一種發光二極管外延片及其制造方法與流程

本發明涉及發光二極管領域，特別涉及一種發光二極管外延片及其制造方法。

背景技術：

半導體發光二極管(英文lightemittingdiodes，簡稱led)作為新型高效固體光源，是照明史上繼白熾燈、熒光燈之后的又一飛躍，引發了第三次照明革命，因具有節能環保、可靠性高、使用壽命長等優點而受到社會廣泛的關注。

近年來，越來越多的研究者們投入到提高發光二極管發光效率的研究中，研究出通過降低極化效應，增加空穴濃度，防止電子溢流等等提高發光二極管的發光效率的方法。種種研究表明：多量子阱層中的空穴濃度是制約發光二極管的發光效率提升的關鍵所在，因為電子的有效質量遠遠小于空穴，其具有較高的載流子遷移率，電子很快越過多量子阱層進入p型氮化鎵層與空穴進行非輻射復合，形成漏電流，降低了發光二極管的發光效率和抗靜電能力。為避免此種情況，常常在多量子阱層生長完成后，再生長一電子阻擋層，大量實驗證明該電子阻擋層確實可以有效的減少電子越過多量子阱層到達p型氮化鎵層與空穴復合，從而減少了電子溢流，但是同時由于電子阻擋層的勢壘較高，同樣阻擋了空穴進入到多量子阱層中，所以這樣做對于改善發光二極管發光效率方面并未起到良好效果。

技術實現要素：

為了解決現有技術電子阻擋層的勢壘較高，阻擋了空穴進入到多量子阱層中，造成發光效率不高的問題，本發明實施例提供了一種發光二極管外延片及其制造方法。所述技術方案如下：

第一方面，本發明實施例提供了一種發光二極管外延片，所述發光二極管外延片包括：襯底，依次層疊設置在所述襯底上的緩沖層、非摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層和p型氮化鎵層，所述多量子阱層包括交疊生長的多個量子阱層和多個量子壘層，所述多個量子壘層均為alxga1-xn層、inyalxgan層、或者alxga1-xn層和inyalxgan層構成的超晶格結構，所述多個量子壘層中最靠近所述p型氮化鎵層的三個量子壘層中的至少一個為p型摻雜的量子壘層，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。

在本發明實施例的一種實現方式中，所述多個量子壘層中最靠近所述p型氮化鎵層的三個量子壘層為所述多個量子壘層中厚度最小的三個量子壘層。

在本發明實施例的另一種實現方式中，0＜x＜0.5。

在本發明實施例的另一種實現方式中，所述多個量子壘層中的x的取值沿著所述發光二極管外延片的生長方向逐漸降低。

在本發明實施例的另一種實現方式中，所述多個量子壘層中最靠近所述n型氮化鎵層的量子壘層的x的取值為：0.2＜x＜0.5。

第二方面，本發明實施例還提供了一種發光二極管外延片的制造方法，所述制造方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上依次生成緩沖層、非摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層和p型氮化鎵層，所述多量子阱層包括交疊生長的多個量子阱層和多個量子壘層，所述多個量子壘層均為alxga1-xn層、inyalxgan層、或者alxga1-xn層和inyalxgan層構成的超晶格結構，所述多個量子壘層中最靠近所述p型氮化鎵層的三個量子壘層中的至少一個為p型摻雜的量子壘層，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。

在本發明實施例的一種實現方式中，所述多個量子壘層中最靠近所述p型氮化鎵層的三個量子壘層為所述多個量子壘層中厚度最小的三個量子壘層。

在本發明實施例的另一種實現方式中，0＜x＜0.5。

在本發明實施例的另一種實現方式中，所述多個量子壘層中的x的取值沿著所述發光二極管外延片的生長方向逐漸降低。

在本發明實施例的另一種實現方式中，所述多個量子壘層中最靠近所述n型氮化鎵層的量子壘層的x的取值為：0.2＜x＜0.5。

本發明實施例提供的技術方案帶來的有益效果是：

通過采用鋁鎵氮層、銦鋁鎵氮層、或者鋁鎵氮層和銦鋁鎵氮層構成的超晶格結構形成量子壘層，摻鋁的量子壘層由于勢壘較高可以對電子起到充分阻擋作用，減少電子越過多量子阱層到達p型氮化鎵層與空穴復合，從而減少了電子溢流；在靠近p型氮化鎵層的三個量子壘層中的至少一個中進行p型摻雜，可以為電子空穴復合提供空穴，提高量子阱中的空穴濃度，從而提高電子和空穴的輻射復合，同時該p型摻雜的量子壘層靠近p型氮化鎵層設置，避免靠近n型層設置造成電子和空穴的非輻射復合；同時，該外延片去掉多量子阱層和p型氮化鎵層之間的電子阻擋層，可以進一步的提高了空穴注入到量子阱中的濃度，從而使電子和空穴在量子阱內充分復合，提高發光二極管發光效率。

