CN116565098B - 氮化镓发光二极管外延片及其生长工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及半导体技术领域，具体公开一种氮化镓发光二极管外延片及其生长工艺，该生长工艺包括：提供衬底；在衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；其中，P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，第一复合层包括第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层包括第二P型GaN层及第二阶梯保护层；第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层；第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层。有效确保对GaN材料进行高浓度Mg掺杂及高温退火后仍然能够形成高质量晶体，提升发光效率。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种氮化镓发光二极管外延片及其生长工艺。
背景技术
现有氮化镓发光二极管的外延片，通常包括依次层叠的衬底、缓冲层、N型GaN层、多量子阱层、电子阻挡层及P型GaN层，其中，主要的发光来源为多量子阱层，空穴来源于P型GaN层的Mg电离，在GaN的p型掺杂中，Mg受激活率低的限制，需要采用较高的掺杂浓度（通常大于1.0×1019/cm3），并提高退火激活温度（通常控制在1000℃以上），来提升Mg激活率，然而，这种方法会使GaN材料表面产生分解，对材料造成损伤，降低发光效率。
发明内容
本发明的目的在于针对已有的技术现状，提供一种氮化镓发光二极管外延片及其生长工艺，本发明的生长工艺经由第一阶梯保护层与第二阶梯保护层有效抑制GaN材料在高温退火过程中的分解现象，提升外延片的晶格质量，提升电子与空穴的有效复合效率，确保对GaN材料进行高浓度Mg掺杂及高温退火后仍然能够形成高质量晶体，提升发光效率。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一方面，本发明提供一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，所述P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，所述第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，所述第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
所述第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层；
所述第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层。
在一些优选的实施例中，所述第一AlN子层、所述Ga2O3子层及所述BN子层之间的厚度比为1：（1~10）：（1~15）；
所述第二AlN子层、所述SiO2子层及所述Si3N4子层之间的厚度比为1：（1~10）：（1~15）。
在一些优选的实施例中，所述第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层；
关闭Mo源，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入N2、NH3或N2/NH3中的任意一种，反应时间10s~30s；
沉积第一阶梯保护层；
和/或，所述第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层；
关闭Mo源，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入N2、NH3或N2/NH3中的任意一种，反应时间10s~30s；
沉积第二阶梯保护层。
在一些优选的实施例中，所述沉积第一P型GaN层及所述沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，所述沉积第二P型GaN层及所述沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2。
在一些优选的实施例中，所述第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞所述第二P型GaN层的Mg掺杂浓度。
在一些优选的实施例中，所述第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为2.3×1020cm-3~4.1×1020cm-3，所述第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为4.8×1019cm-3~7.8×1019cm-3。
在一些优选的实施例中，所述第一P型GaN层及所述第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且所述第一P型GaN层及所述第二P型GaN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为150torr~220torr。
在一些优选的实施例中，所述第一P型GaN层的Ga源为TEGa，所述第二P型GaN层的Ga源为TMGa。
在一些优选的实施例中，所述第一P型GaN层的厚度为60nm~120nm，所述第一阶梯保护层的厚度为20nm~40nm，所述第二P型GaN层的厚度为4nm~15nm，所述第二阶梯保护层的厚度为150nm~210nm。
另一方面，本发明还提供一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
本发明的有益效果在于：
本发明中，将P型层设置为第一复合层及第二复合层，其中，第一复合层设有第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层设有第二P型GaN层及第二阶梯保护层，在高温退火过程中，通过第一阶梯保护层对第一P型GaN层进行保护，通过第二阶梯保护层对第二P型GaN层进行保护，其次，第一阶梯保护层为由第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层组成的复合层，能够减少位错通道，提高层与层之间的晶体质量，降低电子迁移率，并减少Mg受激活后进行的非辐射复合，第二阶梯保护层为由第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层组成的复合层，其中，第二AlN子层可以阻挡电子溢流，间接使得Mg激活所产生的空穴能够更多的参与有效复合效率，SiO2子层和Si3N4子层能够阻挡位错线的延伸，减少缺陷的产生，进而使得后续的应力得以释放，由此经由第一阶梯保护层与第二阶梯保护层有效抑制GaN材料在高温退火过程中的分解现象，提升外延片的晶格质量，提升电子与空穴的有效复合效率，确保对GaN材料进行高浓度Mg掺杂及高温退火后仍然能够形成高质量晶体，提升发光效率。
