一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述制作方法包括：在襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、多量子阱層和P型層；多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子壘層；最后生長(zhǎng)的量子壘層包括量子壘子層，量子壘子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，第一子層為InGaN層，第三子層為AlGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于量子阱層的生長(zhǎng)溫度，第三子層的生長(zhǎng)溫度高于第一子層的生長(zhǎng)溫度；其它的量子壘層為GaN層，其它的量子壘層為多量子阱層中，除最后生長(zhǎng)的量子壘層之外的所有量子壘層。本發(fā)明可以提高內(nèi)量子效率。
【專利說(shuō)明】
一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法
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GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡(jiǎn)稱LED)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，以GaN基為基礎(chǔ)的LED器件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。關(guān)于GaN的發(fā)光器件的研究一直是眾人矚目的焦點(diǎn)，研究的熱點(diǎn)之一就是如何提高GaN基LED的內(nèi)量子效率。
[0003]現(xiàn)有的LED外延片包括襯底、以及依次層疊在襯底上的緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、多量子阱層和P型層。其中，多量子阱層包括交替層疊的InGaN量子阱層和GaN量子皇層。N型層的電子和P型層的空穴在多量子阱層復(fù)合發(fā)光。
[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]量子皇層的生長(zhǎng)溫度通常較高，由于In-N鍵的強(qiáng)度較弱，因此較高的生長(zhǎng)溫度容易引起量子阱層的In原子從生長(zhǎng)表面解吸附而不能滲入到晶格中，不利于電子和空穴在量子阱層發(fā)生輻射復(fù)合，導(dǎo)致內(nèi)量子效率下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)致內(nèi)量子效率下降的問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法，所述制作方法包括:
[0008]在襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、多量子阱層和P型層；
[0009]其中，所述多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層;最后生長(zhǎng)的所述量子皇層包括量子皇子層，所述量子皇子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，所述第一子層為InGaN層，所述第三子層為AlGaN層，所述第二子層和所述第四子層均為GaN層，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度低于所述量子阱層的生長(zhǎng)溫度，所述第三子層的生長(zhǎng)溫度高于所述第一子層的生長(zhǎng)溫度;其它的所述量子皇層為GaN層，其它的所述量子皇層為所述多量子阱層中，除最后生長(zhǎng)的所述量子皇層之外的所有所述量子皇層;所述量子阱層為InGaN層。
[0010]可選地，所述量子皇子層的層數(shù)為一層或多層。
[0011]優(yōu)選地，當(dāng)所述量子皇子層的層數(shù)為一層時(shí)，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度< 所述第二子層的生長(zhǎng)溫度<所述第三子層的生長(zhǎng)溫度<所述第四子層的生長(zhǎng)溫度。
[0012]優(yōu)選地，當(dāng)所述量子皇子層的層數(shù)為多層時(shí)，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度<所述第二子層的生長(zhǎng)溫度 < 所述第三子層的生長(zhǎng)溫度，所述第三子層的生長(zhǎng)溫度 > 所述第四子層的生長(zhǎng)溫度 > 所述第一子層的生長(zhǎng)溫度。
[0013]可選地，最后生長(zhǎng)的所述量子皇層的厚度小于或等于200nm。
[0014]可選地，所述量子皇子層的四個(gè)子層的厚度相同或不同。
[0015]可選地，所述第一子層中In的摩爾含量低于所述量子阱層中In的摩爾含量。
[0016]可選地，所述P型層包括依次層疊的P型AlGaN電子阻擋層、P型GaN層、P型接觸層。
