本發(fā)明涉及半導體技術領域，特別涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。

背景技術：

發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)是一種能夠將電能有效轉化為光能的半導體器件，目前氮化鎵基LED受到越來越多的關注和研究。

GaN基LED的外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在藍寶石襯底上的GaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層(英文：Multiple Quantum Well，簡稱：MQW)、P型AlGaN層、P型GaN層。當有電流通過時，N型GaN層的電子和P型GaN層的空穴進入多量子阱層復合發(fā)光。

在實現本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現現有技術至少存在以下問題：

空穴的質量比電子大，遷移率和遷移速率都比電子低，而且P型GaN層中摻雜的Mg只有很少一部分可以活化，因此注入多量子阱層的空穴數量較少，電子在多量子阱層的數量偏多，容易產生溢流，減少電子和空穴的有效復合，降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

技術實現要素：

為了解決現有技術降低發(fā)光二極管的發(fā)光效率的問題，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片及其制備方法。所述技術方案如下：

一方面，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括藍寶石襯底、以及依次層疊在所述藍寶石襯底上的GaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層，所述多量子阱層由多個子層依次層疊而成，每個所述子層包括量子阱層和層疊在所述量子阱層上的量子壘層，所述P型AlGaN層和最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層內設有若干通孔，所述通孔從所述P型AlGaN層沿所述外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層，所述P型GaN層填充在通孔內。

可選地，所述通孔垂直于所述外延片的層疊方向的截面為方形、圓形、星形、多邊形或者不規(guī)則圖形。

優(yōu)選地，所述通孔垂直于所述外延片的層疊方向的截面的面積為0.01～9mm²。

可選地，最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層的厚度為5～25nm。

另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制備方法，所述制備方法包括：

在藍寶石襯底上依次外延生長GaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層；

其中，所述多量子阱層由多個子層依次層疊而成，每個所述子層包括量子阱層和層疊在所述量子阱層上的量子壘層；所述P型AlGaN層和最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層內設有若干通孔，所述通孔從所述P型AlGaN層沿所述外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層，所述P型GaN層填充在通孔內。

在本發(fā)明一種可能的實現方式中，所述在藍寶石襯底上依次外延生長GaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層，包括：

在最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層生長完成之后，將與所述若干通孔形狀一致的掩膜版設置在最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層上；

在最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層上依次生長最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層和所述P型AlGaN層，最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層和所述P型AlGaN層內形成所述若干通孔；

移走所述掩膜版，在所述若干通孔內和所述P型AlGaN層上生長P型GaN層。

在本發(fā)明另一種可能的實現方式中，所述在藍寶石襯底上依次外延生長GaN緩沖層、未摻雜GaN層、N型GaN層、多量子阱層、P型AlGaN層、P型GaN層，包括：

在最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層生長完成之后，在最靠近所述P型AlGaN層的量子阱層上依次生長最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層和所述P型AlGaN層；

在所述P型AlGaN層上鋪設一層光刻膠；

采用光刻技術在所述光刻膠內形成若干通孔；

在所述光刻膠的保護下刻蝕所述P型AlGaN層和最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層，在所述P型AlGaN層和最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層內形成所述若干通孔；

去除所述光刻膠。

可選地，所述通孔垂直于所述外延片的層疊方向的截面為方形、圓形、星形、多邊形或者不規(guī)則圖形。

優(yōu)選地，所述通孔垂直于所述外延片的層疊方向的截面的面積為0.01～9mm²。

可選地，最靠近所述P型AlGaN層的量子壘層的厚度為5～25nm。

本發(fā)明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過在P型AlGaN層和最靠近P型AlGaN層的量子壘層內開設若干通孔，通孔從所型AlGaN層沿外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，P型GaN層填充在通孔內，因此P型GaN層從P型AlGaN層上通過通孔延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，提高空穴的縱向傳輸，提升空穴注入量子阱進行復合發(fā)光的能力，緩解空穴遷移率低的問題；對于多余電子發(fā)生的溢流，在有效阻擋的同時遷移電子空穴的復合位置，縮短空穴的傳輸距離，提高注入效率；而且將空穴耗盡層前移，可以提高載流子復合中心和發(fā)光有源區(qū)的空間重疊程度，可以有效提高電子空穴的復合數目和幾率，最終提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

