專利名稱：一種藍綠光二極管外延片及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及二極管技術領域，特別涉及一種藍綠光二極管外延片及其制造方法。
背景技術：
LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管)芯片為半導體晶片，是LED的核心組件。LED芯片包括GaN基的外延片、以及在外延片上制作的電極?，F(xiàn)有的外延片包括襯底層、以及依次覆蓋在襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型層。其中，多量子阱層是若干量子阱層和若干量子壘層交替形成的一個復合層。復合層中與P型電子阻擋層接觸的一層是量子壘層。通常，量子壘層采用GaN作為生長材料，量子阱層采用InGaN作為生長材料，P型電子阻擋層采用Mg摻雜的 AlGaN作為生長材料。在實現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術至少存在以下問題P型電子阻擋層具有較高的勢壘，可以阻礙電子在電場的驅動下越過多量子阱層遷移到P型層，防止二極管漏電。由于多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層采用GaN作為生長材料，而覆蓋在其上的P型電子阻擋層采用AlGaN作為生長材料，因此很多電子都被阻擋在與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，很多空穴也在該層停留，進而使很多電子和空穴在該層復合，發(fā)出波長接近紫外波段的光，這樣會影響藍綠光二極管發(fā)光效率的提聞。

發(fā)明內容
為了解決現(xiàn)有技術的問題，本發(fā)明實施例提供了一種藍綠光二極管外延片及其制造方法。所述技術方案如下—方面，本發(fā)明實施例提供了一種藍綠光二極管外延片，所述外延片包括襯底層、以及依次覆蓋在所述襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型層；所述多量子阱層包括由若干量子壘層和若干量子阱層交替形成的復合層、以及覆蓋在所述復合層上的過渡層；所述復合層中與所述過渡層接觸的一層為所述量子阱層?？蛇x地，所述過渡層采用GaN作為生長材料，并且所述過渡層的厚度小于所述量子壘層的厚度?？蛇x地，所述過渡層的組分從所述量子阱層的生長材料漸變到所述P型電子阻擋層的生長材料。可選地，所述P型電子阻擋層采用P型摻雜的AlxGahN作為生長材料，所述過渡層采用AlyGa1J作為生長材料，O < y彡X < I。另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種藍綠光二極管外延片的制造方法，所述方法包括依次在襯底層上生長緩沖層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型層；所述生長所述多量子阱層，包括在所述N型層上交替生長若干量子阱層和若干量子壘層形成復合層、以及在所述復合層上生長過渡層；所述復合層中與所述過渡層接觸的一層為所述量子阱層?？蛇x地，所述過渡層采用GaN作為生長材料，并且所述過渡層的厚度小于所述量
子壘層的厚度?？蛇x地，所述過渡層的組分從所述量子阱層的生長材料漸變到所述P型電子阻擋層的生長材料?？蛇x地，所述P型電子阻擋層采用P型摻雜的AlxGahN作為生長材料，所述過渡層采用AlyGa1J作為生長材料，O < y彡X < I。本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層·復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本發(fā)明實施例一提供的一種藍綠光二極管外延片的結構示意圖；圖2是本發(fā)明實施例一提供的一種藍綠光二極管外延片多量子阱層和P型電子阻擋層的能帶圖；圖3是本發(fā)明實施例三提供的一種藍綠光二極管外延片多量子阱層和P型電子阻擋層的能帶圖；圖4是本發(fā)明實施例五提供的一種藍綠光二極管外延片多量子阱層和P型電子阻擋層的能帶圖；附圖中各部分標號如下I襯底層，2緩沖層，3N型層，4多量子阱層，5P型電子阻擋層，6P型層，a量子壘層，b量子阱層，c過渡層。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。