CN108091736A - 一种发光二极管外延片及其制造方法 - Google Patents

一种发光二极管外延片及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN108091736A
CN108091736A CN201710984749.8A CN201710984749A CN108091736A CN 108091736 A CN108091736 A CN 108091736A CN 201710984749 A CN201710984749 A CN 201710984749A CN 108091736 A CN108091736 A CN 108091736A
Authority
CN
China
Prior art keywords
gallium nitride
layer
nitride layer
sublayer
type
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201710984749.8A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108091736B (zh
Inventor
兰叶
顾小云
黄龙杰
王江波
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
HC Semitek Zhejiang Co Ltd
Original Assignee
HC Semitek Zhejiang Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by HC Semitek Zhejiang Co Ltd filed Critical HC Semitek Zhejiang Co Ltd
Priority to CN201710984749.8A priority Critical patent/CN108091736B/zh
Publication of CN108091736A publication Critical patent/CN108091736A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108091736B publication Critical patent/CN108091736B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/04—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction
    • H01L33/06—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a quantum effect structure or superlattice, e.g. tunnel junction within the light emitting region, e.g. quantum confinement structure or tunnel barrier
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/005—Processes
    • H01L33/0062—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds
    • H01L33/0066—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound
    • H01L33/007—Processes for devices with an active region comprising only III-V compounds with a substrate not being a III-V compound comprising nitride compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/12—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a stress relaxation structure, e.g. buffer layer
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L33/00—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof
    • H01L33/02—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies
    • H01L33/14—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure
    • H01L33/145—Semiconductor devices having potential barriers specially adapted for light emission; Processes or apparatus specially adapted for the manufacture or treatment thereof or of parts thereof; Details thereof characterised by the semiconductor bodies with a carrier transport control structure, e.g. highly-doped semiconductor layer or current-blocking structure with a current-blocking structure

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Led Devices (AREA)

