CN116093218A - GaN基发光二极管外延片及其制备方法、GaN基发光二极管 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法、GaN基发光二极管，涉及半导体光电器件领域。GaN基发光二极管外延片包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层。实施本发明，可提升发光二极管的亮度，提高抗静电能力，降低表面粗糙度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体光电器件领域，尤其涉及一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法、GaN基发光二极管。
背景技术
目前，GaN基发光二极管已经大量应用于固态照明领域以及显示领域，吸引越来越多的人关注。外延片是发光二极管的主要构成部分，传统的发光二极管外延片包括：衬底以及在衬底上依次生长的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层，其中P型半导体层作为最后生长的盖层和空穴提供层，对外延片表面平整度，发光二极管的发光效率和抗静电能力都有着很大影响。
P型掺杂Mg容易形成Mg-H络合物，并且Mg的活化率低，所以导致空穴浓度不够。为了实现高空穴浓度，需要高浓度的Mg掺杂。然而Mg在GaN中的溶解度较低，高浓度的Mg掺杂会导致晶体质量下降，表面平整度也会下降，影响器件抗静电能力和发光效率。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法，其可提升发光二极管的发光效率、抗静电能力和表面平整度。
本发明还要解决的技术问题在于，提供一种GaN基发光二极管，其发光效率高。
为了解决上述问题，本发明公开了一种GaN基发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层。0
作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层中C的掺杂浓度为5×1017cm-3-5×1018cm-3，O的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3。
作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层的P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1020cm-3，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层的厚度为5nm-50nm。
作为上述技术方案的改进，所述P型半导体层还包括InN量子点层，所述InN量子点层设于所述电子阻挡层和所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层之间。
作为上述技术方案的改进，所述InN量子点层中In组分的占比为0.1-0.5，所述InN量子点层的厚度为1nm-5nm。
相应的，本发明还公开了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，用于制备上述的GaN基发光二极管外延片，其包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层。
作为上述技术方案的改进，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层的生长方法为：通过MOCVD法生长P型GaN薄膜层，生长温度为900℃-1000℃，生长压力为100torr-300torr，生长时采用的载气为H2；
将所述P型GaN薄膜层在N2和CO2的气氛中进行退火，其中N2的流量为5mL/min-30mL/min，CO2的流量为10mL/min-50mL/min，退火温度为500℃-800℃，退火压力为100torr-500torr，退火时间为3min-10min。
作为上述技术方案的改进，所述P型半导体层还包括InN量子点层，所述InN量子点层设于所述电子阻挡层和所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层之间。
作为上述技术方案的改进，所述InN量子点层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为200torr-500torr，生长时采用的载气为N2。
相应的，本发明还公开了一种GaN基发光二极管，其包括上述的GaN基发光二极管外延片。
实施本发明，具有如下有益效果：
1.本发明的GaN基发光二极管外延片中，P型半导体层为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层，O的电负性较强，有利于减少P型半导体材料中Ga空位的产生。C可以作为双性掺杂剂的存在，也可以减少Ga空位扩散，从而使得P型半导体层的晶格质量更好，有利于提升高空穴浓度，提升表面平整度；在C、O共掺过程中，相当于一个退火过程，可以使得Mg原子的重新分布，减少缺陷，有效增加的空穴浓度和促进载流子的扩展，进而提高抗静电能力和发光效率。
