CN107887485B - 一种发光二极管外延片及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种发光二极管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、缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层，多量子阱层包括多个第一子层，各个第一子层包括量子阱层和量子垒层，最靠近电子阻挡层的量子垒层包括多个第二子层和第三子层，各个第二子层包括第四子层、第五子层和第六子层，各个第四子层为铝镓氮层，各个第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个第五子层中铟的掺杂位置靠近第六子层，各个第六子层为氮化镓层，第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，第三子层中镁和铟的掺杂浓度高于各个第五子层。本发明可增加空穴注入，提高LED的发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件，具有高效、环保、绿色的特点，广泛应用在交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等技术领域。芯片是LED的核心组件，包括外延片和设置在外延片上的电极。
现有LED外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、N型氮化镓层、多量子阱(英文：Multiple Quantum Well，简称：MQW)层、电子阻挡层和P型氮化镓层。其中，多量子阱层包括依次层叠的多个子层，每个子层包括铟镓氮量子阱层和层叠在铟镓氮量子阱层上的氮化镓量子垒层，N型氮化镓层提供的电子和P型氮化镓层提供的空穴注入多量子阱层后，被氮化镓量子垒层限定在铟镓氮量子阱层中进行辐射复合发光。
电子阻挡层的主要作用是阻挡电子注入P型氮化镓层中与空穴发生非辐射复合，通常采用铝镓氮层实现。目前有一种改进后的电子阻挡层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，第一子层为交替层叠的铝镓氮层和氮化镓层，可以阻挡电子注入P型氮化镓层中与空穴发生非辐射复合；第二子层为掺杂镁的氮化镓层，第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，可以促进空穴注入多量子阱层中与电子进行辐射复合发光。
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：
电子阻挡层和最靠近电子阻挡层的铟镓氮量子阱层之间还设有氮化镓量子垒层，氮化镓量子垒层在将电子和空穴限定在铟镓氮量子阱层中的同时，也会阻挡空穴注入铟镓氮量子阱层中。如果最靠近电子阻挡层的氮化镓量子垒层采用上述改进后的电子阻挡层的结构，也包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，则第一子层在阻挡电子注入P型氮化镓层中的同时，也会阻挡空穴注入多量子阱层中与电子进行辐射复合发光，而第二子层和第三子层对空穴注入铟镓氮量子阱层的促进效果有限，因此注入铟镓氮量子阱层的空穴数量还有待提高。
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、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层，所述多量子阱层包括依次层叠的多个第一子层，各个所述第一子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，各个所述量子阱层为铟镓氮层，所述多量子阱层中除最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层之外的各个所述量子垒层为氮化镓层，所述多量子阱层中最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层包括依次层叠的多个第二子层和层叠在所述多个第二子层上的第三子层，各个所述第二子层包括依次层叠的第四子层、第五子层和第六子层，各个所述第四子层为铝镓氮层，各个所述第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个所述第五子层中铟的掺杂位置靠近同一个所述第二子层中的所述第六子层，各个所述第六子层为氮化镓层，所述第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，所述第三子层中镁的掺杂浓度高于各个所述第五子层中镁的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度高于各个所述第五子层中铟的掺杂浓度。