Abstract

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。外延片包括衬底、缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、第二电子阻挡层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层，第二电子阻挡层包括交替层叠的多个第一子层和多个第二子层，各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，多个第二子层中最靠近多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，多个第二子层中除最靠近多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，各个第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。本发明可提高发光效率。

Description

一种发光二极管外延片及其制造方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
背景技术
发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是高效、环保、绿色的新一代固态照明光源，具有低电压、低功耗、体积小、重量轻、寿命长、高可靠性等优点，正在迅速而广泛地得到应用。LED的核心部分是芯片，芯片包括外延片和设置在外延片上的电极。
目前外延片的材料主要是氮化镓，这是一种宽禁带的半导体材料(禁带宽度约为3.4eV)，可以产生蓝光，产生的蓝光经过黄光荧光粉即可得到白光，因此氮化镓基LED外延片自20世纪90年代由日本科学家开发成功以来，工艺技术不断进步，发光亮度不断提高，应用领域也越来越广。
现有的氮化镓基LED外延片包括蓝宝石衬底以及依次层叠在蓝宝石衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、电子阻挡层和P型氮化镓层。其中，多量子阱层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，量子阱为铟镓氮层，量子垒为氮化镓层。当注入电流时，N型氮化镓层提供的电子会在电流的驱动下向P型氮化镓层迁移，同时P型氮化镓层提供的空穴也在电流的驱动下向N型氮化镓层迁移，迁移的空穴和电子在多量子阱层复合发光。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：
为了降低电压和释放静电，N型氮化镓层中N型掺杂剂的掺杂浓度通常比较高，因此N型氮化镓层提高的电子数量较多。同时P型氮化镓层是通过活化镁提供空穴，但镁的活化效率很低，因此P型氮化镓层提供的空穴数量会少于N 型氮化镓层提供的电子数量。加上空穴的质量比电子大得多，迁移速度比电子慢，因此注入多量子阱层的空穴数量会明显少于电子。为了避免多余的电子越过多量子阱层注入P型氮化镓层而产生漏电和发光效率降低的问题，在多量子阱层和P型氮化镓层之间设置的电子阻挡层会采用铝组分的含量较高的铝镓氮层(铝镓氮层中铝组分的含量约为20％)，以形成较高的势垒，将电子阻挡在多量子阱层中。但是电子阻挡层较高的势垒在有效阻挡电子的同时，也将空穴阻挡在P型氮化镓层中，进一步减少注入多量子阱层的空穴数量，降低LED的发光效率。而如果降低电子阻挡层的势垒，则无法对越过多量子阱层注入P型氮化镓层的电子进行有效阻挡，同样也会降低LED的发光效率。
发明内容
为了解决现有技术降低LED发光效率的问题，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制造方法。所述技术方案如下：
一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述N型氮化镓层和所述多量子阱层之间的第二电子阻挡层，所述第二电子阻挡层包括多个第一子层和多个第二子层，所述多个第一子层和所述多个第二子层交替层叠设置；所述多个第一子层中各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，所述多个第二子层中最靠近所述多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，所述第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，所述多个第二子层中除最靠近所述多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，所述第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
可选地，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度为3×1017/cm3～9 ×1017/cm3。
可选地，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂掺杂剂的掺杂浓度相同，或者各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂掺杂剂的掺杂浓度沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐层减小。
可选地，各个所述第一子层中铟组分的含量小于5％，各个所述第二子层中铝组分的含量小于20％。
可选地，所述第一电子阻挡层为第三铝镓氮层，所述第三铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，所述第三铝镓氮层中铝组分的含量小于10％。
可选地，各个所述第一子层的厚度为1nm～3nm，各个所述第二子层的厚度为2nm～4nm。
可选地，所述第一子层的数量与所述第二子层的数量相同，所述第二子层的数量为3个～7个。
可选地，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述N型氮化镓层和所述第二电子阻挡层之间的过渡层，所述过渡层为未掺杂的氮化镓层。
