一種發(fā)光二極管的外延片及其制作方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種發(fā)光二極管的外延片及其制作方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。該外延片包括襯底、生長(zhǎng)在襯底上的低溫緩沖層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層，從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層采用AlxGa1-xN生長(zhǎng)，0<x<0.3，從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層采用InzGa1-zN生長(zhǎng)，0<z<0.15，P型氮化鎵層直接生長(zhǎng)在多量子阱層上。本發(fā)明通過(guò)使靠近N型氮化鎵層的量子壘層勢(shì)壘較高，靠近P型氮化鎵層的量子壘層勢(shì)壘較低，在減小電子的溢流現(xiàn)象的同時(shí)可提高空穴的注入效率，使得更多的電子和空穴進(jìn)入量子阱層中復(fù)合，從而提高發(fā)光二極管內(nèi)量子效率。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種發(fā)光二極管的外延片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種發(fā)光二極管的外延片及其制作方法?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]GaN (氮化鎵)是第三代寬禁帶半導(dǎo)體材料的典型代表，其優(yōu)異的高熱導(dǎo)率、耐高溫、耐酸堿、高硬度等特性，使其被廣泛地應(yīng)用于制作藍(lán)、綠、紫外發(fā)光二極管。GaN基發(fā)光二極管通常包括外延片和設(shè)于外延片上的電極。
[0003]現(xiàn)有的一種GaN基半導(dǎo)體發(fā)光外延片，其包括襯底、以及依次生長(zhǎng)在襯底上的N型層、多量子阱層、電子阻擋層和P型層，其中，多量子阱的結(jié)構(gòu)是InGaN/GaN，其對(duì)載流子起限制作用，當(dāng)正向電流通過(guò)時(shí)，N型層中的電子和P型層中的空穴被限制在量子阱層中發(fā)光。電子阻擋層可以降低電子的溢流現(xiàn)象，從而提高載流子的注入效率，進(jìn)而提高發(fā)光二極
管的亮度。
[0004]在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題:
[0005]電子阻擋層在阻擋電子溢流的同時(shí)，也阻擋了空穴向量子阱中注入，導(dǎo)致發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率仍然較低，進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)光二極管的亮度的提高程度有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其制作方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、生長(zhǎng)在所述襯底上的低溫緩沖層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層，所述多量子阱層為超晶格結(jié)構(gòu)，所述超晶格結(jié)構(gòu)包括交替生長(zhǎng)的量子阱層和量子壘層，從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，0〈x〈0.3，從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0〈z〈0.15,所述P型氮化鎵層直接生長(zhǎng)在所述多量子阱層上。
[0008]優(yōu)選地，從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層采用AlxGa1J生長(zhǎng)，從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層中的Al組分含量固定不變或逐層升高或逐層降低。
[0009]優(yōu)選地，從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層中的In組分含量固定不變或逐層升高或逐層降低。
[0010]優(yōu)選地，所述多量子阱層的中間量子壘層的勢(shì)壘高度大于或等于所述從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度，所述中間量子壘層的勢(shì)壘高度小于或等于所述從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度，所述中間量子壘層為，除了所述從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層和所述從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層以外的量子壘層。[0011]進(jìn)一步地，所述中間量子壘層為AlxGahN層、InzGa1=N層或GaN層。