可选地，各个所述第五子层中镁的掺杂浓度大于或等于所述第三子层中镁的掺杂浓度的1/10。
优选地，各个所述第五子层中镁的掺杂浓度和所述第三子层中镁的掺杂浓度分别为所述P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度的1/50～1/20。
可选地，各个所述第五子层中铟的掺杂浓度为所述第三子层中铟的掺杂浓度的1/50～1/5。
优选地，各个所述第五子层中铟的掺杂浓度和所述第三子层中铟的掺杂浓度分别为每个所述量子阱层中铟的掺杂浓度的1/100～1/10。
可选地，所述第三子层中镁的掺杂位置靠近所述电子阻挡层。
可选地，各个所述第五子层的厚度为所述第三子层的厚度的1～5倍。
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造方法，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层；
其中，所述多量子阱层包括依次层叠的多个第一子层，各个所述第一子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，各个所述量子阱层为铟镓氮层，所述多量子阱层中除最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层之外的各个所述量子垒层为氮化镓层，所述多量子阱层中最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层包括依次层叠的多个第二子层和层叠在所述多个第二子层上的第三子层，各个所述第二子层包括依次层叠的第四子层、第五子层和第六子层，各个所述第四子层为铝镓氮层，各个所述第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个所述第五子层中铟的掺杂位置靠近同一个所述第二子层中的所述第六子层，各个所述第六子层为氮化镓层，所述第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，所述第三子层中镁的掺杂浓度高于各个所述第五子层中镁的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度高于各个所述第五子层中铟的掺杂浓度。
可选地，各个所述第五子层的生长温度低于所述第三子层的生长温度，且各个所述第五子层的生长温度与所述第三子层的生长温度相差10℃～50℃。
可选地，各个所述第五子层的生长速率为所述第三子层的生长速率的1/5～1/2。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将多量子阱层中最靠近电子阻挡层的量子垒层设计成依次层叠的多个第二子层和层叠在多个第二子层上的第三子层，各个第二子层包括第四子层、第五子层和第六子层，各个第四子层为铝镓氮层，各个第六子层为氮化镓层，可以实现量子垒层对量子阱层中电子和空穴的限制作用，同时各个第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，铟可以促进镁的激活，镁的激活可以产生空穴，进而增加注入量子阱层的空穴数量。而且各个第二子层中铟的掺杂位置靠近同一个第二子层中的第六子层，可以尽可能避免掺杂铟对靠近量子阱层位置的势垒高度的削弱，从而确保对量子阱层中电子和空穴的限制作用。另外，第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，第三子层中镁的掺杂浓度高于第五子层中镁的掺杂浓度，第三子层中铟的掺杂浓度高于第五子层中镁的掺杂浓度，可以巩固各个第五子层的作用效果，即限制量子阱层中的电子和空穴的移动、以及增加注入量子阱层的空穴数量，进而促进量子阱层中的辐射复合发光，最终提高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是本发明实施例一提供的多量子阱层的结构示意图；
图3是本发明实施例一提供的最靠近电子阻挡层的量子垒层的结构示意图；
图4是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制造方法的流程图；
图5是本发明实施例三提供的一种发光二极管外延片的制造方法的流程图；
图6是本发明实施例三提供的样品检测结果的对比图。