2.本发明的GaN基发光二极管外延片中，P型半导体层还包括InN量子点层，InN量子点层与C/O共掺杂的P型GaN薄膜层接触紧密，In原子很容易渗入C/O共掺杂的P型GaN薄膜层，降低Mg的激活能，从而增加空穴浓度；通过扩散的方式使得In原子进入C/O共掺杂的P型GaN薄膜层中，比直接掺杂能得到更好的晶格质量，并且In组分布均匀，使得载流子分布更加均匀，增加载流子的扩展。InN量子点层还可以作为表面活化剂，改变材料的表面能，提高C/O共掺杂的P型GaN薄膜层生长时Mg原子的迁移率，使得Mg原子均匀分布，从而增加载流子的扩展。
3.本发明的GaN基发光二极管外延片中，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层使用纯H2生长，可以大幅度提升晶格质量和表面平整度，由于P型掺杂Mg原子容易形成Mg-H络合物，所以导致产生的空穴浓度低，Mg-H络合物可以与CO2反应使Mg-H键断裂，H原子与O原子生成H2O排出，既提升了晶格质量，又避免了形成Mg-H络合物影响空穴浓度。
附图说明
图1是本发明一实施例中GaN基发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明一实施例中P型半导体层的结构示意图；
图3是本发明一实施例中P型半导体层的结构示意图；
图4是本发明一实施例中GaN基发光二极管外延片的制备方法流程图。
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，下面对本发明作进一步地详细描述。
参考图1和图2，本发明公开了一种发光二极管外延片，包括衬底1和依次设于衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型半导体层7。
其中，P型半导体层7为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71。基于这种设置，O的电负性较强，有利于减少P型半导体材料中Ga空位的产生。C可以作为双性掺杂剂的存在，也可以减少Ga空位扩散，从而使得P型半导体层7的晶格质量更好，有利于提升高空穴浓度和表面平整度；在C、O共掺过程中，相当于一个退火过程，可以使得Mg原子的重新分布，减少缺陷，有效增加的空穴浓度和促进载流子的扩展，提升抗静电能力和发光效率。
具体的，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71中C的掺杂浓度为1×1016cm-3-8×1018cm-3，当C的掺杂浓度＜1×1016cm-3，难以有效减少Ga位空穴扩散；当C的掺杂浓度＞8×1018cm-3，空穴浓度过低，影响发光效率。示例性的，C的掺杂浓度为2×1016cm-3、4×1016cm-3、6×1016cm-3、8×1016cm-3、1×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3、8×1017cm-3、2×1018cm-3或4×1018cm-3，但不限于此。优选的，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71中C的掺杂浓度为5×1017cm-3-5×1018cm-3。
其中，O的掺杂浓度为8×1016cm-3-3×1018cm-3，当O的掺杂浓度＜8×1016cm-3，难以有效减少P型半导体材料中Ga空位的产生，当O的掺杂浓度＞3×1018cm-3，制备成本较高。示例性的，O的掺杂浓度为1×1017cm-3、3×1017cm-3、5×1017cm-3、7×1017cm-3、9×1017cm-3、1×1018cm-3或2×1018cm-3，但不限于此。优选的，O的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3。
具体的，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71的P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3-5×1020cm-3，当Mg的掺杂浓度＜5×1017cm-3，空穴浓度低，影响发光效率；当Mg的掺杂浓度＞5×1020cm-3，会导致晶格质量下降，缺陷增多，影响抗静电能力。示例性的，Mg的掺杂浓度为6×1017cm-3、8×1017cm-3、1×1018cm-3、2×1018cm-3、4×1018cm-3、6×1018cm-3、8×1018cm-3、1×1019cm-3、2×1019cm-3、4×1019cm-3、6×1019cm-3、1×1020cm-3或5×1020cm-3，但不限于此。优选的，Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1020cm-3。
其中，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71的厚度为1nm-80nm。当其厚度＜1nm，难以有效提高晶格质量、提高空穴浓度、提升发光效率；当其厚度＞80nm，会造成吸光。示例性的，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71的厚度为5nm、7nm、10nm、15nm、20nm、25nm、30nm、35nm、40nm、50nm、60nm、70nm或75nm，但不限于此。优选的，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71的厚度为5nm-50nm。