附图说明
图1为本发明的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺的流程图。
图2为本发明的P型层的生长工艺的流程图。
图3为本发明的氮化镓发光二极管外延片的结构示意图。
图4为本发明的第一阶梯保护层的结构示意图。
图5为本发明的第二阶梯保护层的结构示意图。
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，下面对本发明作进一步地详细描述。
请参阅图1-图5所示，本发明公开一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
S100.提供衬底1，其中，衬底1可为硅衬底、碳化硅衬底、氮化镓衬底、蓝宝石衬底、图形化蓝宝石衬底中的任意一种；
S200.在衬底1上依次沉积缓冲层2、N型层3、多量子阱层4、电子阻挡层5及P型层6；
其中，P型层6包括沿外延方向依次层叠的第一复合层7及第二复合层8，第一复合层7包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层71及第一阶梯保护层72，第二复合层8包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层81及第二阶梯保护层82；
第一阶梯保护层72包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层721、Ga2O3子层722及BN子层723；
第二阶梯保护层82包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层821、SiO2子层822及Si3N4子层823。
本发明中，将P型层6设置为第一复合层7及第二复合层8，其中，第一复合层7设有第一P型GaN层71及第一阶梯保护层72，第二复合层8设有第二P型GaN层81及第二阶梯保护层82，在高温退火过程中，通过第一阶梯保护层72对第一P型GaN层71进行保护，通过第二阶梯保护层82对第二P型GaN层81进行保护，其次，第一阶梯保护层72为由第一AlN子层721、Ga2O3子层722及BN子层723组成的复合层，能够减少位错通道，提高层与层之间的晶体质量，降低电子迁移率，并减少Mg受激活后进行的非辐射复合，第二阶梯保护层82为由第二AlN子层821、SiO2子层822及Si3N4子层823组成的复合层，其中，第二AlN子层821可以阻挡电子溢流，间接使得Mg激活所产生的空穴能够更多的参与有效复合效率，SiO2子层822和Si3N4子层823能够阻挡位错线的延伸，减少缺陷的产生，进而使得后续的应力得以释放，由此经由第一阶梯保护层72与第二阶梯保护层82有效抑制GaN材料在高温退火过程中的分解现象，提升外延片的晶格质量，提升电子与空穴的有效复合效率，确保对GaN材料进行高浓度Mg掺杂及高温退火后仍然能够形成高质量晶体，提升发光效率。
其中，第一AlN子层721、Ga2O3子层722及BN子层723之间的厚度比为1：（1~10）：（1~15）；
第二AlN子层821、SiO2子层822及Si3N4子层823之间的厚度比为1：（1~10）：（1~15）。
示例性的，第一AlN子层721、Ga2O3子层722及BN子层723之间的厚度比为1：1：1、1：5：5、1：5：10或者1：10：15，但不限于此，第二AlN子层821、SiO2子层822及Si3N4子层823之间的厚度比为1：1：1、1：2：5、1：5：10、1：10：10或者1：10：15。
其中，参见图1至图2所示，步骤S200的具体步骤如下：
S210.在衬底1上沉积缓冲层2：
具体的，缓冲层2可为AlN缓冲层，高纯NH3作为N源，TMAl作为Al源，厚度为10nm~30nm，生长温度为1000℃~1100℃；
S220.在缓冲层2上沉积N型层3：
具体的，N型层3为N型GaN层，高纯NH3作为N源，TMGa和/或TEGa作为Ga源，SiH4作为N型掺杂剂，厚度为2μm~3μm，生长温度为1000℃~1100℃，Si的掺杂浓度为1.0×1019/cm3；
S230.在N型层3上沉积多量子阱层4：
具体的，多量子阱层4可为周期性交替堆叠的InGaN量子阱层及AlGaN量子垒层，周期数为6个~12个，生长温度为790℃~810℃，单层的InGaN量子阱层的厚度为2nm~3.5nm，单层的AlGaN量子垒层的厚度为9nm~12nm。
S240.在多量子阱层4上沉积电子阻挡层5：
具体的，电子阻挡层5为AlInGaN层，厚度为10nm~40nm，生长温度为900℃~1000℃；
S250.在电子阻挡层5上沉积P型层6，具体的：
S251.在电子阻挡层5上沉积第一复合层7；
S252.在第一复合层7上沉积第二复合层8。
其中，第一复合层7的生长步骤包括：
S2511.沉积第一P型GaN层71：
具体的，TMGa和/或TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
S2512.关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第一P型GaN层71的生长压力及生长温度，通入N2、NH3或N2/NH3中的任意一种，反应时间10s~30s；
S2513.沉积第一阶梯保护层72；
和/或，第二复合层8的生长步骤包括：
S2521.沉积第二P型GaN层81：
具体的，TMGa和/或TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
S2522.关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第二P型GaN层81的生长压力及生长温度，通入N2、NH3或N2/NH3中的任意一种，反应时间10s~30s；
S2523.沉积第二阶梯保护层82。
在第一复合层7及第二复合层8的生长过程中，通过步骤S2512及步骤S2522，可以增加Ga原子的析出，提高Mg的掺杂浓度，并提高界面之间的晶体质量，进一步提升空穴注入效率，提高发光效率。
其中，沉积第一P型GaN层71及沉积第一阶梯保护层72的过程中，生长气氛为N2，沉积第二P型GaN层81及沉积第二阶梯保护层82的过程中，生长气氛为H2，N2气氛生长可降低原子迁移速度，减少缺陷的产生，提供晶体质量，H2气氛生长可提高界面的原子迁移速度，提高界面清晰度，填补缺陷，提升晶体质量。
其中，第一P型GaN层71的Mg掺杂浓度＞第二P型GaN层81的Mg掺杂浓度，在保证充足的空穴产出的同时，确保P型层6具有高质量晶体。
其中，第一P型GaN层71的Mg掺杂浓度为2.3×1020cm-3~4.1×1020cm-3，第二P型GaN层81的Mg掺杂浓度为4.8×1019cm-3~7.8×1019cm-3，在保证充足的空穴产出的同时，确保P型层6具有高质量晶体，提高空穴注入效率，进一步提高发光效率。