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、未掺杂氮化镓层3、N型氮化镓层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型氮化镓层7。
在本实施例中，参见图2，多量子阱层5包括依次层叠的多个第一子层50，各个第一子层50包括量子阱层51和层叠在量子阱层51上的量子垒层52。各个量子阱层51为铟镓氮层，多量子阱层5中除最靠近电子阻挡层6的量子垒层52之外的各个量子垒层52为氮化镓层。参见图3，多量子阱层5中最靠近电子阻挡层6的量子垒层52包括依次层叠的多个第二子层521和层叠在多个第二子层521上的第三子层522，各个第二子层521包括依次层叠的第四子层521a、第五子层521b和第六子层521c，各个第四子层521a为铝镓氮层，各个第五子层521b为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个第五子层521b中铟的掺杂位置靠近同一个第二子层521中的第六子层521c，各个第六子层521c为氮化镓层，第三子层522为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，第三子层522中镁的掺杂浓度高于各个第五子层521b中镁的掺杂浓度，第三子层522中铟的掺杂浓度高于各个第五子层521b中铟的掺杂浓度。
在本实施例中，各个第五子层521b中铟的掺杂位置靠近同一个第二子层521中的第六子层521c，是指各个第五子层521b中靠近同一个第二子层521中的第四子层521a的区域为掺杂镁的氮化镓层，靠近同一个第二子层521中的第六子层521c的区域为同时掺杂镁和铟的氮化镓层。
本发明实施例通过将多量子阱层中最靠近电子阻挡层的量子垒层设计成依次层叠的多个第二子层和层叠在多个第二子层上的第三子层，各个第二子层包括第四子层、第五子层和第六子层，各个第四子层为铝镓氮层，各个第六子层为氮化镓层，可以实现量子垒层对量子阱层中电子和空穴的限制作用，同时各个第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，铟可以促进镁的激活，镁的激活可以产生空穴，进而增加注入量子阱层的空穴数量。而且各个第二子层中铟的掺杂位置靠近同一个第二子层中的第六子层，可以尽可能避免掺杂铟对靠近量子阱层位置的势垒高度的削弱，从而确保对量子阱层中电子和空穴的限制作用。另外，第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，第三子层中镁的掺杂浓度高于第五子层中镁的掺杂浓度，第三子层中铟的掺杂浓度高于第五子层中镁的掺杂浓度，可以巩固各个第五子层的作用效果，即限制量子阱层中的电子和空穴的移动、以及增加注入量子阱层的空穴数量，进而促进量子阱层中的辐射复合发光，最终提高LED的发光效率。
需要说明的是，多量子阱层中最靠近电子阻挡层的量子垒层比电子阻挡层更靠近量子阱层，因此对量子阱层的作用效果会比电子阻挡层明显。
可选地，各个第五子层521b中镁的掺杂浓度可以大于或等于第三子层522中镁的掺杂浓度的1/10，避免由于各个第五子层中镁的掺杂浓度过低而无法起到增加注入量子阱层的空穴数量的作用。另外，第三子层522中镁的掺杂浓度高于各个第五子层521b中镁的掺杂浓度，可以避免由于各个第五子层中镁的掺杂浓度过高而扩散到量子阱层中。
优选地，各个第五子层521b中镁的掺杂浓度和第三子层522中镁的掺杂浓度可以分别为P型氮化镓层7中P型掺杂剂的掺杂浓度的1/50～1/20。若各个第五子层中镁的掺杂浓度和第三子层中镁的掺杂浓度小于P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度的1/50，则可能无法起到增加注入量子阱层的空穴数量的作用；若各个第五子层中镁的掺杂浓度和第三子层中镁的掺杂浓度大于P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度的1/20，则可能会由于镁的掺杂浓度过高而对量子阱层造成破坏，减弱发光强度。
具体地，各个第五子层521b中镁的掺杂浓度可以为1018/cm3～5*1018/cm3，第三子层522中镁的掺杂浓度可以为5*1018/cm3～1019/cm3。
可选地，各个第五子层521b中铟的掺杂浓度可以为第三子层522中铟的掺杂浓度的1/50～1/5。铟的主要作用是激活镁，若各个第五子层中铟的掺杂浓度低于第三子层中铟的掺杂浓度的1/50，则可能无法起到激活镁的作用；同时铟也会带来能带的降低，若各个第五子层中铟的掺杂浓度高于第三子层中铟的掺杂浓度的1/5，则可能会带来过多的能带降低，影响对电子的阻挡作用。