[0012]優(yōu)選地，所述多量子阱層的各量子阱層的厚度分別為2_3nm，各量子壘層的厚度分別為 10-20nm。
[0013]進(jìn)一步地，所述多量子阱層中的各量子壘層的厚度相等或不相等。
[0014]優(yōu)選地，所述量子阱層為InGaN層，且所述從所述量子壘層中In的組分含量小于各個(gè)量子阱層中In的組分含量。
[0015]可選地，所述多量子阱層中的各量子壘層有硅摻雜。
[0016]另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制作方法，所述方法包括:
[0017]提供一襯底；
[0018]在所述襯底上生長(zhǎng)低溫緩沖層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層，所述多量子阱層為超晶格結(jié)構(gòu)，所述超晶格結(jié)構(gòu)包括交替生長(zhǎng)的量子阱層和量子魚(yú)層，從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用AlxGa1J^生長(zhǎng)，0〈x〈0.3,從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0〈z〈0.15,所述P型氮化鎵層直接生長(zhǎng)在所述多量子阱層上。
[0019]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0020]通過(guò)將靠近N型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，提高了該量子壘層的勢(shì)壘高度，使電子減速，進(jìn)而減少電子溢流。將靠近P型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用InzGahN生長(zhǎng)，從而降低了對(duì)空穴的阻擋作用，提高了空穴的注入效率，最終使得有更多的電子和空穴被限制在量子阱中復(fù)合發(fā)光，從而提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0021]為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023]圖1a是圖1所示外延片中一種多量子阱層的部分能帶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖1b是圖1所示外延片中另一種多量子阱層的部分能帶結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025]圖2是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖3是本發(fā)明實(shí)施例三提供的一種發(fā)光二極管的外延片的制作方法的流程圖；
[0027]圖3a是實(shí)施例三提供的一種多量子阱層的生長(zhǎng)結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0028]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0029]實(shí)施例一
[0030]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，參見(jiàn)圖1，該外延片包括襯底1、生長(zhǎng)在襯底I上的低溫緩沖層2、非摻雜的氮化鎵層3、N型氮化鎵層4、多量子阱層5和P型氮化鎵層6，多量子阱層5為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)包括量子阱層51和量子壘層52(見(jiàn)圖1a和lb)，量子阱層51和量子壘層52交替生長(zhǎng)，其中，從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層52a采用AlxGa1J^生長(zhǎng)，0〈x〈0.3,從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層52b采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0<z<0.15，并且P型氮化鎵層6直接生長(zhǎng)在多量子阱層5上。
[0031]優(yōu)選地，多量子阱層的周期數(shù)為5-15，但是并不以此為限，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。量子壘層52a優(yōu)選為兩個(gè)或者三個(gè)，量子壘層52b優(yōu)選為一個(gè)或者兩個(gè)。