另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、第二电子阻挡层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层；
其中，所述第二电子阻挡层包括多个第一子层和多个第二子层，所述多个第一子层和所述多个第二子层交替层叠设置；所述多个第一子层中各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，所述多个第二子层中最靠近所述多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，所述第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，所述多个第二子层中除最靠近所述多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，所述第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
可选地，所述第一子层的生长温度低于所述第二子层的生长温度，所述第二子层的生长温度低于所述N型氮化镓层的生长温度。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：
通过N型氮化镓层和多量子阱层之间增设第二电子阻挡层，第二电子阻挡层包括交替层叠设置的多个第一子层和第二子层，第二子层为铝镓氮层，铝镓氮层的势垒较高，可以抬高电子注入多量子阱层的门槛，对电子有阻挡作用，进而减少注入多量子阱层的电子数量；同时多个第二子层中除最靠近多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为P型掺杂的铝镓氮层，可以中和部分电子，进一步减少注入多量子阱层的电子数量，从而避免多余的电子越过多量子阱层注入P型氮化镓层而产生漏电和发光效率降低的问题，并且不会对空穴注入多量子阱层造成影响，最终提高了LED的发光效率。而且多个第二子层中最靠近多量子阱层的第二子层为未掺杂的铝镓氮层，可以避免P型掺杂剂扩散到多量子阱层中影响LED的发光效率。另外，第一子层为未掺杂的铟镓氮层，铟镓氮层和铝镓氮层的禁带宽度相差较大，同时铝原子和铟原子的半径相差较大，因此第一子层和第二子层的晶格常数相差较大，第一子层和第二子层交替层叠能够较好地释放应力，提高外延片的晶体质量，进而提高LED的发光效率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例一提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；
图2是本发明实施例一提供的第二电子阻挡层的结构示意图；
图3是本发明实施例二提供的一种发光二极管外延片的制造方法的流程图；
图4是本发明实施例三提供的一种发光二极管外延片的制造方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，图1为本实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该发光二极管外延片包括衬底1以及依次层叠在衬底1上的缓冲层2、未掺杂氮化镓层3、N型氮化镓层4、多量子阱层5、第一电子阻挡层6和P型氮化镓层7。
在本实施例中，该发光二极管外延片还包括层叠在N型氮化镓层4和多量子阱层5之间的第二电子阻挡层8。图2为本实施例提供的第二电子阻挡层的结构示意图，参见图2，第二电子阻挡层8包括多个第一子层81和多个第二子层 82，多个第一子层81和多个第二子层82交替层叠设置。多个第一子层81中各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，多个第二子层82中最靠近多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，多个第二子层中除最靠近多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层(图2中采用横线填充的第二子层82表示第一铝镓氮层，竖线填充的第二子层82表示第二铝镓氮层)，各个第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
具体实现时，可以在N型氮化镓层上依次层叠第一子层、第二子层、第一子层、第二子层、……，如此循环，形成第二电子阻挡层；也可以在N型氮化镓层上依次层叠第二子层、第一子层、第二子层、第一子层、……，如此循环，形成第二电子阻挡层。
本发明实施例通过在N型氮化镓层和多量子阱层之间增设第二电子阻挡层，第二电子阻挡层包括交替层叠设置的多个第一子层和第二子层，第二子层为铝镓氮层，铝镓氮层的势垒较高，可以抬高电子注入多量子阱层的门槛，对电子有阻挡作用，进而减少注入多量子阱层的电子数量；同时多个第二子层中除最靠近多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为P型掺杂的铝镓氮层，可以中和部分电子，进一步减少注入多量子阱层的电子数量，从而避免多余的电子越过多量子阱层注入P型氮化镓层而产生漏电和发光效率降低的问题，并且不会对空穴注入多量子阱层造成影响，最终提高了LED的发光效率。而且多个第二子层中最靠近多量子阱层的第二子层为未掺杂的铝镓氮层，可以避免P 型掺杂剂扩散到多量子阱层中影响LED的发光效率。另外，第一子层为未掺杂的铟镓氮层，铟镓氮层和铝镓氮层的禁带宽度相差较大，同时铝原子和铟原子的半径相差较大，因此第一子层和第二子层的晶格常数相差较大，第一子层和第二子层交替层叠能够较好地释放应力，提高外延片的晶体质量，进而提高LED 的发光效率。
可选地，各个第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为3×1017/cm3～9 ×1017/cm3。若各个第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于3×1017/cm3，则可能无法提供空穴中和部分电子；若各个第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度大于9×1017/cm3，则可能对对量子阱层中电子和空穴的复合发光造成影响。