优选地，各个第五子层521b中铟的掺杂浓度和第三子层522中铟的掺杂浓度分别为每个量子阱层51中铟的掺杂浓度的1/100～1/10。若各个第五子层中铟的掺杂浓度和第三子层中铟的掺杂浓度小于每个量子阱层中铟的掺杂浓度的1/100，则可能无法起到激活镁的作用；若各个第五子层中铟的掺杂浓度和第三子层中铟的掺杂浓度大于每个量子阱层中铟的掺杂浓度的1/10，则可能会过多降低量子垒层的能带，影响量子垒层对电子的阻挡。
具体地，各个第五子层521b中铟的掺杂浓度可以为1017/cm3～5*1017/cm3，第三子层522中铟的掺杂浓度可以为1018/cm3～5*1018/cm3。
可选地，第三子层522中镁的掺杂位置可以靠近电子阻挡层6。也就是说，第三子层中靠近第二子层的区域为掺杂铟的氮化镓层，靠近电子阻挡层的区域为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，从而在生长第三子层时，可以先掺杂铟，降低能带，有利于空穴注入量子阱层。
可选地，各个第五子层521b的厚度可以为第三子层522的厚度的1～5倍。若各个第五子层的厚度小于第三子层的厚度，则可能由于各个第五子层的厚度过小而无法起到增加注入量子阱层的空穴数量的作用；若各个第五子层的厚度大于第三子层的厚度的5倍，则可能由于各个第五子层的厚度过大而使得镁渗透到量子阱层中，同时还会增加生产时间、降低生产效率。
具体地，各个第五子层521b的厚度可以为1nm～3nm，第三子层522的厚度可以为0.5nm～1nm。
在实际应用中，第四子层521a中铝的掺杂浓度可以为1*1020/cm3～8*1020/cm3，厚度可以为0.5nm～1.5nm；第六子层521c的厚度可以为0.5nm～1.5nm。
具体地，衬底可以为蓝宝石衬底；缓冲层可以为氮化镓层；电子阻挡层可以为铝镓氮层，具体为AlyGa1-yN层，0.15≤y≤0.25。
更具体地，缓冲层的厚度可以为15nm～30nm；非掺杂氮化镓层的厚度可以为2μm～3.5μm；N型氮化镓层的厚度可以为2μm～3μm；各个量子阱层的厚度可以为2nm～3nm，除最靠近电子阻挡层的量子垒层之外的各个量子垒层的厚度可以为8nm～11nm，第一子层的数量可以为11个～13个，多量子阱层的厚度可以为130nm～160nm；电子阻挡层的厚度可以为30nm～50nm，P型氮化镓层的厚度可以为50nm～80nm。
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造方法，适用于制造实施例一提供的发光二极管外延片，参见图4，该制造方法包括：
步骤201：提供一衬底。
步骤202：在衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层。
在本实施例中，多量子阱层包括依次层叠的多个第一子层，各个第一子层包括量子阱层和层叠在量子阱层上的量子垒层，各个量子阱层为铟镓氮层，多量子阱层中除最靠近电子阻挡层的量子垒层之外的各个量子垒层为氮化镓层，多量子阱层中最靠近电子阻挡层的量子垒层包括依次层叠的多个第二子层和层叠在多个第二子层上的第三子层，各个第二子层包括依次层叠的第四子层、第五子层和第六子层，各个第四子层为铝镓氮层，各个第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个第五子层中铟的掺杂位置靠近同一个第二子层中的第六子层，各个第六子层为氮化镓层，第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，第三子层中镁的掺杂浓度高于各个第五子层中镁的掺杂浓度，第三子层中铟的掺杂浓度高于各个第五子层中铟的掺杂浓度。
本发明实施例通过将多量子阱层中最靠近电子阻挡层的量子垒层设计成依次层叠的多个第二子层和层叠在多个第二子层上的第三子层，各个第二子层包括第四子层、第五子层和第六子层，各个第四子层为铝镓氮层，各个第六子层为氮化镓层，可以实现量子垒层对量子阱层中电子和空穴的限制作用，同时各个第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，铟可以促进镁的激活，镁的激活可以产生空穴，进而增加注入量子阱层的空穴数量。而且各个第二子层中铟的掺杂位置靠近同一个第二子层中的第六子层，可以尽可能避免掺杂铟对靠近量子阱层位置的势垒高度的削弱，从而确保对量子阱层中电子和空穴的限制作用。另外，第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，第三子层中镁的掺杂浓度高于第五子层中镁的掺杂浓度，第三子层中铟的掺杂浓度高于第五子层中镁的掺杂浓度，可以巩固各个第五子层的作用效果，即限制量子阱层中的电子和空穴的移动、以及增加注入量子阱层的空穴数量，进而促进量子阱层中的辐射复合发光，最终提高LED的发光效率。