[0032]進(jìn)一步地，當(dāng)量子壘層52a(采用AlxGai_xN生長(zhǎng))為至少兩個(gè)時(shí)，至少兩個(gè)量子壘層52a中的Al組分含量可以固定不變或逐層升高或逐層降低；當(dāng)量子壘層52b(采用InzGa1=N生長(zhǎng))為至少兩個(gè)時(shí)，至少兩個(gè)量子壘層52b中的In組分含量可以固定不變或逐層升高或逐層降低。其中，含量固定不變即沿從N型氮化鎵層4至P型氮化鎵層6的方向X和Z的值不發(fā)生變化；含 量逐層升高或逐層降低即沿從N型氮化鎵層4至P型氮化鎵層6的方向X和Z的值逐層增大或逐層減小。
[0033]在本實(shí)施例中，多量子講層5還包括中間量子魚(yú)層52c,中間量子魚(yú)層52c的勢(shì)魚(yú)高度大于或等于量子壘層52b的勢(shì)壘高度，中間量子壘層52c的勢(shì)壘高度小于或等于量子壘層52a的勢(shì)壘高度，中間量子壘層52c為，除了從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層52a和從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層52b以外的量子壘層。量子壘層5a的勢(shì)壘高度較高，可以使電子進(jìn)行減速，減少電子溢流，從而使更多的電子集中到多量子阱中，量子壘層52b的勢(shì)壘高度較低，可以減小對(duì)空穴的阻力，有利于空穴的注入，最終可以使更多的電子和空穴在量子阱中復(fù)合發(fā)光。
[0034]進(jìn)一步地，中間量子壘層52c可以為AlxGa1J層、InzGa1=N層或GaN層。
[0035]更進(jìn)一步地，量子阱層51為InGaN層，且量子壘層52b中In的組分含量小于各個(gè)量子阱層51中In的組分含量，以保證量子壘層的禁帶寬度大于量子阱層的禁帶寬度。容易知道，量子阱層51采用InGaN生長(zhǎng)，但不限于有其他摻雜。
[0036]作為本實(shí)施例的一個(gè)示例,參見(jiàn)圖1a,多量子講層可以包括三個(gè)量子魚(yú)層52a、三個(gè)量子魚(yú)層52b以及二個(gè)量子魚(yú)層52c。量子魚(yú)層52a中Al組分含量和量子魚(yú)層52b中In組分含量均固定，從圖1a中可以看出，量子壘層52a的勢(shì)壘高度最高，并且三個(gè)量子壘層52a因Al組分含量均相等故勢(shì)壘高度相同；量子壘層52b的勢(shì)壘高度最低，并且三個(gè)量子壘層52b因In組分含量均相等故勢(shì)壘高度也相同；量子壘層52c的量子壘層的勢(shì)壘高度小于量子壘層52a的勢(shì)壘高度，量子壘層52c的勢(shì)壘高度大于量子壘層52b的勢(shì)壘高度。
[0037]作為本實(shí)施例的另一個(gè)示例，參見(jiàn)圖lb，多量子阱層可以包括三個(gè)量子壘層52a、三個(gè)量子壘層52c以及三個(gè)量子壘層52b。在這種結(jié)構(gòu)中，量子壘層52a中Al組分含量逐層降低、量子壘層52b中In組分含量逐層增加，從圖1b中可以看出，量子壘層52a的勢(shì)壘高度最高，并且三個(gè)量子壘層52a因Al組分含量逐層降低故勢(shì)壘高度也逐漸降低；量子壘層52b的勢(shì)壘高度最低，并且三個(gè)量子壘層52b中In組分含量逐層增加，因此勢(shì)壘高度逐漸降低；量子壘層52c的勢(shì)壘高度小于量子壘層52a的勢(shì)壘高度，量子壘層52c的勢(shì)壘高度大于量子壘層52b的勢(shì)壘高度。
[0038]容易知道，在滿足量子壘層52c的勢(shì)壘高度大于或者等于量子壘層52b的勢(shì)壘高度，且量子壘層52c的勢(shì)壘高度小于或者等于量子壘層52a的勢(shì)壘高度的前提下，上述舉例還可以是，量子壘層52a中Al組分含量固定、量子壘層52b中In組分含量逐層增加；或者是，量子壘層52a中Al組分含量逐層降低、量子壘層52b中In組分含量固定；或者是，量子壘層52a中Al組分含量逐層增加、量子壘層52b中In組分含量逐層降低；或者是，量子壘層52a中Al組分含量固定、量子壘層52b中In組分含量逐層降低；或者是，量子壘層52a中Al組分含量逐層增加、量子壘層52b中In組分含量固定。
[0039]其中，優(yōu)選為量子壘層52a中的Al組分含量逐層降低，量子壘層52b中的In組分含量逐層增加。在這種結(jié)構(gòu)中，量子壘層52a中Al組分含量由多變少，則多量子壘層的勢(shì)壘高度沿從N型氮化鎵層到P型氮化鎵層方向逐漸降低，有利于使從N氮化鎵型方向向量子阱層遷移的電子減速，減少溢流；量子壘層52b中的In由少變多，則多量子壘層的勢(shì)壘高度沿從P型氮化鎵層到N型氮化鎵層方向逐漸升高，有利于減少空穴從P型氮化鎵方向向量子阱遷移的阻力。