附圖說明

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，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的結構示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一提供的部分外延片的結構示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例二提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制備方法的流程圖。

具體實施方式

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

本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片，參見圖1，該外延片包括藍寶石襯底1、以及依次層疊在藍寶石襯底1上的GaN緩沖層2、未摻雜GaN層3、N型GaN層4、多量子阱層5、P型AlGaN層6、P型GaN層7。

在本實施例中，多量子阱層由多個子層依次層疊而成，每個子層包括量子阱層和層疊在量子阱層上的量子壘層。如圖2所示，P型AlGaN層6和最靠近P型AlGaN層的量子壘層51內設有若干通孔，通孔從P型AlGaN層6沿外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層52，P型GaN層7填充在通孔內。

可選地，通孔垂直于外延片的層疊方向的截面可以為方形、圓形、星形、多邊形或者不規(guī)則圖形。

優(yōu)選地，通孔垂直于外延片的層疊方向的截面的面積可以為0.01～9mm²。

可選地，最靠近P型AlGaN層的量子壘層的厚度可以為5～25nm。

優(yōu)選地，除最靠近P型AlGaN層的量子壘層之外的量子壘層的厚度可以為9～20nm。

可選地，子層的層數可以為3～15層。

具體地，藍寶石襯底可以采用(0001)晶向藍寶石。

可選地，GaN緩沖層的厚度可以為15～35nm。

可選地，未摻雜GaN層的厚度可以為1～5μm。

可選地，N型GaN層的厚度可以為1～5μm。

可選地，N型GaN層的摻雜濃度可以為10¹⁸～10¹⁹cm^-3。

具體地，P型AlGaN層為Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.5。

可選地，P型AlGaN層的厚度可以為50～150nm。

可選地，P型GaN層的厚度可以為100～800nm。

可選地，如圖1所示，該外延片還包括設置在P型GaN層上的P型接觸層8，P型接觸層的厚度可以為5～300nm。

本發(fā)明實施例通過在P型AlGaN層和最靠近P型AlGaN層的量子壘層內開設若干通孔，通孔從所型AlGaN層沿外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，P型GaN層填充在通孔內，因此P型GaN層從P型AlGaN層上通過通孔延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，提高空穴的縱向傳輸，提升空穴注入量子阱進行復合發(fā)光的能力，緩解空穴遷移率低的問題；對于多余電子發(fā)生的溢流，在有效阻擋的同時遷移電子空穴的復合位置，縮短空穴的傳輸距離，提高注入效率；而且將空穴耗盡層前移，可以提高載流子復合中心和發(fā)光有源區(qū)的空間重疊程度，可以有效提高電子空穴的復合數目和幾率，最終提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

實施例二

本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管的外延片的制備方法，適用于制備實施例一提供的外延片，參見圖3，該制備方法包括：

步驟200：控制溫度為1000～1200℃，將藍寶石襯底在氫氣氣氛中退火8分鐘，并進行氮化處理。

可以理解地，步驟200可以清潔藍寶石襯底表面。

在本實施例中，藍寶石襯底1采用(0001)晶向藍寶石。

步驟201：控制溫度為400～600℃，壓力為400～600Torr，在藍寶石襯底上生長GaN緩沖層。

可選地，GaN緩沖層的厚度可以為15～35nm。

可選地，在步驟201之后，該制備方法還可以包括：

控制溫度為1000～1200℃，壓力為400～600Torr，時間為5～10分鐘，對緩沖層進行原位退火處理。

步驟202：控制溫度為1000～1100℃，壓力為100～500Torr，在GaN緩沖層上生長未摻雜GaN層。

可選地，未摻雜GaN層的厚度可以為1～5μm。

步驟203：控制溫度為1000～1200℃，壓力為100～500Torr，在未摻雜GaN層上生長N型GaN層。

可選地，N型GaN層的厚度可以為1～5μm。

可選地，N型GaN層的摻雜濃度可以為10¹⁸～10¹⁹cm^-3。

步驟204：在N型GaN層上依次生長多量子阱層、P型AlGaN層和P型GaN層。

在本實施例中，多量子阱層由多個子層依次層疊而成，每個子層包括量子阱層和層疊在量子阱層上的量子壘層。P型AlGaN層和最靠近P型AlGaN層的量子壘層內設有若干通孔，通孔從P型AlGaN層沿外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，P型GaN層填充在通孔內。