需要说明的是，N型氮化镓层中N型掺杂剂的掺杂浓度通常较高，本实施例通过在第二电子阻挡层中掺杂少量的P型掺杂剂，可以形成一个势场降低电子的迁移速度，使电子和波函数和空穴的波函数在多量子阱层的重叠的程度最大化，其减少的大部分是越过多量子阱层注入P型氮化镓层的电子数量，只有少部分是注入到多量子阱层的电子数量，因此对多量子阱层的发光亮度的影响可以忽略不计。也就是说，第二电子阻挡层中掺杂少量的P型掺杂剂虽然会引起一定的非辐射复合，对LED的发光亮度有损失，但是同时也使多量子阱层中电子和空穴的分布更均匀，对LED的发光亮度的提高更多，所以整体上LED的发光亮度是提高的。
本发明将多个外延片加工成12mil×25mil的芯片并采用30mA的驱动电流进行测试，多个外延片包括没有设置第二电子阻挡层的第一外延片、设置有第二电子阻挡层且第二铝镓氮层中没有掺杂P型掺杂剂的第二外延片、设置有第二电子阻挡层且第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度为6×1017/cm3的第三外延片，以及设置有第二电子阻挡层且第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度为6 ×1018/cm3的第四外延片。测试结果如表一所示：
表一
序号 试验方案 亮度 漏电
1 第一外延片 195mw 2.0uA
2 第二外延片 215mw 0.6uA
3 第三外延片 221mw 0.3uA
4 第四外延片 212mw 0.2uA
从表一可以看出，第二铝镓氮层中掺杂有P型掺杂剂，与第二铝镓氮层中没有掺杂P型掺杂剂相比，亮度提高了，漏电改善了。
在本实施例的一种实现方式中，各个第二铝镓氮层中P型掺杂掺杂剂的掺杂浓度可以相同，实现简单方便。
在本实施例的另一种实现方式中，各个第二铝镓氮层中P型掺杂掺杂剂的掺杂浓度可以沿该发光二极管外延片的层叠方向逐层减小。最靠近N型氮化镓层的第二铝镓氮层的势垒最高，从而有效阻挡N型氮化镓层提供的电子。
另外，上述两种实现方式都可以避免各个第二铝镓氮层中局部区域的掺杂浓度过大而导致缺陷产生，有利于提高外延片的晶体质量，进而提高LED的发光效率。
可选地，各个第一子层81中铟组分的含量可以小于5％。若各个第一子层 81中铟组分的含量达到5％，则可能影响外延片的晶体质量。
优选地，各个第一子层81中铟组分的含量可以为3％。
可选地，各个第二子层82中铝组分的含量可以小于20％。若各个第二子层 82中铝组分的含量达到20％，则可能影响多量子阱层的复合发光。
优选地，各个第二子层82中铝组分的含量可以为15％。
可选地，第一电子阻挡层6为第三铝镓氮层，第三铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，第三铝镓氮层中铝组分的含量可以小于10％。由于第二电子阻挡层可以有效多余的电子越过多量子阱层注入P型氮化镓层而产生漏电和发光效率降低的问题，因此第一电子阻挡层中铝组分的含量相比于现有的20％，可以降低至10％以下，形成较低的势垒，从而有利于P型氮化镓层提供的空穴注入多量子阱层，增加注入多量子阱层的空穴数量，提高LED的发光效率。
优选地，第三铝镓氮层中铝组分的含量可以为7％。
可选地，各个第一子层81的厚度可以为1nm～3nm。若各个第一子层81的厚度小于1nm，则可能无法释放应力；若各个第一子层81的厚度大于3nm，则可能会影响外延片的晶体质量。
优选地，各个第一子层81的厚度可以为2nm。
可选地，各个第二子层82的厚度可以为2nm～4nm。若各个第二子层82的厚度小于2nm，则可能无法对有效阻挡电子；若各个第二子层82的厚度大于 4nm，则可能会影响多量子阱层的复合发光。
优选地，各个第二子层82的厚度可以为3nm。
可选地，第一子层81的数量与第二子层82的数量相同，第二子层82的数量可以为3个～7个，以达到提高发光效率的效果。
优选地，第二子层82的数量可以为5个。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括层叠在N型氮化镓层4和第二电子阻挡层8之间的过渡层9，过渡层9为未掺杂的氮化镓层，以缓解第二电子阻挡层和N型氮化镓层之间的晶格失配。
具体地，过渡层9的厚度可以为500nm。
可选地，该发光二极管外延片还可以包括层叠在P型氮化镓层7上的接触层10，接触层10为P型掺杂的铟镓氮层。在外延片上设置P型电极之前，通常都会铺设一层氧化铟锡(英文：Indium tin oxide，简称ITO)薄膜作为透明导电层，如果ITO薄膜直接铺设在P型氮化镓层上，ITO薄膜和P型氮化镓层之间较难形成良好的欧姆接触，而先在P型氮化镓层上设置P型掺杂的铟镓氮层，再在P型掺杂的铟镓氮层上铺设ITO薄膜，外延片即可与ITO薄膜之间形成良好的欧姆接触。
优选地，接触层10中铟组分的含量可以为4％～6％，以形成良好的欧姆接触。
更优选地，接触层10中铟组分的含量可以为5％。
优选地，接触层10的厚度可以为5nm～9nm。若接触层10的厚度小于5nm，则可能无法与ITO薄膜形成良好的欧姆接触；若接触层10的厚度大于9nm，则可能会吸收光线，影响LED的出光效率。
更优选地，接触层10的厚度可以为7nm。
可选地，衬底1可以为图形化蓝宝石衬底(英文：Patterned Sapphire Substrate，简称：PSS)。采用蓝宝石衬底，可以大大降低实现成本，而蓝宝石衬底的图形化表面，可以减少位错密度，提高外延片的生长质量，进而提高LED的发光效率，同时还可以提高LED的出光效率。
可选地，缓冲层2可以包括依次层叠的氮化铝层和氮化镓层。蓝宝石衬底的主要材料为氧化铝，与氮化镓材料之间具有较大的晶格失配，在蓝宝石衬底和氮化镓材料之间设置氮化铝层作为缓冲层，可以有效缓解蓝宝石衬底和氮化镓材料之间的晶格失配，提高外延片的生长质量，进而提高LED的发光效率。同时氮化铝层的生长温度较低，未掺杂氮化镓层的生长温度较高，在氮化铝层和未掺杂氮化镓层之间***一层生长温度较低的氮化镓层作为缓冲层，可以起到隔断的作用，避免氮化铝层和未掺杂氮化镓层相互影响。
