專利名稱：一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
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。
背景技術(shù)：
發(fā)光二極管芯片為半導(dǎo)體晶片，是發(fā)光二極管的核心組件。發(fā)光二極管芯片包括在襯底上生長的外延片、以及在外延片上制作的電極。其中，外延片主要包括N型層、多量子阱層和P型層，多量子阱層為由量子壘層和量子阱層交替生長形成的多層結(jié)構(gòu)，且量子壘層和量子阱層由不同的材料制成?，F(xiàn)有的發(fā)光二極管芯片的外延片的量子魚層一般由不摻雜的GaN制成。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(shù)至少存在以下問題
現(xiàn)有外延片的多量子阱層中各量子壘層為單層的不摻雜的GaN層，每一層中的原子排列整齊，在量子壘層與相鄰的量子阱層交接處會產(chǎn)生晶格失配；而晶格失配將產(chǎn)生壓應(yīng)力，加強了量子阱區(qū)極化作用，致使量子阱區(qū)的能帶彎曲，影響發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；且單層的不摻雜的GaN層，其結(jié)晶質(zhì)量較差，影響了發(fā)光二極管的抗靜電能力，同時，單層的不摻雜的GaN層自身熱阻較大，造成了發(fā)光二極管的結(jié)溫較大，從而降低了發(fā)光二極管的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率和抗靜電能力，降低發(fā)光二極管的工作電壓和結(jié)溫，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法。所述技術(shù)方案如下—方面，本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，所述外延片包括襯底層、依次覆蓋在所述襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層；所述多量子阱層包括若干個量子壘層和若干個與各所述量子壘層相互交替生長的量子阱層，每個所述量子壘層為超晶格結(jié)構(gòu)；所述由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa^yN層交替層疊而成，其中，O ^ X < 1,0 ^ y < I0優(yōu)選地，O.05 彡 X 彡 O. 3，0 彡 y 彡 O. 2。具體地，所述N型層由η型摻雜的GaN制成，所述η型摻雜的AlxInyGai_x_yN層的η型摻雜的濃度不高于所述N型層的η型摻雜的濃度。具體地，所述η型摻雜的AlxInyGa1IyN層的η型摻雜為Si摻雜，所述η型摻雜的AlxInyGa1^N層的η型摻雜的濃度不高于I X 1018/cm3。優(yōu)選地,所述量子魚層的厚度不大于20nm。優(yōu)選地,所述不摻雜的GaN層的厚度不大于5nm,所述η型摻雜的AlxInyGa1TyN層的厚度不大于10nm?？蛇x地，各所述η型摻雜的AlxInyGanyN層的所述η型摻雜的濃度不同?？蛇x地，各所述η型摻雜的AlxInyGanyN層的組分含量不同?？蛇x地，各所述量子壘層的厚度不同。
另一方面，本發(fā)明實施例還提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，所述方法包括提供襯底并在所述襯底上依次生長緩沖層、N型層、多量子阱層、以及P型層，所述多量子阱層包括若干個量子壘層和若干個與各所述量子壘層相互交替生長的量子阱層，其中，生長每個所述量子壘層包括交替層疊生長不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^N層，每個所述量子壘至少包括四層，其中，O ^x< l,0^y < I0本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^yN層交替而成，AlxInyGa1^yN層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGa^N可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。