可选地，生长第五子层时，先通入10s～3min的镁，再通入铟，以降低铟对第五子层势垒高度的削弱。
优选地，生长第五子层时，先通入10s～1min的镁，再通入铟，以降低生产成本。
可选地，生长第三子层时，先通入5s～2min的铟，再稳定15s～1min，最后通入镁，以降低能带促使空穴移动。
优选地，生长第三子层时，先通入5s～1min的铟，再稳定15s～30s，最后通入镁，以降低生产成本。
需要说明的是，上述先通入铟的过程中和再稳定的过程中通入的气体是一样的，不同之处在于，先通入铟的过程中铟的流量是逐渐增大的，再稳定的过程中铟的流量是保持不变的。
可选地，各个第五子层的生长温度可以低于第三子层的生长温度，且各个第五子层的生长温度与第三子层的生长温度相差10℃～50℃。若各个第五子层的生长温度与第三子层的生长温度相差10℃以下，则可能会由于各个第五子层的生长温度太高而破坏量子阱层；若各个第五子层的生长温度与第三子层的生长温度相差50℃以上，则可能会由于各个第五子层的生长温度太低而影响到整体的晶体质量。
具体地，各个第五子层的生长温度可以为850℃～900℃，第三子层的生长温度可以为860℃～950℃。
可选地，各个第五子层的生长速率可以为第三子层的生长速率的1/5～1/2。若各个第五子层的生长速率小于第三子层的生长速率的1/5，则可能会由于第三子层的生长速率太快而影响到镁的掺杂效果；由于较快的生长速率通常是由较高的生长温度实现，因此若各个第五子层的生长速率大于第三子层的生长速率的1/2，则可能会造成第五子层的生长温度较高，进而影响到量子阱层。
具体地，各个第五子层的生长速率可以为0.2nm/min～0.6nm/min，第三子层的生长速率可以为0.4nm/min～3nm/min。
在实际应用中，第三子层的生长压力可以为100torr～200torr，各个第五子层的生长压力可以为100torr～200torr；各个第四子层的生长温度可以为850℃～900℃，生长压力可以为100torr～200torr，生长速率可以为0.2nm/min～0.6nm/min；各个第六子层的生长温度可以为860℃～950℃，生长压力可以为100torr～200torr，生长速率可以为0.4nm/min～3nm/min。
具体地，缓冲层的生长温度可以为530℃～560℃，生长压力可以为200torr～500torr，生长速率可以为10nm/min～20nm/min。非掺杂氮化镓层的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为200torr～600torr，生长速率可以为2μm/h～5μm/h。N型氮化镓层的生长温度可以为1000℃～1100℃，生长压力可以为200torr～300torr，生长速率可以为3μm/h～8μm/h。各个量子阱层的生长温度可以为760℃～780℃，生长压力可以为200torr，生长速率可以为0.2nm/min～0.6nm/min；除最靠近电子阻挡层的量子垒层之外的各个量子垒层的生长温度可以为860℃～890℃，生长压力可以为200torr，生长速率可以为2nm/min～5nm/min。电子阻挡层的生长温度可以为930℃～970℃，生长压力可以为100torr，生长速率可以为0.2μm/h～0.8μm/h。P型氮化镓层的生长温度可以为940℃～980℃，生长压力可以为200torr～600torr，生长速率可以为0.3μm/h～1μm/h。
具体地，缓冲层生长在蓝宝石的[0001]面上。
可选地，在步骤201之前，该制造方法还可以包括：
控制反应室温度为1000℃～1100℃，压力为200torr～500torr，将蓝宝石衬底在的氢气气氛下进行5min～6min的高温处理，以清洁蓝宝石衬底的表面。
可选地，在步骤202之后，该制造方法还可以包括：
控制反应室温度为650℃～750℃，在氮气气氛下持续处理P型氮化镓层20min～30min，以活化P型接触层。
需要说明的是，活化P型接触层主要是P型接触层中掺杂的镁，使镁活化后产生更多的空穴，避免由于不活化而导致欧姆接触差，引起芯片亮度低和电压高的情况。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，本实施例提供的制造方法是实施例二提供的制造方法的一种具体实现。在本实施例中，采用Veeco K465i or C4金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备实现LED外延片的制造。采用高纯氢气(H2)或高纯氮气(N2)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁(CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力控制在100torr～600torr。