[0017]可選地，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、Si襯底或者SiC襯底。
[0018]可選地，所述N型層米用Si慘雜或Ge慘雜。
[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)最后的量子皇層包括由第一子層、第二子層、第三子層和第四子層依次層疊形成的量子皇子層，第一子層為InGaN層，第三子層為AlGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于量子阱層的生長(zhǎng)溫度，可以避免高溫導(dǎo)致量子阱層的In原子從生長(zhǎng)表面解吸附而不能滲入到晶格當(dāng)中，提高量子阱層的In組分，增加量子阱層的深度，有利于電子和空穴在量子阱層發(fā)生輻射復(fù)合，提高內(nèi)量子效率。
【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)施例提供的一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法的流程圖；
[0023]圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0024]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。
[0025]實(shí)施例
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法，參見(jiàn)圖1，該制作方法包括:
[0027]步驟101:在襯底上生長(zhǎng)緩沖層。
[0028]可選地，襯底可以為藍(lán)寶石襯底、Si襯底或者SiC襯底。
[0029]步驟102:在緩沖層上生長(zhǎng)非摻雜GaN層。
[0030]步驟103:在非摻雜GaN層上生長(zhǎng)N型層。
[0031]具體地，N型層可以為GaN層。
[0032]可選地，N型層可以采用Si摻雜或Ge摻雜。
[0033]步驟104:在N型層上生長(zhǎng)多量子阱層。
[0034]在本實(shí)施例中，多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層。最后生長(zhǎng)的量子皇層包括量子皇子層，量子皇子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層。第一子層為InGaN層，第三子層為AlGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層。第一子層的生長(zhǎng)溫度低于量子阱層的生長(zhǎng)溫度，第三子層的生長(zhǎng)溫度高于第一子層的生長(zhǎng)溫度。其它的量子皇層為GaN層，其它的量子皇層為多量子阱層中，除最后生長(zhǎng)的量子皇層之外的所有量子皇層。量子阱層為InGaN層。
[0035]可以理解地，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于量子阱層的生長(zhǎng)溫度，以使第一子層具有較高的In組分，提高多量子阱層的In組分，以利于電子和空穴在量子阱層發(fā)生輻射復(fù)合。第三子層的生長(zhǎng)溫度高于第一子層的生長(zhǎng)溫度，以使第三子層具有較高的Al組分，提高勢(shì)皇高度，減少電子溢流，限制電子在量子阱與空穴發(fā)生輻射復(fù)合。
[0036]可選地，量子皇子層的層數(shù)可以為一層或多層。
[0037]優(yōu)選地，當(dāng)量子皇子層的層數(shù)為一層時(shí)，第一子層的生長(zhǎng)溫度<第二子層的生長(zhǎng)溫度<第三子層的生長(zhǎng)溫度<第四子層的生長(zhǎng)溫度。
[0038]優(yōu)選地，當(dāng)量子皇子層的層數(shù)為多層時(shí)，第一子層的生長(zhǎng)溫度<第二子層的生長(zhǎng)溫度 < 第三子層的生長(zhǎng)溫度，第三子層的生長(zhǎng)溫度> 第四子層的生長(zhǎng)溫度 > 第一子層的生長(zhǎng)溫度。
[0039]更優(yōu)選地，量子皇子層的四個(gè)子層的生長(zhǎng)溫度可以各不相同。
[0040]可選地，最后生長(zhǎng)的量子皇層的厚度可以小于或等于200nm。
[0041]可選地，量子皇子層的四個(gè)子層的厚度可以相同或不同。
[0042]可選地，第一子層中In的摩爾含量可以低于量子阱層中In的摩爾含量。
[0043]具體地，量子阱層中In的摩爾含量可以按照實(shí)際需求進(jìn)行設(shè)定，例如藍(lán)綠光LED的量子阱層中In的摩爾含量對(duì)應(yīng)一個(gè)范圍，紅黃光LED中的量子阱層In的摩爾含量對(duì)應(yīng)另一個(gè)范圍。
[0044]例如，最后生長(zhǎng)的量子皇層包括三層量子皇子層，第一子層的生長(zhǎng)溫度為800°C，第二子層的生長(zhǎng)溫度為900°C，第三子層的生長(zhǎng)溫度為1000°C，第四子層的生長(zhǎng)溫度為900°C，第一子層、第二子層、第三子層、第四子層的厚度均為10nm，第一子層中In的摩爾含量為