實施例一參見圖I，本發(fā)明實施例一提供了一種藍綠光二極管外延片，該外延片包括襯底層I、以及依次覆蓋在襯底層I上的緩沖層2、N型層3、多量子阱層4、P型電子阻擋層5和P型層6。其中，襯底層I包括但不限于藍寶石襯底層。其中，結合圖2，多量子阱層4包括由若干量子壘層a和若干量子阱層b交替形成的復合層、以及覆蓋在復合層上的過渡層C。復合層中與過渡層c接觸的一層是量子阱層b。量子壘層a是采用GaN作為生長材料，量子阱層b是采用InGaN作為生長材料。過渡層c也是采用GaN作為生長材料，但過渡層c的厚度小于所述量子壘層的厚度。其中，P型電子阻擋層5是采用Mg摻雜的AlxGahN作為生長材料，O < x < I。容易知道，在本實施例中，P型電子阻擋層5也可以采用其它摻雜，并不限于Mg摻雜。圖2為本發(fā)明實施例一提供的一種藍綠光二極管外延片多量子阱層4和P型電子阻擋層5的能帶圖。從圖2可以看出，過渡層c是多量子阱層4中與P型電子阻擋層5接觸的一層，過渡層c的厚度較小，因而可有效減少被阻擋在過渡層c的電子數(shù)，同時也減少了在該層的空穴數(shù)，從而減少了電子和空穴在該層的復合。需要說明的是，在本實施例中，緩沖層2包括低溫緩沖層、以及覆蓋在低溫緩沖層上的高溫緩沖層。但是這并不作為對本發(fā)明的限制，緩沖層2也可以只包括其中任意一個緩沖層。
本發(fā)明實施例一提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用厚度小于量子壘層的過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。實施例二本發(fā)明實施例二提供了一種藍綠光二極管外延片的制造方法，適用于實施例一提供的一種藍綠光二極管外延片，該方法包括201 :在襯底層I上生長緩沖層2。具體地，緩沖層2的生長包括低溫緩沖層的生長和高溫緩沖層生長。先在625°C溫度下，在襯底層I上生長一層厚度為30nm的非摻雜的GaN，此為低溫緩沖層。然后，將溫度升至1220°C，在低溫緩沖層上生長一層厚度為3μπι的非摻雜的GaN，此為高溫緩沖層。至此，緩沖層2的生長完成。容易知道，在該步驟之前，該方法還包括清潔襯底層I表面。具體地，可以將襯底層I在1300°C H2氣氛下進行熱處理10分鐘，以清潔表面。202:生長 N 型層 3。具體地，在緩沖層2上生長一層厚度為2 μ m的Si摻雜的GaN。容易知道，N型層3也可以采用其它摻雜，并不限于Si摻雜。203 :生長多量子阱層4。具體地，先在N型層3上交替生長五個量子阱層b和五個量子壘層a，形成復合層。量子阱層b的厚度可以為2. 5nm,采用InGaN作為生長材料，生長溫度為815°C。量子壘層a的厚度可以為12nm，采用GaN作為生長材料，生長溫度為920°C。生長完成后，在復合層上生長一層厚度為5nm的過渡層C，采用GaN作為生長材料，生長溫度為920°C。其中，過渡層c的厚度小于量子壘層a的厚度，5nm在此僅為舉例。需要說明的是，量子阱層b和量子壘層a的層數(shù)在此僅為舉例，并不作為對本發(fā)明的限制，其可以根據(jù)實際需要設置。204 :生長P型電子阻擋層5。具體地，在多量子阱層4上生長一層厚度為30nm的Mg摻雜的AlxGa^N, O < x < I，生長溫度為920°C。
容易知道，在本實施例中，P型電子阻擋層5也可以采用其它摻雜，并不限于Mg摻雜。205:生長 P 型層 6。在P型電子阻擋層5上生長一層厚度為300nm的P型摻雜的GaN。在具體實現(xiàn)中，本發(fā)明實施例二可以采用高純H2和N2作為載氣，采用TMGa、TMAl、TMIn和NH3分別作為Ga源、Al源、In源和N源，采用分別SiH4和Cp2Mg作為N型和P型摻雜劑，采用金屬有機化學氣相沉積設備或者其他設備完成外延片生長。外延片的生長完成后，按照現(xiàn)有技術將外延片加工成LED芯片。經(jīng)LED芯片測試，測試電流20mA，單顆小芯片光輸出功率為24. 4mW，工作電壓3. 03V。而采用現(xiàn)有藍綠光二極管外延片制成的單顆小芯片的工作電壓為3. 10V，亮度為23. 5mW。從數(shù)據(jù)對比中，可以看出本發(fā)明實施例二提供的一種藍綠光二極管外延片的制造方法生長出的外延片制成芯片后，芯片的工作電壓和輸出功率提高了。 本發(fā)明實施例二提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用厚度小于量子壘層的過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。