為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)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(lǐng)域普通技術(shù)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I中提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實施例2中提供的一種發(fā)光二極管的外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實施例2中提供的一個量子壘層的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明實施例5中提供的一個量子壘層的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實施方式作進一步地詳細描述。實施例I本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，如圖I所示，該外延片包括襯底層I、依次覆蓋在襯底層I上的緩沖層2、Ν型層3、多量子阱層4和P型層5 ;多量子講層4包括若干個量子魚層41和若干個與各量子魚層41相互交替生長的量子講42層，每個量子壘層41為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)包括由不摻雜的GaN和η型摻雜的AlxInyGa^N交替層疊而成，其中，O彡χ < 1，0彡y < I。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^yN層交替而成，AlxInyGa1^yN層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGa^N可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。
實施例2本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片，如圖2所示，該外延片包括襯底層11、依次覆蓋在襯底層11上的緩沖層12、N型層13、多量子阱層14和P型層15 ;多量子講層14包括若干個量子魚層141和若干個與各量子魚層141相互交替生長的量子阱142層，每個量子壘層141為超晶格結(jié)構(gòu)，該 超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1IyN層交疊層疊而成,其中,O ^x<l,0^y<lo優(yōu)選地，O.05 彡 X 彡 O. 3，0 彡 y 彡 O. 2。具體地，襯底層11可以為藍寶石襯底。具體地，緩沖層12可以為復(fù)合層，包括低溫緩沖層和不摻雜的GaN層。具體地，N型層13由η型摻雜的GaN制成，η型摻雜的AlxInyGai_x_yN層的η型摻雜的濃度不高于N型層的η型摻雜的濃度。更具體地，其N型層3的η型摻雜通過Si摻雜獲取，其摻雜濃度為5 X IO18CnT3。具體地，η型摻雜的AlxInyGa^N層的η型摻雜為Si摻雜，η型摻雜的AlxInyGanyN層的η型摻雜的濃度不高于I X 1018/cm3。優(yōu)選地，量子壘層141的厚度不大于20nm。優(yōu)選地，不摻雜的GaN層的厚度不大于5nm，η型摻雜的AlxInyGai_x_yN層的厚度不大于10nm。可選地，在本實施中，各η型摻雜的AlxInyGa1^N層的η型摻雜濃度不同。在其他實施例中，各η型摻雜的AlxInyGa^yN層的η型摻雜濃度也可以是相同的，或是部分相同，部分不同?？蛇x地，在本實施中，各η型摻雜的AlxInyGa^yN層的組分含量不同。組分含量不同是指η型摻雜的AlxInyGanyN中的x，y的取值不同。在其他實施例中，各η型摻雜的AlxInyGa1^yN層的組分含量也可以是相同的，或是部分相同，部分不同?？蛇x地，在本實施例中，各量子壘層141的厚度不同。在其他實施例中，各個量子壘層141的厚度可以是一樣的，也可以是逐漸變厚或逐漸變薄，還可以是厚薄交替的。具體地,每個量子魚層141的厚度為20nm。參見圖3,該每個量子魚層141包括交替層疊的2個不摻雜的GaN層1411和2個Ii-Inatl5Gaa95N層1412，其中，每個不摻雜的GaN層 1411 的厚度為 5nm,每個 n-Inatl5Gaa95N 層 1412 的厚度也為 5nm,且 n_Inatl5Gaa95N 層 1412的η型摻雜為濃度為I X IO1Vcm3的Si摻雜。具體地，各量子阱層142由InGaN制成，其厚度為3nm。其中，P型層15可以為復(fù)合層，包括P型AlGaN電子阻擋層、P型GaN層和P型GaN接觸層。具體地，P型AlGaN電子阻擋層由Alai5Gaa85N制成。P型GaN層的Mg摻雜濃度為5 X IO19Cm 3O本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^yN層交替而成，AlxInyGa1^yN層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGa^N可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。實施例3本發(fā)明實施例中提供了一種發(fā)光二極管的外延片，實施例3提供的外延片的結(jié)構(gòu)與實施例2提供的外延片的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處僅在于，實施例3的外延片的每個量子壘層中各η型摻雜的AlxInyGanyN層的η型摻雜的濃度不同。具體地，每個量子魚層的厚度為20nm。該每個量子魚層包括交替層疊的2個不摻雜的GaN層和2個n-I% 05Ga0.95N層，其中，每個不摻雜的GaN層的厚度為5nm，每個Ii-Inaci5Gaa95N層的厚度也為5nm,且Ii-Inaci5Gaa95N層的η型摻雜為濃度為5 X IO1Vcm3的Si摻雜。顯然地，在本實施例中，各Ii-Inatl5Gaa95N層1412的Si摻雜濃度也可以不同，可以一個為 lX1018/cm3，另一個為 5 X 1016cnT3。