[0040]優(yōu)選地，多量子阱層5的各量子阱層的厚度為2_3nm，各量子壘層的厚度為10-20nm。由于采用InGaN生長(zhǎng)而成的量子阱層51的In容易擴(kuò)散，如果量子壘層52較薄，就不能很好地阻擋InGaN量子阱層51的In的擴(kuò)散，且可能造成InGaN量子阱層51間的耦合；量子壘層52的厚度過(guò)厚，空穴不易進(jìn)入到InGaN量子阱層51里，因此，限制量子壘層52的厚度，在阻擋量子阱層51的In擴(kuò)散的同時(shí)還能保證空穴容易進(jìn)入到量子阱層51里。此外，量子壘層52的厚度設(shè)置還會(huì)影響電子和空穴的遷移和晶體質(zhì)量。例如，量子壘層加厚時(shí)，雖然可以提高晶體質(zhì)量，但同時(shí)會(huì)增加對(duì)電子和空穴的阻擋作用，尤其是對(duì)空穴的阻擋，這會(huì)使得沒(méi)有足夠的電子和空穴在量子阱層中復(fù)合發(fā)光，從而會(huì)降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率；反之，量子壘層減薄時(shí)，又會(huì)使晶體質(zhì)量不好，導(dǎo)致抗靜電能量差，因此量子壘層的厚度需要控制在合適范圍。
[0041]進(jìn)一步地，多量子阱層5中的各量子壘層的厚度可以相等或者不相等。多量子阱層5中的各量子魚(yú)層可以有Si (娃)摻雜,摻雜Si的多量子講層有利于降低發(fā)光二極管的電阻。
[0042]可選地，襯底I包括但不限于藍(lán)寶石襯底。
[0043]可選地，低溫緩沖層2可以為氮化鎵、氮化鋁或鋁鎵氮等材料。
[0044]可選地，N型氮化鎵層4的上面可直接生長(zhǎng)多量子阱層5，也可插入其他緩沖層或應(yīng)力釋放層后再生長(zhǎng)多量子阱層5。在本實(shí)施例中，N型氮化鎵層4可以為Si摻雜的GaN層，但不限于Si摻雜，該N型GaN層可以為單層也可以為多層。
[0045]可選地，P型氮化鎵層6采用Mg (鎂)摻雜的GaN作為生長(zhǎng)材料，容易知道，本實(shí)施例中P型氮化鎵層6不限于Mg摻雜，P型氮化鎵層6可以為單層也可以為多層。
[0046]可選地，該外延片結(jié)構(gòu)還可以包括在P型氮化鎵層6上生長(zhǎng)的P型接觸層7。
[0047]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0048]通過(guò)將靠近N型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，提高了該量子壘層的勢(shì)壘高度，使電子減速，進(jìn)而減少電子溢流。將靠近P型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用InzGahN生長(zhǎng)，從而降低了對(duì)空穴的阻擋作用，提高了空穴的注入效率，最終使得有更多的電子和空穴被限制在量子阱中復(fù)合發(fā)光，從而提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。[0049]實(shí)施例二
[0050]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，本實(shí)施例的外延片的結(jié)構(gòu)與實(shí)施例一的外延片的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處在于，該外延片的多量子阱層5不包括中間量子壘層52c。
[0051]參見(jiàn)圖2，該外延片從下往上包括襯底1、低溫緩沖層2、非摻雜的氮化鎵層3、N型氮化鎵層4、多量子阱層5和P型氮化鎵層6，多量子阱層5為超晶格結(jié)構(gòu)，每個(gè)周期包括量子阱層51和量子壘層52，量子阱層51和量子壘層52交替生長(zhǎng)，其中，從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層52a采用AlxGa1^N生長(zhǎng)，0〈x〈0.3,從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層52b采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0<z<0.15，并且P型氮化鎵層6直接生長(zhǎng)在多量子阱層5上。
[0052]本實(shí)施例的外延片除了不包括中間量子壘層52c外，其他的結(jié)構(gòu)和特性均與實(shí)施例一相同，在此不再贅述。 [0053]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0054]通過(guò)將靠近N型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，提高了該量子壘層的勢(shì)壘高度，使電子減速，減少電子溢流。將靠近P型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，從而降低了對(duì)空穴的阻擋作用，提高了空穴的注入效率，最終使得有更多的電子和空穴被限制在量子阱中復(fù)合發(fā)光，從而提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。