0.1，第三子層中Al的摩爾含量為0.2。
[0045]步驟105:在多量子阱層上生長(zhǎng)P型層。
[0046]可選地，P型層可以包括依次層疊的P型AlGaN電子阻擋層、P型GaN層、P型接觸層。
[0047]可選地，P型層可以采用Mg摻雜。
[0048]圖2為本實(shí)施例制作的發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖，其中，10為襯底，20為緩沖層，30為非摻雜GaN層，40為N型層，50為多量子阱層，51為量子阱層，52為量子皇層，520為量子皇子層，520a為第一子層，520b為第二子層，520c為第三子層，520d為第四子層，60為
P型層。
[0049]本發(fā)明實(shí)施例通過(guò)最后的量子皇層包括由第一子層、第二子層、第三子層和第四子層依次層疊形成的量子皇子層，第一子層為InGaN層，第三子層為AlGaN層，第二子層和第四子層均為GaN層，第一子層的生長(zhǎng)溫度低于量子阱層的生長(zhǎng)溫度，可以避免高溫導(dǎo)致量子阱層的In原子從生長(zhǎng)表面解吸附而不能滲入到晶格當(dāng)中，提高量子阱層的In組分，增加量子阱層的深度，有利于電子和空穴在量子阱層發(fā)生輻射復(fù)合，提高內(nèi)量子效率。同時(shí)第三子層的生長(zhǎng)溫度高于第一子層的生長(zhǎng)溫度，有利于Al組分的并入，從而提高勢(shì)皇高度，避免電子躍迀到P型層與空穴非輻射復(fù)合和電子溢流，進(jìn)一步提高內(nèi)量子效率。
[0050]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)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種GaN基發(fā)光二極管的外延片的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括: 在襯底上依次生長(zhǎng)緩沖層、非摻雜GaN層、N型層、多量子阱層和P型層； 其中，所述多量子阱層包括交替層疊的量子阱層和量子皇層；最后生長(zhǎng)的所述量子皇層包括量子皇子層，所述量子皇子層包括依次層疊的第一子層、第二子層、第三子層和第四子層，所述第一子層為InGaN層，所述第三子層為AlGaN層，所述第二子層和所述第四子層均為GaN層，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度低于所述量子阱層的生長(zhǎng)溫度，所述第三子層的生長(zhǎng)溫度高于所述第一子層的生長(zhǎng)溫度;其它的所述量子皇層為GaN層，其它的所述量子皇層為所述多量子阱層中，除最后生長(zhǎng)的所述量子皇層之外的所有所述量子皇層;所述量子阱層為InGaN層。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述量子皇子層的層數(shù)為一層或多層。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，當(dāng)所述量子皇子層的層數(shù)為一層時(shí)，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度<所述第二子層的生長(zhǎng)溫度<所述第三子層的生長(zhǎng)溫度<所述第四子層的生長(zhǎng)溫度。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的制作方法，其特征在于，當(dāng)所述量子皇子層的層數(shù)為多層時(shí)，所述第一子層的生長(zhǎng)溫度<所述第二子層的生長(zhǎng)溫度<所述第三子層的生長(zhǎng)溫度，所述第三子層的生長(zhǎng)溫度>所述第四子層的生長(zhǎng)溫度>所述第一子層的生長(zhǎng)溫度。5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，最后生長(zhǎng)的所述量子皇層的厚度小于或等于200nmo6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述量子皇子層的四個(gè)子層的厚度相同或不同。7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述第一子層中In的摩爾含量低于所述量子阱層中In的摩爾含量。8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述P型層包括依次層疊的P型AlGaN電子阻擋層、P型GaN層、P型接觸層。9.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述襯底為藍(lán)寶石襯底、Si襯底或者SiC襯底。10.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述N型層采用Si摻雜或Ge摻雜。
【文檔編號(hào)】H01L33/06GK106057989SQ201610454900
【公開(kāi)日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】喬楠, 李昱樺, 周飚, 胡加輝
【申請(qǐng)人】華燦光電(蘇州）有限公司