优选的，在本发明的一个实施例中，参考图1和图3，P型半导体层7还包括InN量子点层72，InN量子点层72设于电子阻挡层6和C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71之间。基于这种设置，InN量子点层72与C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71接触紧密，In原子很容易渗入C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71，降低Mg的激活能，从而增加空穴浓度；通过扩散的方式使得In原子进入C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71中，比直接掺杂能得到更好的晶格质量，并且In组分布均匀，使得载流子分布更加均匀，增加载流子的扩展；InN量子点层72还可以作为表面活化剂，改变材料的表面能，提高C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71生长时Mg原子的迁移率，使得Mg原子均匀分布，从而增加载流子的扩展。
具体的，InN量子点层72中In组分的占比为0.05-0.6，当In组分的占比＜0.05，难以有效降低Mg的激活能；当In组分的占比＞0.6，会带来过多的缺陷，降低晶格质量。示例性的，In组分的占比为0.1、0.15、0.2、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5或0.55，但不限于此。优选的，InN量子点层72中In组分的占比为0.1-0.5。
InN量子点层72的厚度为0.5nm-7nm，当其厚度＜0.5nm，起不到激活Mg原子，均匀载流子的作用；当其厚度＞7nm，会导致晶格质量变差。示例性的，InN量子点层72的厚度为1nm、1.5nm、2nm、2.5nm、3nm、3.5nm、4nm、4.5nm、5nm、5.5nm或6nm，但不限于此。优选的，InN量子点层72的厚度为1nm-5nm。
其中，衬底1可为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，但不限于此。
其中，形核层2可为AlN层和/或AlGaN层，但不限于此。形核层2的厚度为20nm-100nm，示例性的为30nm、40nm、50nm、60nm、70nm、80nm或90nm，但不限于此。
其中，本征GaN层3的厚度300nm-800nm，示例性的为350nm、400nm、450nm、500nm、550nm、600nm、650nm、700nm或750nm，但不限于此。
其中，N型半导体层4的掺杂元素为Si，但不限于此。N型半导体层4的掺杂浓度为5×1018cm-3-1×1019cm-3，厚度为1μm-3μm。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，堆叠周期数3-15个。单个InGaN量子阱层的厚度为2nm-5nm，。单个GaN量子垒层的厚度为6nm-15nm＝。
其中，电子阻挡层6为AlcGa1-cN层和IndGa1-dN层交替生长的周期性结构，周期数为3-15；其中，c为0.05-0.2，d为0.1-0.5。电子阻挡层6的厚度为20nm-150nm。
相应的，参考图4，本发明还公开了一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，其用于制备上述的GaN基发光二极管外延片，其包括以下步骤：
S100：提供衬底；
具体的，该衬底为蓝宝石衬底、硅衬底、碳化硅衬底，但不限于此。优选的为蓝宝石衬底。
优选的，在本发明的一个实施例之中，将衬底加载至MOCVD中，在1000℃-1200℃、200torr-600torr、氢气气氛下退火5min-8min，以去除衬底表面的颗粒、氧化物等杂质。
S200：在衬底上生长形核层；
具体的，可采用MOCVD生长AlGaN层作为形核层，或采用PVD生长AlN层作为形核层，但不限于此。优选的，采用MOCVD生长AlGaN层，其生长温度为500℃-700℃，生长压力为200torr-400torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。
S300：在形核层上生长本征GaN层；
具体地，在MOCVD中生长本征GaN层，生长温度为1100℃-1150℃，生长压力为100torr-500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
S400：在本征GaN层上生长N型半导体层；
具体的，在MOCVD中生长N型半导体层，生长温度为1100℃-1150℃，生长压力为100torr-500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
S500：在N型半导体层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长InGaN量子阱层和GaN量子垒层，以形成多量子阱层。其中，InGaN量子阱层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为100torr-500torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMIn作为In源。其中，GaN量子垒层的生长温度为800℃-900℃，生长压力为100torr-500torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源。