實施例三本發(fā)明實施例三提供了一種藍綠光二極管外延片，該外延片的結構與實施例一中的外延片的結構基本相同，不同之處在于，結合圖3，過渡層c的組分從量子阱層b的生長材料漸變到P型電子阻擋層5的生長材料。也就是說，過渡層c的組分中量子阱層b的生長材料所占的比例逐漸減少，P型電子阻擋層5的生長材料所占的比例逐漸增多，過渡層c的組分從全部為量子阱層b的生長材料逐步變成全部是P型電子阻擋層5的生長材料。圖3為本發(fā)明實施例三提供的一種藍綠光二極管外延片多量子阱層4和P型電子阻擋層5的能帶圖。從圖3可以看出，過渡層c是多量子阱層4中與P型電子阻擋層5接觸的一層，過渡層c的勢壘高度是逐漸增加的，電子和空穴不容易在上面停留，從而減少了在該層復合的電子和空穴。本發(fā)明實施例三提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用組分從量子阱層的生長材料漸變到P型電子阻擋層的生長材料的過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。實施例四本發(fā)明實施例四提供了一種藍綠光二極管外延片的制造方法，適用于實施例三提供的一種藍綠光二極管外延片，該方法包括401 :在襯底層I上生長緩沖層2 ；402:生長 N 型層 3;403 :生長多量子講層4 ；404 :生長P型電子阻擋層5 ；405:生長 P 型層 6。
其中，步驟403包括先在N型層3上交替生長五個量子阱層b和五個量子壘層a，形成復合層。生長完成后，在復合層上生長一層厚度為15nm的過渡層C，組分從量子阱層b的生長材料漸變到P型電子阻擋層6的生長材料，也就是說，過渡層c的組分中量子阱層b的生長材料所占的比例逐漸減少，P型電子阻擋層5的生長材料所占的比例逐漸增多，過渡層c的組分從全部為量子阱層b的生長材料逐步變成全部是非摻雜的P型電子阻擋層5的生長材料。具體地，過渡層c的組分變化通過調節(jié)Ga源、Al源、In源和N源的比例實現(xiàn)。需要說明的是，量子阱層b和量子壘層a的層數(shù)、以及過渡層c的厚度在此僅為舉例，并不作為對本發(fā)明的限制，其可以根據(jù)實際需要設置。其中，步驟401 402、步驟403中形成復合層的方法、步驟404 405分別與實施例二所述的步驟20f202、步驟203中形成復合層的方法、步驟20Γ205相同，在此不再詳述。 外延片的生長完成后，按照現(xiàn)有技術將外延片加工成LED芯片。經(jīng)LED芯片測試，測試電流20mA，單顆小芯片光輸出功率為24. 8mW，工作電壓3. 02V。而采用現(xiàn)有藍綠光二極管外延片制成的的單顆小芯片的工作電壓為3. 10V，亮度為23. 5mW。從數(shù)據(jù)對比中，可以看出本發(fā)明實施例四提供的一種藍綠光二極管外延片的制造方法生長出的外延片制成芯片后，芯片的工作電壓和輸出功率提高了。本發(fā)明實施例四提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用組分從量子阱層的生長材料漸變到P型電子阻擋層的生長材料的過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。實施例五本發(fā)明實施例五提供了一種藍綠光二極管外延片,該外延片的結構與實施例一中的外延片的結構基本相同，不同之處在于，結合圖4，過渡層c采用AlyGai_yN作為生長材料，
O < y ^ X < I ο圖4為本發(fā)明實施例五提供的一種藍綠光二極管外延片多量子阱層4和P型電子阻擋層5的能帶圖。從圖4可以看出，過渡層c (圖中的虛線部分)是多量子阱層4中與P型電子阻擋層5接觸的一層，過渡層c的勢壘高度較高，可以減少電子在該層的停留，同時也減少了在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴。本發(fā)明實施例五提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用生長材料為AlGaN的過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。實施例六本發(fā)明實施例六提供了一種藍綠光二極管外延片的制造方法，適用于實施例五提供的一種藍綠光二極管外延片，該方法包括601 :在襯底層I上生長緩沖層2 ；602:生長 N 型層 3;603 :生長多量子講層4 ；