其中，第一P型GaN层71及第二P型GaN层81的生长温度及生长压力保持一致，且第一P型GaN层71及第二P型GaN层81的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为150torr~220torr，示例性的，生长温度为950℃、980℃、1000℃或1100℃，但不限于此，生长温度过低，缺陷密度增加，生长温度过高，容易损伤材料层；示例性的，生长压力为150torr、180torr、200torr或220torr，但不限于此。
其中，第一P型GaN层71的Ga源为TEGa，第二P型GaN层81的Ga源为TMGa，由于第一P型GaN层71的厚度较大，且位于P型层6的最低层，第一P型GaN层71的Ga源采用TEGa能够提升第一P型GaN层71的晶体质量，TMGa的原子迁移速度大于TEGa的原子迁移速度，可以减少第二P型GaN层81的生长时间，减少生长时间成本，由此通过Ga源的切换设置实现在确保形成高质量晶体的同时减少生长成本。
其中，第一P型GaN层71的厚度为60nm~120nm，第一阶梯保护层72的厚度为20nm~40nm，第二P型GaN层81的厚度为4nm~15nm，第二阶梯保护层82的厚度为150nm~210nm，第一P型GaN层71的厚度较大，能够让电流扩散得更均匀，利于有效提升外延片的抗静电能力良率稳定性。
本发明还公开一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明：
实施例1
本实施例公开一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
提供图形化蓝宝石衬底；
在衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层；
第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层。
其中，第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层之间的厚度比为1：5：10；
第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层之间的厚度比为1：10：15。
其中，缓冲层为AlN缓冲层，N型层为N型GaN层，多量子阱层为周期性交替堆叠的InGaN量子阱层及AlGaN量子垒层，电子阻挡层为AlInGaN层。
其中，第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层：
具体的，TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第一阶梯保护层；
第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层：
具体的，TMGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第二阶梯保护层。
其中，沉积第一P型GaN层及沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，沉积第二P型GaN层及沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2，
其中，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞第二P型GaN层的Mg掺杂浓度，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为3.0×1020cm-3，第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为6.0×1019cm-3。
其中，第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。
其中，第一P型GaN层的厚度为80nm，第一阶梯保护层的厚度为30nm，第二P型GaN层的厚度为10nm，第二阶梯保护层的厚度为180nm。
本实施例还公开一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
实施例2
本实施例公开一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
提供图形化蓝宝石衬底；
在衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层；
第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层。
其中，第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层之间的厚度比为1：1：1；
第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层之间的厚度比为1：1：1。
其中，缓冲层为AlN缓冲层，N型层为N型GaN层，多量子阱层为周期性交替堆叠的InGaN量子阱层及AlGaN量子垒层，电子阻挡层为AlInGaN层。
其中，第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层：
具体的，TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第一阶梯保护层；
第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层：
具体的，TMGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第二阶梯保护层。
其中，沉积第一P型GaN层及沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，沉积第二P型GaN层及沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2，
其中，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞第二P型GaN层的Mg掺杂浓度，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为3.0×1020cm-3，第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为6.0×1019cm-3。
其中，第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。
其中，第一P型GaN层的厚度为80nm，第一阶梯保护层的厚度为30nm，第二P型GaN层的厚度为10nm，第二阶梯保护层的厚度为180nm。
本实施例还公开一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