具体地，参见图5，该制造方法包括：
步骤301：控制反应室温度为1050℃，压力为250torr，将蓝宝石衬底在的氢气气氛下进行5.5min的高温处理，以清洁蓝宝石衬底的表面。
步骤302：控制生长温度为545℃，生长压力为250torr，生长速率为15nm/min，在蓝宝石衬底上生长厚度为22.5nm的氮化镓层，形成缓冲层。
步骤303：控制生长温度为1050℃，生长压力为400torr，生长速率为3.5μm/h，在缓冲层上生长厚度为2.75μm的非掺杂氮化镓层。
步骤304：控制生长温度为1050℃，生长压力为250torr，生长速率为5.5μm/h，在非掺杂氮化镓层上生长厚度为2.5μm的N型氮化镓层。
步骤305：在N型氮化镓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12个第一子层，第一子层包括依次层叠的量子阱层和量子垒层。各个量子阱层为铟镓氮层，生长温度为770℃，生长压力为200torr，生长速率为0.4nm/min，厚度为2.5nm；除最靠近电子阻挡层的量子垒层之外的各个量子垒层为氮化镓层，生长温度为875℃，生长压力为200torr，生长速率为3.5nm/min，厚度为12nm。
最靠近电子阻挡层的量子垒层包括依次层叠的多个第二子层和层叠在多个第二子层上的第三子层，各个第二子层包括依次层叠的第四子层、第五子层和第六子层。各个第四子层为铝镓氮层，生长温度为850℃，生长压力为100torr，生长速率为0.3nm/min，厚度为1nm，铝的掺杂浓度为5*1020/cm3；各个第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，生长温度为860℃，生长压力为200torr，生长速率为0.4nm/min，厚度为1nm，镁的掺杂浓度为3*1018/cm3，铟的掺杂浓度为5*1017/cm3，且生长第五子层时，先通入35s的镁，再通入铟；各个第六子层为氮化镓层，生长温度为880℃，生长压力为200torr，生长速率为0.6nm/min，厚度为1nm；第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，生长温度为900℃，生长压力为200tor，生长速率为2nm/min，厚度为0.5nm，镁的掺杂浓度为8*1018/cm3，铟的掺杂浓度为5*1018/cm3，且生长第三子层时，先通入35s的铟，再稳定20s，最后通入镁。
步骤306：控制生长温度为950℃，生长压力为150torr，生长速率为0.6μm/h，在多量子阱层上生长厚度为的铝镓氮层，形成电子阻挡层。
步骤307：控制生长温度为960℃，生长压力为400torr，生长速率为0.65μm/h，在电子阻挡层上生长厚度为65nm的P型氮化镓层。
下面分别对第一样品和第二样品在相同的工艺条件下镀110nm的氧化铟锡金属氧化物(英文：Indium Tin Oxides，简称：ITO)层，120nm的Cr/Pt/Au电极和50nm的SiO2保护层，并分别将处理后的第一样品和第二样品研磨切割成305μm*635μm(12mi*25mil)的芯粒和229μm*559μm(9mi*22mil)的芯粒。其中，第二样品是采用本实施例提供的发光二极管外延片的制造方法得到的，第一样品采用的制造方法与第二样品基本相同，不同之处在于，所有量子垒层均为氮化镓层，电子阻挡层包括依次层叠的超晶格层、掺杂镁的氮化镓层、以及同时掺杂镁和铟的氮化镓层，超晶格层包括交替层叠的铝镓氮层和氮化镓层，其中铝镓氮层与第二样品中的第四子层一样，氮化镓层与第二样品中的第六子层一样，同时掺杂镁和铟的氮化镓层与第二样品中的第三子层一样。
接着在处理后的第一样品和第二样品的相同位置各自挑选300颗晶粒，在相同的工艺条件下，封装成白光LED。采用积分球分别在驱动电流150mA和60mA条件下测试来自于第一样品的晶粒和来自于第二样品的晶粒的光电性能。
参见图6，结果显示，来自于第二样品的晶粒与比来自于第一样品的晶粒相比，光强在150mA和60mA的驱动电流下均有明显提升，说明本实施例提供的制造方法制造的外延片可以提高LED的发光效率。
需要说明的是，在其它实施例中，各层的生长温度等参数还可以取其它值，本发明并不限制于本实施例中的数值。