在本實施例的一種實現方式中，該步驟204可以包括:

在最靠近P型AlGaN層的量子阱層生長完成之后，將與若干通孔形狀一致的掩膜版設置在最靠近P型AlGaN層的量子阱層上；

在最靠近P型AlGaN層的量子阱層上依次生長最靠近P型AlGaN層的量子壘層和P型AlGaN層，最靠近P型AlGaN層的量子壘層和P型AlGaN層內形成若干通孔；

移走掩膜版，在若干通孔內和P型AlGaN層上生長P型GaN層。

在本實施例的另一種實現方式中，該步驟204可以包括:

在最靠近P型AlGaN層的量子阱層生長完成之后，在最靠近P型AlGaN層的量子阱層上依次生長最靠近P型AlGaN層的量子壘層和P型AlGaN層；

在P型AlGaN層上鋪設一層光刻膠；

采用光刻技術在光刻膠內形成若干通孔；

在光刻膠的保護下刻蝕P型AlGaN層和最靠近P型AlGaN層的量子壘層，在P型AlGaN層和最靠近P型AlGaN層的量子壘層內形成若干通孔；

去除光刻膠。

可選地，通孔垂直于外延片的層疊方向的截面可以為方形、圓形、星形、多邊形或者不規(guī)則圖形。

優(yōu)選地，通孔垂直于外延片的層疊方向的截面的面積可以為0.01～9mm²。

可選地，最靠近P型AlGaN層的量子壘層的厚度可以為5～25nm。

優(yōu)選地，除最靠近P型AlGaN層的量子壘層之外的量子壘層的厚度可以為9～20nm。

可選地，子層的層數可以為3～15層。

具體地，P型AlGaN層為Al_xGa_1-xN層，0.1＜x＜0.5。

可選地，P型AlGaN層的厚度可以為50～150nm。

可選地，P型GaN層的厚度可以為100～800nm。

例如，多量子阱層中量子阱層的層數為5～15層；量子阱層的厚度為3nm，生長溫度為720～829℃，生長壓力為100～500Torr；量子壘層的生長溫度為850～959℃，生長壓力為100～500Torr；P型AlGaN層的生長溫度為850～1080℃，生長壓力為200～500Torr；P型GaN層的生長溫度為850～1080℃，生長壓力為100～300Torr。

步驟205：控制溫度為850～1050℃，壓力為100～300Torr，在P型GaN層上生長P型接觸層。

可選地，P型接觸層的厚度可以為5～300nm。

步驟206：控制溫度為650～850℃，時間為5～15分鐘，在氮氣氣氛中進行退火處理。

本發(fā)明實施例通過在P型AlGaN層和最靠近P型AlGaN層的量子壘層內開設若干通孔，通孔從所型AlGaN層沿外延片的層疊方向的相反方向延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，P型GaN層填充在通孔內，因此P型GaN層從P型AlGaN層上通過通孔延伸到最靠近P型AlGaN層的量子阱層，提高空穴的縱向傳輸，提升空穴注入量子阱進行復合發(fā)光的能力，緩解空穴遷移率低的問題；對于多余電子發(fā)生的溢流，在有效阻擋的同時遷移電子空穴的復合位置，縮短空穴的傳輸距離，提高注入效率；而且將空穴耗盡層前移，可以提高載流子復合中心和發(fā)光有源區(qū)的空間重疊程度，可以有效提高電子空穴的復合數目和幾率，最終提高發(fā)光二極管的發(fā)光效率。

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。