CN109192829A - 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层，所述缓冲层、所述N型层、所述有源层、所述低温P型层、所述电子阻挡层和所述高温P型层依次层叠在所述衬底上，所述高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，所述低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，所述电子阻挡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，所述第一子层的材料采用铝铟镓氮，所述第二子层的材料采用氮化铝镓，所述第三子层的材料采用氮化铝，所述第四子层的材料采用氮化铟镓。本发明可以有效避免由于晶格失配而产生极化。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法。
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。随着LED行业的快速发展，LED的应用越来越广泛，例如：交通灯、路灯、景观灯、照明、背光源等领域均应用有LED，同时LED发光亮度的要求也越来越高。
外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。有源层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置。量子垒将N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴限制在量子阱中进行辐射复合发光。衬底用于为外延材料提供生长表面，衬底的材料通常选择蓝宝石(主要成分为Al2O3)，N型半导体层等结构的材料通常选择氮化镓(GaN)，蓝宝石和氮化镓为异质材料，两者之间存在较大的晶格失配，缓冲层用于缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。
N型半导体提供的电子数量远大于P型半导体层的空穴数量，加上电子的体积远小于空穴的体积，导致注入有源层中的电子数量远大于空穴数量。为了避免N型半导体层提供的电子迁移到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，通常会在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层，阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。
电子阻挡层的材料通常选择氮化铝镓(AlGaN)，由于氮化铝镓需要在较高的生长温度下生成，因此电子阻挡层的生长温度通常较高。而量子阱的材料通常选择氮化铟镓(InGaN)，高温会造成铟原子从氮化铟镓中解析。所以如果电子阻挡层直接设置在有源层上，则电子阻挡层较高的生长温度会造成量子阱中的铟原子解析，进而影响量子阱中电子和空穴的复合效率，降低外延片的内量子效率，最终降低发光二极管的发光效率。为了减小电子阻挡层较高的生长温度对量子阱的影响，还会在有源层和电子阻挡层之间设置低温P型层，低温P型层的生长温度较低，可以对量子阱进行保护，避免电子阻挡层较高的生长温度影响到有源层。
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：
低温P型层的材料通常选择与P型半导体层一样，都是P型掺杂的氮化镓。同时为了有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中，电子阻挡层中铝组分的含量会很高，高铝组分的氮化铝镓与P型掺杂的氮化镓之间存在一定的晶格失配。由于低温P型层的生长温度较低，因此低温P型层的生长质量较差，电子阻挡层与低温P型层之间的晶格失配会产生压电效应中的极化现象，影响到电子和空穴的复合发光，导致复合发出的光线波长出现偏移。
发明内容
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法，能够解决现有技术电子阻挡层与低温P型层之间的晶格失配产生的极化导致波长偏移，同时电子阻挡层与P型半导体层之间的晶格失配产生的极化降低LED的发光效率的问题。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层，所述缓冲层、所述N型层、所述有源层、所述低温P型层、所述电子阻挡层和所述高温P型层依次层叠在所述衬底上，所述高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，所述低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，所述电子阻挡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，所述第一子层的材料采用铝铟镓氮，所述第二子层的材料采用氮化铝镓，所述第三子层的材料采用氮化铝，所述第四子层的材料采用氮化铟镓。
可选地，所述电子阻挡层中掺有P型掺杂剂，所述电子阻挡层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述高温P型层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