附圖說明

為了更清楚地說明本發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是本發明實施例提供的一種發光二極管外延片的結構示意圖；

圖2是本發明實施例提供的一種發光二極管外延片的制造方法流程圖；

圖3是本發明實施例提供的多量子阱層的一種結構示意圖；

圖4是本發明實施例提供的多量子阱層的另一種結構示意圖。

具體實施方式

為使本發明的目的、技術方案和優點更加清楚，下面將結合附圖對本發明實施方式作進一步地詳細描述。

本發明實施例提供了一種發光二極管外延片，發光二極管外延片包括：襯底100，依次層疊設置在襯底100上的緩沖層101、非摻雜gan氮化鎵層102、n型氮化鎵層103、多量子阱層104和p型氮化鎵層105，多量子阱層104包括交疊生長的多個量子阱層141和多個量子壘層142，多個量子壘層142均為alxga1-xn層、inyalxgan層、或者alxga1-xn層和inyalxgan層構成的超晶格結構，多個量子壘層142中最靠近p型氮化鎵層的三個量子壘層142中的至少一個為p型摻雜的量子壘層142，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。其中，量子壘層142的p型摻雜具體可以是摻雜mg。

本發明通過采用鋁鎵氮層、銦鋁鎵氮層、或者鋁鎵氮層和銦鋁鎵氮層構成的超晶格結構形成量子壘層，摻鋁的量子壘層由于勢壘較高可以對電子起到充分阻擋作用，減少電子越過多量子阱層到達p型氮化鎵層與空穴復合，從而減少了電子溢流；在靠近p型氮化鎵層的三個量子壘層中的至少一個中進行p型摻雜，可以為電子空穴復合提供空穴，提高量子阱中的空穴濃度，從而提高電子和空穴的輻射復合，同時該p型摻雜的量子壘層靠近p型氮化鎵層設置，避免靠近n型層設置造成電子和空穴的非輻射復合；同時，該外延片去掉多量子阱層和p型氮化鎵層之間的電子阻擋層，可以進一步的提高了空穴注入到量子阱中的濃度，從而使電子和空穴在量子阱內充分復合，提高發光二極管發光效率。

如圖1所示，多量子阱層104可以包括3個周期的超晶格結構，但圖示僅為舉例，多量子阱層104可以包括更多或更少周期的超晶格結構，例如3～6個。

在一種可能的實現方式中，襯底100可以為藍寶石襯底、sic襯底或者gan襯底。緩沖層102可以為氮化鎵低溫緩沖層。

在一種可能的實現方式中，量子阱層141可以為銦鎵氮ingan量子阱。

在本發明實施例的一種實現方式中，多個量子壘層142中最靠近p型氮化鎵層105的三個量子壘層142為多個量子壘層142中厚度最小的三個量子壘層142。

在本發明實施例中，低溫緩沖層121的厚度可以為25nm。非摻雜氮化鎵層102的厚度可以為1μm。n型氮化鎵層103的厚度可以為3μm。量子阱層141的厚度可以為3nm-6nm。量子壘層142的厚度可以在10nm-30nm之間。

在本發明實施例中，每個量子壘層142均中的x的取值均在0到0.5之間，保證al對電子起到充分阻擋作用。y的取值可以為：0.2＜x＜0.5。

在本發明實施例中，多個量子壘層142的x的取值沿著發光二極管外延片的生長方向逐漸降低。

在本發明實施例中，多個量子壘層142中最靠近n型氮化鎵層的量子壘層142的x的取值可以為：0.2＜x＜0.5，保證al對電子起到充分阻擋作用。

圖2是本發明實施例提供的一種發光二極管外延片的制造方法的流程圖，參見圖2，該制造方法包括：

步驟201：提供一襯底。

具體地，襯底可以為藍寶石襯底、sic襯底或者gan襯底。以藍寶石襯底為例，提供藍寶石襯底可以包括：首先將反應腔的溫度控制在1100℃，將藍寶石襯底在氫氣氣氛里進行退火15分鐘，清潔襯底表面，然后進行氮化處理。