S600：在多量子阱层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD中周期性生长AlcGa1-cN层和IndGa1-dN层，作为电子阻挡层。其中，AlcGa1-cN层层的生长温度900℃-1000℃，生长压力为100torr-500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。IndGa1-dN层的生长温度900℃-1000℃，生长压力为100torr-500torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TMGa作为Ga源。
S700：在电子阻挡层上生长P型半导体层；
具体的，在本发明的一个实施例中，S700包括：
S710：在电子阻挡层上生长InN量子点层；
具体的，在MOCVD中生长InN量子点层，其生长条件与本领域常见的InN层的生长条件相同。优选的，在本发明的一个实施例中，InN量子点层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为200torr-500torr，通入NH3作为N源，通入TMIn作为In源，生长时采用的载气为N2。采用较低的生长温度和较高的生长压力使得InN量子点层晶体质量更好；采用纯N2作为载气，有利于InN量子点层生长。
S720：在InN量子点层上生长C/O共掺杂的P型GaN薄膜层；
具体的，在本发明的一个实施例中，S720包括：
S721：在InN量子点层上生长P型GaN薄膜层；
具体的，在MOCVD中生长P型GaN薄膜层，生长温度为900℃-1000℃，生长压力为100torr-300torr，通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂Mg源，通入NH3作为N源，生长时采用的载气为H2。采用较高的生长温度和较低的生长压力，有利于提升晶格质量，并且有利于InN量子点层的填平；采用纯H2作为载气，有利于薄膜生长，并且薄膜层晶格质量和表面平整度更高。
S722：将P型GaN薄膜层退火得到C/O共掺杂的P型GaN薄膜层；
具体的，可在MOCVD中退火或转移至快速退火炉反应腔中退火。优选的，将P型GaN薄膜层转移至快速退火炉反应腔中退火，退火气氛为N2和CO2，其中N2的流量为5mL/min-30mL/min，CO2的流量为10mL/min-50mL/min，退火温度为500℃-800℃，退火压力为100torr-500torr，退火时间为3min-10min。对P型GaN薄膜进行C/O共掺杂处理，既提升了晶格质量，又避免了形成Mg-H络合物影响空穴浓度。
下面以具体实施例对本发明进行进一步说明：
实施例1
本实施例提供一种GaN基发光二极管外延片，参考图1和图2，其包括衬底1和依次设于衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型半导体层7。
其中，衬底1为蓝宝石衬底；形核层2为AlGaN层，其厚度为30nm；本征GaN层3的厚度400nm；N型半导体层4中Si的掺杂浓度为7×1018cm-3，其厚度为2μm。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，堆叠周期数为10个，单个InGaN量子阱层的厚度为3nm，单个GaN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为AlcGa1-cN层(c＝0.12)和IndGa1-dN层(d＝0.3)交替生长的周期性结构，其周期数为8，单个AlcGa1-cN层的厚度为6nm，单个IndGa1-dN层的厚度为6nm。
其中，P型半导体层7为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71，C的掺杂浓度为1×1018cm-3，O的掺杂浓度为2×1017cm-3，Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为7nm。
本实施例中GaN基发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
(1)提供衬底；将衬底加载至MOCVD中，在1120℃、400torr、氢气气氛下退火6min。
(2)在衬底上生长形核层；
具体的，采用MOCVD生长AlGaN层，生长温度为620℃，生长压力为250torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。
(3)在形核层上生长本征GaN层；
具体地，采用MOCVD生长本征GaN层，生长温度为1100℃，生长压力为250tor，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
(4)在本征GaN层上生长N型半导体层；
具体地，采用MOCVD生长N型半导体层，生长温度为1120℃，生长压力为150torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
(5)在N型半导体层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长量子阱层和量子垒层，得到多量子阱层；