本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^yN層交替而成，AlxInyGa1^yN層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGa^N可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。實施例4本發(fā)明實施例中提供了一種發(fā)光二極管的外延片，實施例4提供的外延片的結(jié)構(gòu)與實施例2提供的外延片的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處僅在于，實施例4的外延片的每個量子壘層中各η型摻雜的AlxInyGa^yN層的組分不同。具體地，每個量子壘層的厚度為20nm。該每個量子壘層包括交替層疊的2個不摻雜的GaN層和2個n-Ala 05Ga0.95N層，其中，每個不摻雜的GaN層的厚度為5nm，每個n-Ala(l5GaQ.95N層的厚度也為5nm,且Ii-Alaci5Gaa95N層的η型摻雜為濃度為IX IO1Vcm3的Si摻雜。顯然地，在本實施例中，各η型摻雜的AlxInyGai_x_yN層的組分也可以不同，例如一個為 n-AlQ Q5GaQ 95N 層，另一個為 Ii-Alci 3Inci 2Gaci 5N 層。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^yN層交替而成，AlxInyGa1^yN層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGa1^N可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。實施例5本發(fā)明實施例中提供了一種發(fā)光二極管的外延片，實施例5提供的外延片的結(jié)構(gòu)與實施例2提供的外延片的結(jié)構(gòu)基本相同，不同之處僅在于，實施例5的外延片的每個量子壘層的層數(shù)與厚度不同。
每個量子魚層141的厚度為16nm。參見圖4,該每個量子魚層141包括交替層疊的2個不摻雜的GaN層141a和3個Ii-Inatl5Gaa95N層141b，其中，每個不摻雜的GaN層141a的厚度為5nm,每個Ii-Inaci5Gaa95N層141b的厚度也為2nm,且Ii-Inaci5Gaa95N層141b的η型摻雜為濃度為I X IO1Vcm3的Si摻雜。顯然地，在本實施例中，每個量子壘層141中各層的厚度也可以是漸變的，例如每個量子壘層141的厚度為16nm，第一層的Ii-Inatl5Gaa95N層的厚度為lnm，第二層的不摻雜的GaN層的厚度為2nm，第三層的Ii-Inatl5Gaa95N層的厚度為3nm，第四層的不摻雜的GaN層的厚度為4nm,第五層的n-Ina(l5GaQ.95N層的厚度為6nm。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^yN層交替而成，AlxInyGa1^yN層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGa^N可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量 的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。實施例6本發(fā)明實施例提供了一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，該方法包括提供襯底并在所述襯底上依次生長緩沖層、N型層、多量子阱層、以及P型層，多量子講層包括若干個量子魚層和若干個與各量子魚層相互交替生長的量子講層，生長每個量子壘層包括交替層疊生長不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^N層，每個量子壘至少包括四層，其中，O彡X < 1，0彡y < I。具體地，每個量子壘層為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1IyN層交替層疊而成。具體地，生長所有量子壘層中至少一個量子壘層為同溫度生長。另外，提供襯底并在襯底上依次生長緩沖層、N型層、多量子阱層中若干個與各量子壘層相互交替的量子阱層、以及P型層；這一生長過程為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知，在此不再詳述。進一步地，生長完P(guān)型層后，將反應(yīng)腔的溫度降至650°C至850°C之間，純氮氣氛圍中退火處理5至15分鐘，然后降至室溫，結(jié)束外延片生長。