604 :生長P型電子阻擋層5 ；605:生長 P 型層 6。其中，步驟603包括先在N型層3上交替生長五個量子阱層b和五個量子壘層a，形成復合層。生長完成后，在復合層上生長一層厚度為15nm的過渡層C，采用AlyG&1_yN作為生長材料，O < y ^ X < 1，生長溫度為920°C。需要說明的是，量子阱層b和量子壘層a的層數(shù)、以及過渡層c的厚度在此僅為舉例，并不作為對本發(fā)明的限制，其可以根據(jù)實際需要設置。其中，步驟60廣602、步驟603中形成復合層的方法、步驟60Γ605分別與實施例二所述的步驟20f202、步驟203中形成復合層的方法、步驟20Γ205相同，在此不再詳述。外延片的生長完成后，按照現(xiàn)有技術將外延片加工成LED芯片。經(jīng)LED芯片測試，測試電流20mA，單顆小芯片光輸出功率為24. 5mW，工作電壓3. 05V。而采用現(xiàn)有藍綠光二極 管外延片制成的的單顆小芯片的工作電壓為3. 10V，亮度為23. 5mW。從數(shù)據(jù)對比中，可以看出本發(fā)明實施例六提供的一種藍綠光二極管外延片的制造方法生長出的外延片制成芯片后，芯片的工作電壓和輸出功率提高了。本發(fā)明實施例六提供的技術方案帶來的有益效果是通過采用生長材料為AlGaN的過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。上述本發(fā)明實施例序號僅僅為了描述，不代表實施例的優(yōu)劣。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種藍綠光二極管外延片，所述外延片包括襯底層、以及依次覆蓋在所述襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型層，其特征在于，所述多量子阱層包括由若干量子壘層和若干量子阱層交替形成的復合層、以及覆蓋在所述復合層上的過渡層；所述復合層中與所述過渡層接觸的一層為所述量子阱層。
2.根據(jù)權利要求I所述的外延片，其特征在于，所述過渡層采用GaN作為生長材料，并且所述過渡層的厚度小于所述量子壘層的厚度。
3.根據(jù)權利要求I所述的外延片，其特征在于，所述過渡層的組分從所述量子阱層的生長材料漸變到所述P型電子阻擋層的生長材料。
4.根據(jù)權利要求I所述的外延片，其特征在于，所述P型電子阻擋層采用P型摻雜的AlxGa^N作為生長材料，所述過渡層采用AlyGa^N作為生長材料，O < y彡x < I。
5.一種藍綠光二極管外延片的制造方法，所述方法包括依次在襯底層上生長緩沖層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型層，其特征在于，所述生長所述多量子阱層，包括 在所述N型層上交替生長若干量子阱層和若干量子壘層形成復合層、以及在所述復合層上生長過渡層；所述復合層中與所述過渡層接觸的一層為所述量子阱層。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述過渡層采用GaN作為生長材料，并且所述過渡層的厚度小于所述量子壘層的厚度。
7.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述過渡層的組分從所述量子阱層的生長材料漸變到所述P型電子阻擋層的生長材料。
8.根據(jù)權利要求5所述的方法，其特征在于，所述P型電子阻擋層采用P型摻雜的AlxGa^N作為生長材料，所述過渡層采用AlyGa^N作為生長材料，O < y彡x < I。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種藍綠光二極管外延片，屬于二極管技術領域。所述外延片包括襯底層、以及依次覆蓋在所述襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層和P型層；所述多量子阱層包括由若干量子壘層和若干量子阱層交替形成的復合層、以及覆蓋在所述復合層上的過渡層；所述復合層中與所述過渡層接觸的一層為所述量子阱層。本發(fā)明通過將過渡層替換現(xiàn)有外延片多量子阱層中與P型電子阻擋層接觸的量子壘層，減少了被阻擋在該層的電子數(shù)，同時也減少了停留在該層的空穴數(shù)，從而減少了在該層復合的電子和空穴，減少了發(fā)出波長接近紫外波段的光，最終提高了藍綠光二極管的發(fā)光效率。
文檔編號H01L33/12GK102931302SQ20121039426
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者吳克敏, 魏世禎 申請人:華燦光電股份有限公司