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、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层，所述多量子阱层包括依次层叠的多个第一子层，各个所述第一子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，各个所述量子阱层为铟镓氮层，所述多量子阱层中除最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层之外的各个所述量子垒层为氮化镓层，其特征在于，所述多量子阱层中最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层包括依次层叠的多个第二子层，第三子层层叠在所述多个第二子层的最顶端的第二子层上，各个所述第二子层包括依次层叠的第四子层、第五子层和第六子层，各个所述第四子层为铝镓氮层，各个所述第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个所述第五子层中铟的掺杂位置靠近同一个所述第二子层中的所述第六子层，各个所述第六子层为氮化镓层，所述第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，所述第三子层中镁的掺杂浓度高于各个所述第五子层中镁的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度高于各个所述第五子层中铟的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第五子层中镁的掺杂浓度大于或等于所述第三子层中镁的掺杂浓度的1/10。
3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第五子层中镁的掺杂浓度和所述第三子层中镁的掺杂浓度分别为所述P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度的1/50～1/20。
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，各个所述第五子层中铟的掺杂浓度为所述第三子层中铟的掺杂浓度的1/50～1/5。
5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第五子层中铟的掺杂浓度和所述第三子层中铟的掺杂浓度分别为每个所述量子阱层中铟的掺杂浓度的1/100～1/10。
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，所述第三子层中镁的掺杂位置靠近所述电子阻挡层。
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，各个所述第五子层的厚度为所述第三子层的厚度的1～5倍。
8.一种发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层；
其中，所述多量子阱层包括依次层叠的多个第一子层，各个所述第一子层包括量子阱层和层叠在所述量子阱层上的量子垒层，各个所述量子阱层为铟镓氮层，所述多量子阱层中除最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层之外的各个所述量子垒层为氮化镓层，所述多量子阱层中最靠近所述电子阻挡层的所述量子垒层包括依次层叠的多个第二子层，第三子层层叠在所述多个第二子层的最顶端的第二子层上，各个所述第二子层包括依次层叠的第四子层、第五子层和第六子层，各个所述第四子层为铝镓氮层，各个所述第五子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，且各个所述第五子层中铟的掺杂位置靠近同一个所述第二子层中的所述第六子层，各个所述第六子层为氮化镓层，所述第三子层为同时掺杂镁和铟的氮化镓层，所述第三子层中镁的掺杂浓度高于各个所述第五子层中镁的掺杂浓度，所述第三子层中铟的掺杂浓度高于各个所述第五子层中铟的掺杂浓度。
9.根据权利要求8所述的制造方法，其特征在于，各个所述第五子层的生长温度低于所述第三子层的生长温度，且各个所述第五子层的生长温度与所述第三子层的生长温度相差10℃～50℃。
10.根据权利要求8或9所述的制造方法，其特征在于，各个所述第五子层的生长速率为所述第三子层的生长速率的1/5～1/2。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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