可选地，所述第一子层为InxAlyGa1-x-yN层，0.1＜x＜0.3，0.1＜y＜0.5。
可选地，所述第二子层为AlzGa1-zN层，0.1＜z＜0.5。
可选地，所述第四子层为InaGa1-aN层，0.1＜a＜0.3。
可选地，所述电子阻挡层的厚度为20nm～60nm。
可选地，所述第一子层的厚度小于所述第二子层的厚度，所述第一子层的厚度小于所述第三子层的厚度，所述第二子层的厚度大于所述第四子层的厚度，所述第三子层的厚度大于所述第四子层的厚度。
另一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层；
其中，所述高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，所述低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，所述电子阻挡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，所述第一子层的材料采用铝铟镓氮，所述第二子层的材料采用氮化铝镓，所述第三子层的材料采用氮化铝，所述第四子层的材料采用氮化铟镓。
可选地，所述电子阻挡层的生长温度为800℃～1100℃。
可选地，所述电子阻挡层的生长压力为100torr～300torr。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过将电子阻挡层改为由多个材料不同的子层依次层叠而成，最靠近低温P型层(低温P型层的材料采用氮化铟镓)的第一子层的材料采用铝铟镓氮，第一子层(第一子层的材料采用铝铟镓氮)上设置的第二子层的材料采用氮化铝镓，第二子层(第二子层的材料采用氮化铝镓)上设置的第三子层的材料采用氮化铝，第一子层、第二子层、第三子层采用的材料逐渐变化，相邻两层之间的晶格常数较为接近，可以有效避免晶格失配所产生的负影响，同时第一子层、第二子层、第三子层的势垒高度逐渐增大，可以有效阻挡电子跃迁到高温P型层中。同时最靠近高温P型层的第四子层的材料采用氮化铟镓，与高温P型层采用的材料相同，可以有效避免电子阻挡层与高温P型层之间由于晶格失配而产生极化。而且第四子层的势垒高度低于第三子层，高温P型层提供的空穴会蓄积在第四子层中进行横向扩展，有利于空穴均匀注入有源层中，降低LED的正向电压。
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氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的电子阻挡层的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电子阻挡层的势垒高度的示意图；
图4是本发明实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法的流程图。
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。
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，图1为本发明实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该氮化镓基发光二极管外延片包括衬底10、缓冲层20、N型层30、有源层40、低温P型层50、电子阻挡层60和高温P型层70，缓冲层20、N型层30、有源层40、低温P型层50、电子阻挡层60和高温P型层70依次层叠在衬底10上。
在本实施例中，高温P型层70的材料采用P型掺杂的氮化镓，低温P型层50的材料采用P型掺杂的氮化铟镓。图2为本发明实施例提供的电子阻挡层的结构示意图，参见图2，电子阻挡层60包括依次层叠的第一子层61、第二子层62、第三子层63和第四子层64。第一子层61的材料采用铝铟镓氮，第二子层62的材料采用氮化铝镓，第三子层63的材料采用氮化铝，第四子层64的材料采用氮化铟镓。
电子阻挡层中各个子层的材料不同，相应的势垒高度也不同。图3为本发明实施例提供的电子阻挡层的势垒高度的示意图，参见图3，由于铟组分的势垒比镓原子的势垒低，铝组分的势垒比镓原子的势垒高，因此第一子层61的势垒高度小于第二子层62的势垒高度，第二子层62的势垒高度小于第三子层63的势垒高度，第四子层64的势垒高度最低。电子阻挡层的势垒高度先增大再减小，一方面可以有效阻挡电子跃迁到高温P型层中，使电子在有源层中与空穴进行复合发光，提高LED的发光效率；另一方面对空穴可以起到蓄积作用，有利于空穴横向扩展，均匀注入到有源层中。
另外，低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，铟原子可以降低P型掺杂剂的活化能，有利于P型掺杂剂的活化，增加低温P型层提供的空穴数量，进而增加有源层中电子和空穴的复合发光，提高LED的发光效率。
本发明实施例通过将电子阻挡层改为由多个材料不同的子层依次层叠而成，最靠近低温P型层(低温P型层的材料采用氮化铟镓)的第一子层的材料采用铝铟镓氮，一方面第一子层与低温P型层的晶格比较匹配，可以减弱电子阻挡层与低温P型层之间的晶格失配产生的极化，避免电子和空穴的复合发光受到影响而导致发出的光线波长出现偏移；另一方面第一子层中加入的铝原子势垒较高，使得第一子层可以对电子跃迁到高温P型层中起到一定的阻挡作用。