[0055]實(shí)施例三
[0056]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制作方法，參見(jiàn)圖3，方法包括:
[0057]步驟301:提供一襯底；
[0058]可選地，在本實(shí)施例中，襯底包括但不限于藍(lán)寶石襯底。
[0059]在實(shí)現(xiàn)時(shí)，可以將襯底在1300°C的H2氣氛下進(jìn)行熱處理10分鐘，清潔表面。
[0060]步驟302:在襯底上依次生長(zhǎng)低溫緩沖層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵層；
[0061]可選地，在本實(shí)施例中，低溫緩沖層可以為氮化鎵層，也可以為氮化鋁層或者鋁鎵氮層。具體地，在550°C溫度下，在襯底表面生長(zhǎng)以GaN為材料的低溫緩沖層，其厚度為20_30nmo
[0062]具體地，生長(zhǎng)非摻雜的氮化鎵層可以是，將溫度升至1100°C，在低溫緩沖層上生長(zhǎng)一層厚度為3 ii m的非摻雜的GaN層，即高溫緩沖層。
[0063]可選地，N型氮化鎵層的上面可直接生長(zhǎng)多量子阱層，也可插入其他緩沖層或應(yīng)力釋放層后再生長(zhǎng)多量子阱層。在本實(shí)施例中，N型氮化鎵層可以硅摻雜的GaN層，但不限于Si摻雜，該N型GaN層可以為單層也可以為多層。具體地，在緩沖層上生長(zhǎng)一層厚度為2
的Si摻雜的GaN。容易知道，N型氮化鎵層不限于Si摻雜。
[0064]步驟303:在N型氮化鎵層上生長(zhǎng)多量子阱層，多量子阱層為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)包括交替生長(zhǎng)的量子阱層和量子壘層；
[0065]其中，多從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，0〈x〈0.3，從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0〈z〈0.15，并且P型氮化鎵層直接生長(zhǎng)在多量子阱層最上端的量子壘層上。
[0066]優(yōu)選地，多量子阱層的周期數(shù)為5-15，但是并不以此為限，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置。從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的量子壘層優(yōu)選為兩個(gè)或者三個(gè)，從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的量子壘層優(yōu)選為一個(gè)或者兩個(gè)。
[0067]進(jìn)一步地，當(dāng)從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的量子壘層(采用AlxGahN生長(zhǎng))為至少兩個(gè)時(shí)，至少兩個(gè)量子壘層中的Al組分含量可以固定或逐層升高或逐層降低；當(dāng)從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的量子壘層(采用InzGa1=N生長(zhǎng))為至少兩個(gè)時(shí)，至少兩個(gè)量子壘層中的In組分含量可以固定不變或逐層升高或逐層降低。其中，含量固定不變即沿從N型氮化鎵層至P型氮化鎵層的方向X和Z的值不發(fā)生變化；含量逐層升高或逐層降低即沿從N型氮化鎵層至P型氮化鎵層的方向X和Z的值逐漸增大或逐漸減小。
[0068]其中，優(yōu)選為從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層中的Al組分含量逐層降低，從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層中的In組分含量逐層增加。在這種結(jié)構(gòu)中，Al組分含量由多變少，則多量子壘層的勢(shì)壘高度沿從N型氮化鎵層到P型氮化鎵層方向逐漸降低，有利于使從N氮化鎵型方向向量子阱層遷移的電子減速，減少溢流；第二量子阱層的量子壘層中的In由少變多，則多量子壘層的勢(shì)壘高度沿從P型氮化鎵層到N型氮化鎵層方向逐漸升高，有利于減少空穴從P型氮化鎵方向向量子阱遷移的阻力。
[0069]更進(jìn)一步地，量子阱層為InGaN層，且量子壘層中In的組分含量均小于各個(gè)量子阱層中In的組分含量，以保證量子壘層的禁帶寬度大于量子阱層的禁帶寬度。容易知道，量子阱層采用InGaN生長(zhǎng)，但不限于有其他摻雜。
[0070]在本實(shí)施中，該外延片的多量子阱層5還包括中間量子壘層，即除了從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層和從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層以外的