其中，量子阱层的生长温度为750℃，生长压力为300torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMIn作为In源；其中，量子垒层的生长温度为820℃，生长压力为300torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源。
(6)在复合插入层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD中周期性生长AlcGa1-cN层和IndGa1-dN层，作为电子阻挡层。其中，AlcGa1-cN层的生长温度950℃，生长压力为250torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。IndGa1-dN层的生长温度950℃，生长压力为250torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TMGa作为Ga源。
(7)在电子阻挡层上生长P型半导体层；
(Ⅰ)在电子阻挡层上生长P型GaN薄膜层；
具体的，在MOCVD中生长P型GaN薄膜层，生长温度为900℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂Mg源，通入NH3作为N源，生长时采用的载气为H2。
(Ⅱ)将P型GaN薄膜层退火得到C/O共掺杂的P型GaN薄膜层；
具体的，将P型GaN薄膜层转移至快速退火炉反应腔中退火，退火气氛为N2和CO2，其中N2的流量为15mL/min，CO2的流量为20mL/min，退火温度为600℃，退火压力为300torr，退火时间为5min。
实施例2
本实施例提供一种GaN基发光二极管外延片，参考图1和图3，其包括衬底1和依次设于衬底1上的形核层2、本征GaN层3、N型半导体层4、多量子阱层5、电子阻挡层6和P型半导体层7。
其中，衬底1为蓝宝石衬底；形核层2为AlGaN层，其厚度为30nm；本征GaN层3的厚度400nm；N型半导体层4中Si的掺杂浓度为7×1018cm-3，其厚度为2μm。
其中，多量子阱层5为交替堆叠的InGaN量子阱层和GaN量子垒层，堆叠周期数为10个，单个InGaN量子阱层的厚度为3nm，单个GaN量子垒层的厚度为10nm。
其中，电子阻挡层6为AlcGa1-cN层(c＝0.12)和IndGa1-dN层(d＝0.3)交替生长的周期性结构，其周期数为8，单个AlcGa1-cN层的厚度为6nm，单个IndGa1-dN层的厚度为6nm。
其中，P型半导体层7包括依次层叠的InN量子点层72和C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71。其中，InN量子点层72中In组分的占比为0.2，InN量子点层72的厚度为3nm。其中，C/O共掺杂的P型GaN薄膜层71中C的掺杂浓度为1×1018cm-3，O的掺杂浓度为2×1017cm-3，Mg的掺杂浓度为5×1019cm-3，厚度为7nm。
本实施例中GaN基发光二极管外延片的制备方法包括以下步骤：
(1)提供衬底；将衬底加载至MOCVD中，在1120℃、400torr、氢气气氛下退火6min。
(2)在衬底上生长形核层；
具体的，采用MOCVD生长AlGaN层，生长温度为620℃，生长压力为250torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。
(3)在形核层上生长本征GaN层；
具体地，采用MOCVD生长本征GaN层，生长温度为1100℃，生长压力为250tor，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
(4)在本征GaN层上生长N型半导体层；
具体地，采用MOCVD生长N型半导体层，生长温度为1120℃，生长压力为150torr；生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，通入SiH4作为N型掺杂源；以H2和N2作为载气，通入TMGa作为Ga源。
(5)在N型半导体层上生长多量子阱层；
具体的，在MOCVD中周期性生长量子阱层和量子垒层，得到多量子阱层；
其中，量子阱层的生长温度为750℃，生长压力为300torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2作为载气，通入TEGa作为Ga源，通入TMIn作为In源；其中，量子垒层的生长温度为820℃，生长压力为300torr，生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以H2和N2作为载气，通入TEGa作为Ga源。
(6)在复合插入层上生长电子阻挡层；
具体的，在MOCVD中周期性生长AlcGa1-cN层和IndGa1-dN层，作为电子阻挡层。其中，AlcGa1-cN层的生长温度950℃，生长压力为250torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMAl作为Al源，通入TMGa作为Ga源。IndGa1-dN层的生长温度950℃，生长压力为250torr。生长时，在MOCVD反应室中通入NH3作为N源，以N2和H2作为载气，通入TMIn作为In源，通入TMGa作为Ga源。
(7)在电子阻挡层上生长P型半导体层；
(Ⅰ)在电子阻挡层上生长InN量子点层；