第一子层(第一子层的材料采用铝铟镓氮)上设置的第二子层的材料采用氮化铝镓，一方面第二子层与第一子层的晶格比较匹配，可以有效避免由于第一子层和第二子层之间晶格失配而影响外延片的晶体质量，进而降低LED的发光效率；另一方面第二子层中去除的铟原子势垒较低，相当于提高了第二子层的势垒高度，使得第二子层可以进一步阻挡电子跃迁到高温P型层中。
第二子层(第二子层的材料采用氮化铝镓)上设置的第三子层的材料采用氮化铝，一方面第三子层与第二子层的晶格比较匹配，可以有效避免由于第二子层和第三子层之间晶格失配而影响外延片的晶体质量，进而降低LED的发光效率；另一方面第三子层的势垒高度达到最大，可以有效阻挡电子跃迁到高温P型层中。
综上所述，第一子层、第二子层、第三子层采用的材料逐渐变化，相邻两层之间的晶格常数较为接近，可以有效避免晶格失配所产生的负影响，同时第一子层、第二子层、第三子层的势垒高度逐渐增大，可以有效阻挡电子跃迁到高温P型层中。
同时最靠近高温P型层的第四子层的材料采用氮化铟镓，使第四子层的势垒高度达到最低，高温P型层提供的空穴会蓄积在第四子层中进行横向扩展，有利于空穴均匀注入有源层中，降低LED的正向电压。
可选地，电子阻挡层60中可以掺有P型掺杂剂，电子阻挡层60中P型掺杂剂的掺杂浓度小于高温P型层70中P型掺杂剂的掺杂浓度。
通过在电子阻挡层中掺入P型掺杂剂，有利于空穴注入有源层中，降低LED的正向电压。同时电子阻挡层中掺入的P型掺杂剂的含量较低，可以避免对晶体质量造成影响。
具体地，电子阻挡层60中掺入的P型掺杂剂可以为镁元素，便于实现。
优选地，电子阻挡层60中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018/cm3～1019/cm3，优选为5*1018/cm3。
当电子阻挡层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于1018/cm3，则可能由于电子阻挡层中P型掺杂剂的掺杂浓度太低而起不到促进空穴注入有源层的作用，LED的正向电压降低效果不明显；当电子阻挡层中P型掺杂剂的掺杂浓度大于1019/cm3，则可能由于电子阻挡层中P型掺杂剂的掺杂浓度太高而导致电子阻挡层的晶体质量较差，对LED的发光效率造成负影响。
可选地，第一子层61可以为InxAlyGa1-x-yN层，0.1＜x＜0.3，0.1＜y＜0.5。
通过限定第一子层中铟组分和铝组分的含量，避免第一子层中铟组分和铝组分中的至少一个含量太高而造成第一子层的晶体质量太差，保证LED的抗静电能力。
优选地，x＝0.2，y＝0.3。
可选地，第二子层62可以为AlzGa1-zN层，0.1＜z＜0.5。
通过限定第二子层中铝组分的含量，避免第二子层中铝组分的含量太高而造成第二子层的晶体质量太差，保证LED的抗静电能力。
优选地，z＝0.3。
可选地，第四子层64可以为InaGa1-aN层，0.1＜a＜0.3。
通过限定第四子层中铟组分的含量，避免第四子层中铟组分的含量太高而造成第四子层的晶体质量太差，保证LED的抗静电能力。
优选地，a＝0.2。
可选地，电子阻挡层60的厚度可以为20nm～60nm。
当电子阻挡层的厚度小于20nm，则可能由于电子阻挡层的厚度太小而导致电子阻挡层无法有效阻挡电子跃迁到高温P型层中，跃迁到高温P型层中的电子与空穴进行非辐射复合，从而减少了注入有源层中与电子进行辐射复合的空穴数量，外延片的内量子效率降低，最终造成LED的发光效率降低；当电子阻挡层的厚度大于60nm，则可能由于电子阻挡层的厚度太大而导致电子阻挡层对空穴也起到阻挡作用，不利于高温P型层提供的空穴注入有源层中，造成LED的正向电压升高。
优选地，电子阻挡层60的厚度可以为30nm。
可选地，第一子层61的厚度可以小于第二子层62的厚度，第一子层61的厚度小于第三子层63的厚度，第二子层62的厚度大于第四子层64的厚度，第三子层63的厚度大于第四子层64的厚度。
位于电子阻挡层中间的两个子层的厚度较大，可以有效阻挡电子跃迁到高温P型层中，将电子限制在有源层中与空穴进行复合发光，提高LED的发光效率。位于电子阻挡层两边的两个子层的厚度较小，即可起到过渡作用，避免由于相邻两层晶格失配而产生极化，进而影响LED的发光效率。
具体地，第一子层61的厚度可以为3nm～8nm，优选为5nm；第二子层62的厚度可以为8nm～12nm，优选为10nm；第三子层63的厚度可以为8nm～12nm，优选为10nm；第四子层64的厚度可以为3nm～8nm，优选为5nm。
具体地，衬底10的材料可以采用蓝宝石。缓冲层20的材料可以采用氮化铝(AlN)。N型半导体层30的材料可以采用N型掺杂的氮化镓。有源层40可以包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置；量子阱的材料可以采用氮化铟镓(InGaN)，量子垒的材料可以采用氮化镓。
具体地，缓冲层20的厚度可以为80nm～150nm，优选为120nm。N型半导体层30的厚度可以为1μm～5μm，优选为3μm；N型半导体层30中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018cm-3～1019cm-3，优选为5*1018cm-3。量子阱的厚度可以为2nm～3nm，优选为2.5nm；量子垒的厚度可以为9nm～20nm，优选为14.5nm；量子阱的数量与量子垒的数量相同，量子垒的数量可以为6个～11个，优选为8个。低温P型层50的厚度可以为20nm～300nm，优选为70nm；低温P型层50中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1020/cm3～1021/cm3，优选为5*1020/cm3。高温P型层70的厚度可以为20nm～300nm，优选为70nm；高温P型层70中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1018/cm3～1020/cm3，优选为1019cm-3。
