝宝石衬底。缓冲层为GaN层或AlN层。
可选地，缓冲层的厚度可以为15～35nm。
步骤202：在缓冲层上生长未掺杂GaN层。
可选地，未掺杂GaN层的厚度可以为800～1200nm。
步骤203：在未掺杂GaN层上生长N型层。
可选地，N型层可以包括依次层叠的N型掺杂的GaN层和N型掺杂的AlGaN层。
可选地，N型层中的N型掺杂的GaN层的厚度可以为1～3μm，N型层中的N型掺杂的AlGaN层的厚度可以为50～100nm。
步骤204：在N型层上生长应力释放层。
在本实施例中，应力释放层包括交替层叠的InGaN层和GaN层。
步骤205：在应力释放层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层可以为交替层叠的量子阱层和量子垒层。其中，量子阱层为InGaN层，量子垒层为GaN层。
可选地，量子阱层的厚度可以为2～4nm，量子垒层的厚度可以为8～10nm。
步骤206：在多量子阱层上生长电子阻挡层。
可选地，电子阻挡层可以包括交替层叠的AlGaN层和GaN层。
可选地，电子阻挡层的厚度可以为20～60nm。
步骤207：在电子阻挡层上生长P型层。
在本实施例中，P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且P型层中的第一层和最后一层均为P型掺杂的GaN层。
可选地，P型掺杂的GaN层的掺杂浓度可以大于N型掺杂的GaN层的掺杂浓度。
优选地，P型掺杂的GaN层的掺杂浓度可以为1*1020/cm3～1*1021/cm3，N型掺杂的GaN层的掺杂浓度可以为5*1016/cm3～5*1017/cm3。
可选地，P型掺杂的GaN层的厚度可以大于N型掺杂的GaN层的厚度。
优选地，P型掺杂的GaN层的厚度可以为30～100nm，N型掺杂的GaN层的厚度可以为5～15nm。
可选地，所有P型掺杂的GaN层的厚度之和为80～300nm。
可选地，P型掺杂的GaN层的层数可以为2～7层，N型掺杂的GaN层的层数可以为1～6层。
本发明实施例通过P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且P型层的两侧均为P型掺杂的GaN层，P型掺杂的GaN层提供的空穴和N型掺杂的GaN层提供的电子在两层的界面处发生复合，使得空穴无法直接注入到量子阱层上而在界面处进行横向迁移，待N型掺杂的GaN层提供的电子消耗完之后，已完成横向迁移的空穴注入到量子阱层与N型层注入的电子复合发光，改善了电流的横向扩展，降低工作电压，增大发光面积，提高亮度，实现发光效率的提升。
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缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层，其特征在于，所述P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且所述P型层中的第一层和最后一层均为P型掺杂的GaN层。
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型掺杂的GaN层的掺杂浓度大于所述N型掺杂的GaN层的掺杂浓度。
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型掺杂的GaN层的掺杂浓度为1*1020/cm3～1*1021/cm3，所述N型掺杂的GaN层的掺杂浓度为5*1016/cm3～5*1017/cm3。
4.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型掺杂的GaN层的厚度大于所述N型掺杂的GaN层的厚度。
5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型掺杂的GaN层的厚度为30～100nm，所述N型掺杂的GaN层的厚度为5～15nm。
6.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所有所述P型掺杂的GaN层的厚度之和为80～300nm。
7.根据权利要求1-3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述P型掺杂的GaN层的层数为2～7层，所述N型掺杂的GaN层的层数为1～6层。
8.一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：
在衬底上依次生长缓冲层、未掺杂GaN层、N型层、多量子阱层、P型层；
其中，所述P型层包括交替层叠的P型掺杂的GaN层和N型掺杂的GaN层，且所述P型层的两侧均为P型掺杂的GaN层。
9.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述P型掺杂的GaN层的掺杂浓度大于所述N型掺杂的GaN层的掺杂浓度。
10.根据权利要求8所述的制作方法，其特征在于，所述P型掺杂的GaN层的厚度大于所述N型掺杂的GaN层的厚度。
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