步驟202：在襯底上依次生成緩沖層、非摻雜氮化鎵層、n型氮化鎵層、多量子阱層和p型氮化鎵層，多量子阱層包括交疊生長的多個量子阱層和多個量子壘層，多個量子壘層均為alxga1-xn層、inyalxgan層、或者alxga1-xn層和inyalxgan層構成的超晶格結構，多個量子壘層142中最靠近所述p型氮化鎵層的三個量子壘層中的至少一個為p型摻雜的量子壘層，其中，0＜x＜1，0＜y＜1。其中，量子壘層的p型摻雜具體可以是摻雜mg。

具體地，步驟202可以包括：

第一步，將溫度下降到500℃-600℃，生長氮化鎵低溫緩沖層，氮化鎵低溫緩沖層的厚度可以為25nm。其中，生長溫度優選為550℃。

第二步，再將溫度升溫到1100℃-1300℃，對低溫緩沖層進行退火處理，退火時間可以為6分鐘。其中，生長溫度優選為1200℃。

第三步，退火完成后在gan成核層上生長厚度為1μm非摻雜的氮化鎵層，溫度控制在1100℃-1200℃。其中，退火溫度優選為1150℃。

第四步，將溫度控制在1100℃-1200℃，在非摻雜氮化鎵層上生長厚度為3μm的n型摻雜氮化鎵層。其中，生長溫度優選為1150℃。

第五步，n型摻雜氮化鎵層生長結束后，開始生長多量子阱層。其中：ingan量子阱層的厚度在3nm至6nm之間，量子阱層的生長溫度可以為800℃，量子壘層的厚度在10nm至30nm之間，量子壘層的生長溫度高于量子阱層的生長溫度。

在第一種實現方式中，所有的量子壘層均為alxga1-xn層，0<x<0.5，靠近摻雜的n型氮化鎵層的量子壘層中x介于0.2至0.5之間，且多個量子壘層的x的取值沿著發光二極管外延片的生長方向逐漸降低。

如圖3所示：11為量子阱層，12、13、14、15為量子壘層，量子壘層al的摻雜濃度(也即x的取值)為：12≥13≥14＞15，靠近摻雜n型氮化鎵層的量子壘層12的al的摻雜濃度介于0.2～0.5之間，且大于靠近p型氮化鎵層量子壘層中al的摻雜濃度。

其中，多個量子壘層中最靠近p型氮化鎵層的三個量子壘層為多個量子壘層中厚度最小的三個量子壘層。

其中，靠近p型氮化鎵層的三個量子壘層的厚度可以相同，也可以不同。如圖4所示：21為量子阱層，22、23、24、25為量子壘層，量子壘層的厚度在10至30nm之間，靠近摻雜n型氮化鎵層的量子壘層的厚度介于20～30nm之間，靠近p型氮化鎵層的量子壘層的厚度介于5～20nm之間，量子壘層厚度為：22≥23＞24≥25≥26。這樣做的好處是，因靠近p型氮化鎵層的厚度較薄，可以使p型氮化鎵層中的空穴易進入到量子阱中與電子復合，從而提高發光效率。

在第二種實現方式中，與第一種實現方式的區別在于：量子壘層均為inyalxgan層，ingan量子阱層生長完后，繼續通in源，同時通入al源，生成得到inyalxgan層，0＜y＜0.2，0＜x＜0.5。通過在algan量子壘中摻入in，可以與ingan量子阱層進行更好的晶格匹配，能夠有效減小量子阱區因晶格失配造成的晶格缺陷造成的應力，減小能帶彎曲，使電子和空穴的波函數盡量重疊，提高電子空穴復合的幾率，提高發光效率。

在第三種實現方式中，量子壘層為alxga1-xn層和inyalxgan層構成的超晶格結構，該超晶格結構中alxga1-xn層和inyalxgan層可以分別參照第一種實現方式和第二種實現方式形成。該超晶格結構的周期可以為1-3，避免周期過多造成多量子阱層的厚度過大。

第六步，在多量子阱層上生長0.4μm的p型層。

第七步，所有外延生長結束后，將反應腔的溫度降至700至800℃之間，在純氮氣氛圍進行退火處理10min，然后降至室溫，結束外延生長。

以上所述僅為本發明的較佳實施例，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。