可选地，如图1所示，该氮化镓基发光二极管外延片还可以包括三维成核层81和未掺杂氮化镓82，三维成核层81和未掺杂氮化镓82依次设置在缓冲层20和N型半导体层30之间，以进一步缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。
进一步地，三维成核层81的厚度可以为0.4μm～4.8μm，优选为2.6μm；未掺杂氮化镓层82的厚度可以为1μm～3μm，优选为1.5μm。
在具体实现时，缓冲层为首先在衬底上低温生长的一层较薄的氮化镓，因此也称为低温缓冲层。再在低温缓冲层进行氮化镓的纵向生长，会形成多个相互独立的三维岛状结构，称为三维成核层；然后在所有三维岛状结构上和各个三维岛状结构之间进行氮化镓的横向生长，形成二维平面结构，并在二维平面结构上继续高温生长一层较厚的氮化镓，统称为未掺杂氮化镓层。
可选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括应力释放层83，应力释放层83设置在N型半导体层30和有源层40之间，以释放外延生长过程中产生的应力和缺陷，提高有源层的生长质量，进而提高LED的发光效率。
具体地，应力释放层83可以包括多个第一子层和多个第二子层，多个第一子层和多个第二子层交替层叠设置；第一子层的材料可以采用氮化铟镓，第二子层的材料可以采用氮化镓。
进一步地，氮化铟镓层的厚度可以为1nm～3nm，优选为2nm；氮化镓层的厚度可以为20nm～40nm，优选为30nm；氮化铟镓层的数量与氮化镓层的数量相同，氮化镓层的数量可以为3个～9个，优选为6个。
可选地，如图1所示，该发光二极管外延片还可以包括P型接触层84，P型接触层84铺设在高温P型层70上，以与芯片制作工艺中形成的电极或者透明导电薄膜之间形成欧姆接触。
具体地，P型接触层84的材料可以采用P型掺杂的氮化铟镓。
进一步地，P型接触层84的厚度可以为50nm～300nm，优选为175nm；P型接触层84中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为5*1019/cm3～1022/cm3，优选为6*1020/cm3。
本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，适用于生长图1所示的氮化镓基发光二极管外延片。图4为本发明实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法的流程图，参见图4，该生长方法包括：
步骤201：提供一衬底。
可选地，该步骤201可以包括：
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，在氢气气氛中对衬底进行6分钟～10分钟(优选为8分钟)退火处理；
对衬底进行氮化处理。
通过上述步骤清洁衬底的表面，避免杂质掺入外延片中，有利于提高外延片的生长质量。
步骤202：在衬底上依次生长缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层。
在本实施例中，高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓。电子阻挡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；第一子层的材料采用铝铟镓氮，第二子层的材料采用氮化铝镓，第三子层的材料采用氮化铝，第四子层的材料采用氮化铟镓。
可选地，电子阻挡层的生长温度可以为800℃～1100℃，电子阻挡层的生长质量较好。
可选地，电子阻挡层的生长压力可以为100torr～300torr，电子阻挡层的生长质量较好。
具体地，该步骤202可以包括：
第一步，采用物理气相沉积(英文：Physical Vapor Deposition，简称：PVD)技术在衬底上形成缓冲层；
第二步，控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长N型半导体层；
第三步，在N型半导体层上生长有源层；其中，量子阱的生长温度为720℃～850℃(优选为785℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)；量子垒的生长温度为850℃～950℃(优选为900℃)，压力为10torr～500torr(优选为300torr)；
第四步，控制温度为500℃～800℃(优选为675℃)，压力为50torr～500torr(优选为300torr)，在有源层上生长低温P型层；
第五步，控制温度为800℃～1100℃(优选为950℃)，压力为100torr～300torr(优选为200torr)，在低温P型层上生长电子阻挡层；
第六步，控制温度为800℃～950℃(优选为875℃)，压力为100torr～600torr(优选为350torr)，在电子阻挡层上生长高温P型层。