具体的，在MOCVD中生长InN量子点层，生长温度为750℃，生长压力为300torr，通入NH3作为N源，通入TMIn作为In源，生长时采用的载气为N2。
(Ⅱ)在InN量子点层上生长P型GaN薄膜层；
具体的，在MOCVD中生长P型GaN薄膜层，生长温度为900℃，生长压力为200torr。生长时，在MOCVD反应室中通入TEGa作为Ga源，通入CP2Mg作为P型掺杂Mg源，通入NH3作为N源，生长时采用的载气为H2。
(Ⅲ)将P型GaN薄膜层退火得到C/O共掺杂的P型GaN薄膜层；
具体的，将P型GaN薄膜层转移至快速退火炉反应腔中退火，退火气氛为N2和CO2，其中N2的流量为15mL/min，CO2的流量为20mL/min，退火温度为600℃，退火压力为300torr，退火时间为5min。
对比例1
本对比例提供一种GaN基发光二极管外延片，其与实施例1的区别在于，GaN基发光二极管外延片中P型半导体层为P型GaN层。相应的，在制备方法中，该层不设置退火步骤，其余均与实施例1相同。
将实施例1-2，对比例1所得的GaN基发光二极管外延片进行亮度、抗静电能力和表面粗糙度测试，具体测试方法如下：
(1)将外延片制备成10mil×24mil的垂直结构的芯片，测试其发光亮度；
(2)抗静电性能测试：在HBM(人体放电模型)模型下运用静电仪对基芯片的抗静电性能进行测试，测试芯片能承受反向6000V静电的通过比例。
(3)粗糙度：使用原子力显微镜(AFM，型号NanoScope MultiMode)进行表面粗糙度测试。
具体结果如下：
由表中可以看出，当将传统的GaN基发光二极管外延片(对比例1)变更为本发明中的GaN基发光二极管外延片结构时，亮度由192.3mW提升至194.3mW，抗静电能力由88.7提高至93.2，表面粗糙度由0.211nm减小至0.195nm，表明本发明在GaN基发光二极管外延片中设置C/O共掺杂的P型GaN薄膜层，可有效提升亮度，提高抗静电能力，降低表面粗糙度。
以上所述是发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种GaN基发光二极管外延片，包括衬底和依次设于所述衬底上的形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；其特征在于，所述P型半导体层为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层。
2.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层中C的掺杂浓度为5×1017cm-3-5×1018cm-3，O的掺杂浓度为1×1017cm-3-1×1018cm-3。
3.如权利要求1所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层的P型掺杂元素为Mg，Mg的掺杂浓度为5×1017cm-3-1×1020cm-3，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层的厚度为5nm-50nm。
4.如权利要求1～3任一项所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述P型半导体层还包括InN量子点层，所述InN量子点层设于所述电子阻挡层和所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层之间。
5.如权利要求4所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，所述InN量子点层中In组分的占比为0.1-0.5，所述InN量子点层的厚度为1nm-5nm。
6.一种GaN基发光二极管外延片的制备方法，用于制备如权利要求1-5任一项所述的GaN基发光二极管外延片，其特征在于，包括：
提供衬底，在所述衬底上依次生长形核层、本征GaN层、N型半导体层、多量子阱层、电子阻挡层和P型半导体层；所述P型半导体层为C/O共掺杂的P型GaN薄膜层。
7.如权利要求6所述的GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层的生长方法为：
通过MOCVD法生长P型GaN薄膜层，生长温度为900℃-1000℃，生长压力为100torr-300torr，生长时采用的载气为H2；
将所述P型GaN薄膜层在N2和CO2的气氛中进行退火，其中N2的流量为5mL/min-30mL/min，CO2的流量为10mL/min-50mL/min，退火温度为500℃-800℃，退火压力为100torr-500torr，退火时间为3min-10min。
8.如权利要求6或7所述的GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述P型半导体层还包括InN量子点层，所述InN量子点层设于所述电子阻挡层和所述C/O共掺杂的P型GaN薄膜层之间。
9.如权利要求8所述的GaN基发光二极管外延片的制备方法，其特征在于，所述InN量子点层的生长温度为700℃-800℃，生长压力为200torr-500torr，生长时采用的载气为N2。
10.一种GaN基发光二极管，其特征在于，包括如权利要求1-5任一项所述的GaN基发光二极管外延片。
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