本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是通過將發(fā)光二極管的外延片的每個量子壘層設(shè)置為交替層疊生長的不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa^N層，使得量子壘層為超晶格結(jié)構(gòu)，AlxInyGa1^N層對GaN層產(chǎn)生的拉應(yīng)力，部分抵消掉了量子壘對于量子阱之間由于晶格失配產(chǎn)生的壓應(yīng)力，減小了極化作用，提高了發(fā)光二極管的內(nèi)量子效率；同時，采用η型摻雜的AlxInyGai_x_yN可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了發(fā)光二極管的工作電壓，提高了發(fā)光二極管的抗靜電能力，并減小了發(fā)光二極管的熱阻，降低了發(fā)光二極管的結(jié)溫。需要說明的是，上述實施例中的量子壘層的層數(shù)僅為舉例，并不作為對本發(fā)明的限制，量子壘層的層數(shù)也可以為其他的數(shù)量，例如包括5個不摻雜的GaN層和6個η型摻雜的AlxInyGai_x_yN，或是10個不摻雜的GaN層和10個η型摻雜的AlxInyGai_x_yN等等。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(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(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層、依次覆蓋在所述襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層；所述多量子阱層包括若干個量子壘層和若干個與各所述量子壘層相互交替生長的量子阱層，其特征在于，每個所述量子壘層為超晶格結(jié)構(gòu)；所述超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1TyN層交替層疊而成,其中,O ( χ< 1,0 < y < I。
2.如權(quán)利要求I所述的外延片，其特征在于，O.05彡χ彡O. 3，0彡y彡O. 2。
3.如權(quán)利要求I所述的外延片，其特征在于，所述N型層由η型摻雜的GaN制成，所述η型摻雜的AlxInyGa1^N層的η型摻雜的濃度不高于所述N型層的η型摻雜的濃度。
4.如權(quán)利要求3所述的外延片，其特征在于，所述η型摻雜為Si摻雜，所述η型摻雜的濃度不高于lX1018/cm3。
5.如權(quán)利要求I所述的外延片，其特征在于，所述量子壘層的厚度不大于20nm。
6.如權(quán)利要求5所述的外延片，其特征在于，所述不摻雜的GaN層的厚度不大于5nm，所述η型摻雜的AlxInyGa1IyN層的厚度不大于10nm。
7.如權(quán)利要求1-6任一項所述的外延片，其特征在于，各所述η型摻雜的AlxInyGanyN層的所述η型摻雜的濃度不同。
8.如權(quán)利要求1-6任一項所述的外延片，其特征在于，各所述η型摻雜的AlxInyGanyN層的組分含量不同。
9.如權(quán)利要求1-6任一項所述的外延片，其特征在于，各所述量子壘層的厚度不同。
10.一種發(fā)光二極管的外延片的制造方法，所述方法包括提供襯底并在所述襯底上依次生長緩沖層、N型層、多量子阱層、以及P型層，所述多量子阱層包括若干個量子壘層和若干個與各所述量子壘層相互交替生長的量子阱層，其特征在于，生長每個所述量子壘層包括交替層疊生長不摻雜的GaN層和η型摻雜的AlxInyGa1^N層，每個所述量子壘至少包括四層，其中，O ^ χ < 1,0 ^ y < I0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管的外延片及其制造方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。該外延片包括襯底層、依次覆蓋在襯底層上的緩沖層、N型層、多量子阱層和P型層；多量子阱層包括若干個量子壘層和若干個與各量子壘層相互交替生長的量子阱層，每個量子壘層為超晶格結(jié)構(gòu)；超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和n型摻雜的AlxInyGa1-x-yN層交替層疊而成，其中，0≤x＜1，0≤y＜1。本發(fā)明通過將發(fā)光二極管的外延片的中的每個量子壘層設(shè)置為超晶格結(jié)構(gòu)，該超晶格結(jié)構(gòu)由不摻雜的GaN層和n型摻雜的AlxInyGa1-x-yN層交替而成，提高了內(nèi)量子效率；同時，采用n型摻雜的AlxInyGa1-x-yN可以有效的增加電子隧穿幾率，提高了晶體質(zhì)量的同時降低了工作電壓，提高了抗靜電能力，并減小了熱阻，降低了結(jié)溫。
文檔編號H01L33/32GK102820392SQ20121031843
公開日2012年12月12日 申請日期2012年8月31日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月31日
發(fā)明者王明軍, 魏世禎, 胡加輝 申請人:華燦光電股份有限公司