可选地，在第二步之前，该生长方法还可以包括：
在缓冲层上依次生长三维成核层和未掺杂氮化镓层。
相应地，N型半导体层生长在未掺杂氮化镓层上。
具体地，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层，可以包括：
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层；
控制温度为1000℃～1200℃(优选为1100℃)，压力为100torr～500torr(优选为300torr)，在缓冲层上生长未掺杂氮化镓层。
可选地，在第三步之前，该生长方法还可以包括：
在N型半导体层上生长应力释放层。
相应地，有源层生长在应力释放层上。
具体地，在N型半导体层上生长应力释放层，可以包括：
控制温度为550℃～900℃(优选为755℃)，压力为50torr～500torr(优选为400torr)，在N型半导体层上生长应力释放层。
可选地，在第六步之后，该生长方法还可以包括：
在高温P型层上生长P型接触层。
具体地，在高温P型层上生长P型接触层，可以包括：
控制温度为850℃～1150℃(优选为1000℃)，压力为100torr～600torr(优选为350torr)，在高温P型层上生长P型接触层。
需要说明的是，在上述外延生长结束之后，会先将温度降低至650℃～850℃(优选为750℃)，在氮气气氛中对外延片进行5分钟～15分钟(优选为10分钟)的退火处理，然后再将外延片的温度降低至室温。
控制温度、压力均是指控制生长外延片的反应腔中的温度、压力。实现时以三甲基镓或三乙基镓作为镓源，高纯氨气作为氮源，三甲基铟作为铟源，三甲基铝作为铝源，N型掺杂剂选用硅烷，P型掺杂剂选用二茂镁。
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)
1.一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层，所述缓冲层、所述N型层、所述有源层、所述低温P型层、所述电子阻挡层和所述高温P型层依次层叠在所述衬底上，所述高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，其特征在于，所述低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，所述电子阻挡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，所述第一子层的材料采用铝铟镓氮，所述第二子层的材料采用氮化铝镓，所述第三子层的材料采用氮化铝，所述第四子层的材料采用氮化铟镓。
2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述电子阻挡层中掺有P型掺杂剂，所述电子阻挡层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述高温P型层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
3.根据权利要求1或2所述氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层为InxAlyGa1-x-yN层，0.1＜x＜0.3，0.1＜y＜0.5。
4.根据权利要求1或2所述氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层为AlzGa1-zN层，0.1＜z＜0.5。
5.根据权利要求1或2所述氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第四子层为InaGa1-aN层，0.1＜a＜0.3。
6.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述电子阻挡层的厚度为20nm～60nm。
7.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度小于所述第二子层的厚度，所述第一子层的厚度小于所述第三子层的厚度，所述第二子层的厚度大于所述第四子层的厚度，所述第三子层的厚度大于所述第四子层的厚度。
8.一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，其特征在于，所述生长方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层；
其中，所述高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，所述低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，所述电子阻挡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，所述第一子层的材料采用铝铟镓氮，所述第二子层的材料采用氮化铝镓，所述第三子层的材料采用氮化铝，所述第四子层的材料采用氮化铟镓。
9.根据权利要求8所述的生长方法，其特征在于，所述电子阻挡层的生长温度为800℃～1100℃。
10.根据权利要求8或9所述的生长方法，其特征在于，所述电子阻挡层的生长压力为100torr～300torr。