量子壘層。
[0071]在本實(shí)施例中，中間量子壘層的勢(shì)壘高度小于或等于從N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度，大于或等于從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度。從N型氮化鎵層 一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度較高，可以使電子進(jìn)行減速，減少電子溢流，從而使更多的電子集中到多量子阱中，從P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度較低，可以減小對(duì)空穴的阻力，有利于空穴的注入，最終可以使更多的電子和空穴在量子阱中復(fù)合發(fā)光。
[0072]進(jìn)一步地，中間量子壘層的生長(zhǎng)可以為GaN層、InzGa1=N層或AlxGa^N層。
[0073]在其他實(shí)施例中，該外延片的多量子阱層5可以不包括中間量子壘層。
[0074]優(yōu)選地，多量子阱層的各量子阱層的厚度為2_3nm，各量子壘層的厚度為10-20nm。由于量子阱層的In會(huì)擴(kuò)散，如果量子壘層較薄，就不能很好地阻擋量子阱層的In的擴(kuò)散，且可能造成量子阱層間的耦合；量子壘層的厚度過(guò)厚，空穴不易進(jìn)入到量子阱層里，因此，限制量子壘層的厚度，在阻擋InGaN量子阱層的In擴(kuò)散的同時(shí)還能保證空穴容易進(jìn)入到量子阱層里。此外，量子壘層52的厚度設(shè)置還會(huì)影響電子和空穴的遷移和晶體質(zhì)量。例如，量子壘層加厚時(shí)，雖然可以提高晶體質(zhì)量，但同時(shí)會(huì)增加對(duì)電子和空穴的阻擋作用，尤其是對(duì)空穴的阻擋，這會(huì)使得沒(méi)有足夠的電子和空穴在量子阱層中復(fù)合發(fā)光，從而會(huì)降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率；反之，量子壘層減薄時(shí)，又會(huì)使晶體質(zhì)量不好，導(dǎo)致抗靜電能量差，因此量子壘層的厚度需要控制在合適范圍。
[0075]進(jìn)一步地，多量子阱層中的各量子壘層的厚度可以相等或者不相等。多量子阱層中的各量子魚(yú)層包括但不限于Si摻雜。摻雜Si有利于降低發(fā)光二極管的電阻。[0076]結(jié)合圖3a，例如，先在N型氮化鎵層上生長(zhǎng)四個(gè)多量子阱層即交替生長(zhǎng)四個(gè)量子阱層51、和量子壘層52a，再生長(zhǎng)兩個(gè)多量子阱層即交替生長(zhǎng)兩個(gè)量子阱層51和量子壘層52c，再生長(zhǎng)兩個(gè)多量子阱層即交替生長(zhǎng)兩個(gè)量子阱層51和量子壘層52b，進(jìn)而形成多量子阱層。其中，量子阱層均采用InGaN生長(zhǎng)，且各量子阱層中In的組分相同。量子壘層52a采用AlGaN生長(zhǎng)，其中Al的組分分別為25%，20%, 15%和10%。量子壘層52c采用GaN生長(zhǎng)，而量子壘層52b采用InGaN生長(zhǎng)，其中In的組分分別為5%和10%。各個(gè)量子阱層的厚度均為2.5nm，各個(gè)量子壘層的厚度可以為2_3nm。
[0077]需要說(shuō)明的是，該例中多量子阱層中的各量子阱層和量子壘層的層數(shù)僅為本實(shí)施例舉例，不作為對(duì)本發(fā)明的限制。
[0078]步驟304:在多量子阱層的最后一個(gè)量子壘層上生長(zhǎng)P型氮化鎵層；
[0079]可選地，P型氮化鎵層采用Mg (鎂)摻雜的GaN作為生長(zhǎng)材料，容易知道，本實(shí)施例中P型氮化鎵層不限于Mg摻雜，也可采用其他摻雜，P型氮化鎵層可以為單層也可以為多層。具體地，在多量子阱層的最后一個(gè)量子壘層上生長(zhǎng)P型鎂摻雜的GaN，其厚度約為300nmo
[0080]在本實(shí)施例中，該方法還包括步驟305:在P型氮化鎵層上生長(zhǎng)P型接觸層。
[0081]需要說(shuō)明的是，在具體實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明實(shí)施例可以采用高純4或者隊(duì)作為載氣，采用TMGa、TMA1, 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(jī)化學(xué)氣相沉積設(shè)備或者其他設(shè)備完成外延片生長(zhǎng)。
[0082]本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來(lái)的有益效果是:
[0083]通過(guò)將靠近N型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，提高了該量子壘層的勢(shì)壘高度，使電子減速，減少電子溢流。將靠近P型氮化鎵層的多量子阱層中至少一個(gè)量子壘層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，從而降低了對(duì)空穴的阻擋作用，提高了空穴的注入效率，最終使得有更多的電子和空穴被限制在量子阱中復(fù)合發(fā)光，從而提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率。
[0084]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)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(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底、生長(zhǎng)在所述襯底上的低溫緩沖層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層，所述多量子阱層為超晶格結(jié)構(gòu)，所述超晶格結(jié)構(gòu)包括交替生長(zhǎng)的量子阱層和量子壘層，其特征在于， 從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用AlxGahN生長(zhǎng)，0〈x〈0.3,從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0〈z〈0.15,所述P型氮化鎵層直接生長(zhǎng)在所述多量子阱層上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層采用AlxGahN生長(zhǎng)，從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層中的Al組分含量固定不變或逐層升高或逐層降低。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少兩個(gè)量子壘層中的In組分含量固定不變或逐層升高或逐層降低。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱層的中間量子壘層的勢(shì)壘高度大于或等于所述從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度，所述中間量子壘層的勢(shì)壘高度小于或等于所述從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層的勢(shì)壘高度，所述中間量子壘層為，除了所述從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層和所述從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子壘層以外的量子壘層。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的外延片，其特征在于，所述中間量子壘層為AlxGahN層、InzGa1=N 層或 GaN 層。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱層的各量子阱層的厚度分別為2?3nm，各量子壘層的厚度分別為10?20nm。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述多量子阱層中的各量子壘層的厚度相等或不相等。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述量子阱層為InGaN層，且所述量子壘層中In的組分含量小于各個(gè)量子阱層中In的組分含量。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述多量子阱層中的各量子壘層有娃摻雜。
10.一種發(fā)光二極管的外延片的制作方法，所述方法包括: 提供一襯底； 在所述襯底上生長(zhǎng)低溫緩沖層、非摻雜的氮化鎵層、N型氮化鎵層、多量子阱層和P型氮化鎵層，所述多量子阱層為超晶格結(jié)構(gòu)，所述超晶格結(jié)構(gòu)包括交替生長(zhǎng)的量子阱層和量子壘層，其特征在于， 從所述N型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用AlxGahN生長(zhǎng)，0〈x〈0.3,從所述P型氮化鎵層一側(cè)開(kāi)始的至少一個(gè)量子魚(yú)層采用InzGa1=N生長(zhǎng)，0〈z〈0.15,所述P型氮化鎵層直接生長(zhǎng)在所述多量子阱層上。
【文檔編號(hào)】H01L33/06GK103681985SQ201310593671
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2013年11月21日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月21日
【發(fā)明者】劉華容, 魏世禎, 謝文明 申請(qǐng)人:華燦光電(蘇州）有限公司