实施例3
本实施例公开一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
提供图形化蓝宝石衬底；
在衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层；
第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层。
其中，第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层之间的厚度比为1：5：10；
第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层之间的厚度比为1：10：15。
其中，缓冲层为AlN缓冲层，N型层为N型GaN层，多量子阱层为周期性交替堆叠的InGaN量子阱层及AlGaN量子垒层，电子阻挡层为AlInGaN层。
其中，第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层：
具体的，TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第一阶梯保护层；
第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层：
具体的，TMGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第二阶梯保护层。
其中，沉积第一P型GaN层及沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，沉积第二P型GaN层及沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2，
其中，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞第二P型GaN层的Mg掺杂浓度，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为2.3×1020cm-3，第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为4.8×1019cm-3。
其中，第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。
其中，第一P型GaN层的厚度为120nm，第一阶梯保护层的厚度为40nm，第二P型GaN层的厚度为15nm，第二阶梯保护层的厚度为210nm。
本实施例还公开一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
对比例1
本对比例公开一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
提供图形化蓝宝石衬底；
在衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
第一阶梯保护层为第一AlN子层；
第二阶梯保护层为第二AlN子层。
其中，缓冲层为AlN缓冲层，N型层为N型GaN层，多量子阱层为周期性交替堆叠的InGaN量子阱层及AlGaN量子垒层，电子阻挡层为AlInGaN层。
其中，第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层：
具体的，TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第一阶梯保护层；
第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层：
具体的，TMGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第二阶梯保护层。
其中，沉积第一P型GaN层及沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，沉积第二P型GaN层及沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2，
其中，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞第二P型GaN层的Mg掺杂浓度，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为3.0×1020cm-3，第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为6.0×1019cm-3。
其中，第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。
其中，第一P型GaN层的厚度为80nm，第一阶梯保护层的厚度为1.9nm，第二P型GaN层的厚度为10nm，第二阶梯保护层的厚度为6.9nm。
本对比例还公开一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
对比例2
本对比例公开一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，包括：
提供图形化蓝宝石衬底；
在衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层及Ga2O3子层；
第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层及SiO2子层。
其中，第一AlN子层及Ga2O3子层之间的厚度比为1：5；
第二AlN子层及SiO2子层之间的厚度比为1：10。
其中，缓冲层为AlN缓冲层，N型层为N型GaN层，多量子阱层为周期性交替堆叠的InGaN量子阱层及AlGaN量子垒层，电子阻挡层为AlInGaN层。
其中，第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层：
具体的，TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第一阶梯保护层；
第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层：
具体的，TMGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
关闭Mo源，即关闭Ga源、N源及P型掺杂剂，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入NH3，反应时间15s；
沉积第二阶梯保护层。
其中，沉积第一P型GaN层及沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，沉积第二P型GaN层及沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2，