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN109920890A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-21 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管、外延片及其制备方法 |
| CN115579434A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-06 | 埃特曼(苏州)半导体技术有限公司 | 半导体光电子器件的外延片及其制作方法和应用 |
| CN115588723A (zh) * | 2022-12-10 | 2023-01-10 | 埃特曼(苏州)半导体技术有限公司 | 发光二极管的外延片及其制作方法 |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8451877B1 (en) * | 2010-03-23 | 2013-05-28 | Sandia Corporation | High efficiency III-nitride light-emitting diodes |
| CN103247729A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高大功率GaN基LED发光效率的外延结构及生长方法 |
| CN103730557A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-16 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种具有新型的p型电子阻挡层结构的发光二极管及生长方法 |
| CN107195738A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN108091736A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-05-29 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| WO2018097649A1 (ko) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 |
| CN108198921A (zh) * | 2017-11-30 | 2018-06-22 | 华灿光电(苏州）有限公司 | 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法 |
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Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8451877B1 (en) * | 2010-03-23 | 2013-05-28 | Sandia Corporation | High efficiency III-nitride light-emitting diodes |
| CN103247729A (zh) * | 2013-05-16 | 2013-08-14 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种提高大功率GaN基LED发光效率的外延结构及生长方法 |
| CN103730557A (zh) * | 2014-01-03 | 2014-04-16 | 合肥彩虹蓝光科技有限公司 | 一种具有新型的p型电子阻挡层结构的发光二极管及生长方法 |
| WO2018097649A1 (ko) * | 2016-11-24 | 2018-05-31 | 엘지이노텍 주식회사 | 반도체 소자 및 이를 포함하는 반도체 소자 패키지 |
| CN107195738A (zh) * | 2017-06-30 | 2017-09-22 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
| CN108091736A (zh) * | 2017-10-20 | 2018-05-29 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 一种发光二极管外延片及其制造方法 |
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109920890A (zh) * | 2019-01-28 | 2019-06-21 | 华灿光电（浙江）有限公司 | 发光二极管、外延片及其制备方法 |
| CN115579434A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-06 | 埃特曼(苏州)半导体技术有限公司 | 半导体光电子器件的外延片及其制作方法和应用 |
| CN115588723A (zh) * | 2022-12-10 | 2023-01-10 | 埃特曼(苏州)半导体技术有限公司 | 发光二极管的外延片及其制作方法 |
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