其中，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞第二P型GaN层的Mg掺杂浓度，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为3.0×1020cm-3，第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为6.0×1019cm-3。
其中，第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且第一P型GaN层及第二P型GaN层的生长温度为1000℃，生长压力为200torr。
其中，第一P型GaN层的厚度为80nm，第一阶梯保护层的厚度为11.3nm，第二P型GaN层的厚度为10nm，第二阶梯保护层的厚度为75.9nm。
本对比例还公开一种氮化镓发光二极管外延片，根据上述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
对比例3
本对比例与实施例1的不同之处在于：
第一复合层的生长步骤包括：
1）沉积第一P型GaN层：
具体的，TEGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
2）沉积第一阶梯保护层。
第二复合层的生长步骤包括：
1）沉积第二P型GaN层：
具体的，TMGa作为Ga源，高纯NH3作为N源，CP2Mg作为P型掺杂剂；
2）沉积第二阶梯保护层。
对比例4
本对比例与实施例1的不同之处在于，第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＜第二P型GaN层的Mg掺杂浓度。
第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为6.0×1019cm-3，第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为3.0×1020cm-3。
对比例5
本对比例与实施例1的不同之处在于，P型层为P型GaN层，生长温度为1000℃，生长压力为200torr，厚度为80nm。
光电性能测试：
测试方法：取实施例1~实施例3及对比例1~对比例4制得的外延片，做成芯片，随后进行光电性能测试，将实施例1~3及对比例1~对比例4所测得的亮度L1与对比例5所测得的亮度L2相比较，获取实施例1~实施例3及对比例1~~对比例4的光效提升率。
其中，光效提升率W的计算公式为：W=(L1-L2)/L2
实验结果如下：
实验结果表明，本发明的实施例1~实施例3相对于传统P型层（对比例5）在光效上有显著提升，对比实施例1及实施例2可见，第一阶梯保护层及第二阶梯保护层中，各子层的厚度配比会对光效提升造成影响，对比实施例1、对比例1及对比例2可见，第一阶梯保护层及第二阶梯保护层中，各子层之间的相互配合能够显著提升光效，对比实施例1与对比例3可见，在第一阶梯保护层、第二阶梯保护层生长之前，对第一P型GaN层、第二P型GaN层进行处理，能够提升光效，对比实施例1、实施例3与对比例4可见，第一P型GaN层、第二P型GaN层的厚度、Mg掺杂浓度，影响光效的提升效果。
以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。
Claims (8)
1.一种氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，包括：
提供衬底；
在所述衬底上依次沉积缓冲层、N型层、多量子阱层、电子阻挡层及P型层；
其中，所述P型层包括沿外延方向依次层叠的第一复合层及第二复合层，所述第一复合层包括沿外延方向依次层叠的第一P型GaN层及第一阶梯保护层，所述第二复合层包括沿外延方向依次层叠的第二P型GaN层及第二阶梯保护层；
所述第一阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第一AlN子层、Ga2O3子层及BN子层；
所述第二阶梯保护层包括沿外延方向依次层叠的第二AlN子层、SiO2子层及Si3N4子层；
所述第一AlN子层、所述Ga2O3子层及所述BN子层之间的厚度比为1：（1~10）：（1~15）；
所述第二AlN子层、所述SiO2子层及所述Si3N4子层之间的厚度比为1：（1~10）：（1~15）；
所述第一P型GaN层的Mg掺杂浓度＞所述第二P型GaN层的Mg掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，所述第一复合层的生长步骤包括：
沉积第一P型GaN层；
关闭Mo源，保持第一P型GaN层的生长压力及生长温度，通入N2、NH3或N2/NH3中的任意一种，反应时间10s~30s；
沉积第一阶梯保护层；
和/或，所述第二复合层的生长步骤包括：
沉积第二P型GaN层；
关闭Mo源，保持第二P型GaN层的生长压力及生长温度，通入N2、NH3或N2/NH3中的任意一种，反应时间10s~30s；
沉积第二阶梯保护层。
3.根据权利要求2所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，所述沉积第一P型GaN层及所述沉积第一阶梯保护层的过程中，生长气氛为N2，所述沉积第二P型GaN层及所述沉积第二阶梯保护层的过程中，生长气氛为H2。
4.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，所述第一P型GaN层的Mg掺杂浓度为2.3×1020cm-3~4.1×1020cm-3，所述第二P型GaN层的Mg掺杂浓度为4.8×1019cm-3~7.8×1019cm-3。
5.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，所述第一P型GaN层及所述第二P型GaN层的生长温度及生长压力保持一致，且所述第一P型GaN层及所述第二P型GaN层的生长温度为950℃~1100℃，生长压力为150torr~220torr。
6.根据权利要求5所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，所述第一P型GaN层的Ga源为TEGa，所述第二P型GaN层的Ga源为TMGa。
7.根据权利要求1所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺，其特征在于，所述第一P型GaN层的厚度为60nm~120nm，所述第一阶梯保护层的厚度为20nm~40nm，所述第二P型GaN层的厚度为4nm~15nm，所述第二阶梯保护层的厚度为150nm~210nm。
8.一种氮化镓发光二极管外延片，其特征在于，根据权利要求1至7任意一项所述的氮化镓发光二极管外延片的生长工艺制得。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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