优选地，缓冲层2中氮化铝层的厚度可以为100nm～200nm。若氮化铝层的厚度小于100nm，则可能无法有效的缓解蓝宝石衬底和氮化镓材料之间的晶格失配，造成外延片的晶体质量较差；若氮化铝层的厚度大于200nm，则可能造成材料的浪费，甚至还可能导致氮化铝层的应力过大，影响外延片的晶体质量。
更优选地，缓冲层2中氮化铝层的厚度可以为150nm。
具体地，多量子阱层5可以包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，量子阱为铟镓氮层，量子垒为氮化镓层。
可选地，量子阱的数量与量子垒的数量相同，量子垒的数量可以为至少3 个子层。
优选地，量子垒的数量可以为8个。
具体地，缓冲层2中氮化镓层的厚度可以为38nm～42nm。未掺杂氮化镓层 3的厚度可以为0.8μm～1.2μm，N型氮化镓层4的厚度可以为2.8μm～3.2μm，N型氮化镓层4中N型掺杂剂的掺杂浓度可以为8×1019/cm3～1.2×1020/cm3。量子阱的厚度可以为2nm～5nm，量子垒的厚度可以为8nm～15nm。第一电子阻挡层6的厚度可以为30nm～50nm。P型氮化镓层7的厚度可以为180nm～220nm。
实施例二
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，适用于制造实施例一提供的发光二极管外延片。
具体地，图3为本实施例提供的制造方法的流程图，参见图3，该制造方法包括：
步骤201：提供一衬底。
步骤202：在衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、第二电子阻挡层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层。
在本实施例中，第二电子阻挡层包括多个第一子层和多个第二子层，多个第一子层和多个第二子层交替层叠设置。多个第一子层中各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，多个第二子层中最靠近多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，多个第二子层中除最靠近多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，各个第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
可选地，第一子层的生长温度可以低于第二子层的生长温度。第一子层为未掺杂的铟镓氮层，第一子层的生长温度较低，可以避免铟由于生长温度较高而析出；而且，交替层叠的第一子层和第二子层的生长温度不一样，第二电子阻挡层生长时，高温和低温交替变化，有利于释放生长过程中产生的应力，提高外延片的生长质量，进而提高LED的发光效率。
可选地，第二电子阻挡层的生长温度可以低于N型氮化镓层的生长温度，即第一子层的生长温度低于N型氮化镓层的生长温度，第二子层的生长温度也低于N型氮化镓层的生长温度。第二电子阻挡层中有铟组分，铟在生长温度较高时会析出，第二电子阻挡层中的第一子层和第二子层的生长温度均较低，可以避免铟由于生长温度较高而析出。
具体地，第一子层的生长温度可以为700℃～800℃，第二子层的生长温度可以为800℃～900℃。
可选地，衬底可以为PSS。需要说明的是，当衬底为PSS时，缓冲层生长在PSS具有图形的表面上。
可选地，缓冲层可以包括依次层叠的氮化铝层和氮化镓层。
优选地，缓冲层中的氮化铝层可以采用磁控溅射技术形成。具体地，可以在氮气气氛下，对铝靶进行溅射，形成氮化铝层。
具体地，形成氮化铝层时的加工温度可以为500℃～700℃，溅射压力可以为5mTorr～50mTorr。
更优选地，在形成缓冲层中的氮化铝层之后，该制造方法还可以包括：
采用氢气对氮化铝层进行处理，以去除氮化铝层表面的污染物。
具体地，处理的时间可以为20分钟。
具体地，缓冲层中的氮化镓层的生长温度可以为500℃～600℃。未掺杂氮化镓层的生长温度可以为980℃～1020℃。N型氮化镓层的生长温度可以为1130℃～1170℃。量子阱的生长温度可以为700℃～800℃，量子垒的生长温度可以为 800℃～900℃。第一电子阻挡层的生长温度可以为930℃～970℃。P型氮化镓层的生长温度可以为930℃～970℃。
可选地，在生长第二电子阻挡层之前，该制造方法还可以包括：
在N型氮化镓层上生长过渡层。
具体地，过渡层的生长温度可以为1100℃。
可选地，在生长P型氮化镓层之后，该制造方法还可以包括：
在P型氮化镓层上生长接触层。
具体地，接触层的生长温度可以为970℃。
可选地，在生长P型氮化镓层之后，该制造方法还可以包括：
对P型氮化镓层20min～30min进行退火处理，以激活P型氮化镓层中的P 型掺杂剂。
需要说明的是，在本实施例中，除缓冲层中的氮化铝层以外，其它各层(包括缓冲层中的氮化镓层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、第二电子阻挡层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层)均采用Veeco K465i or C4金属有机化合物化学气相沉淀(英文：Metal Organic Chemical Vapor Deposition，简称：MOCVD)设备实现LED外延片的生长。生长过程中，采用高纯氢气(H2) 或高纯氮气(N2)或高纯H2和高纯N2的混合气体作为载气，高纯NH3作为氮源，三甲基镓(TMGa)及三乙基镓(TEGa)作为镓源，三甲基铟(TMIn)作为铟源，三甲基铝(TMAl)作为铝源，硅烷(SiH4)作为N型掺杂剂，二茂镁 (CP2Mg)作为P型掺杂剂。反应室压力控制在100torr～600torr。
实施例三
本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，本实施例提供的制造方法为实施例二提供的制造方法的一种具体实现。图4为本实施例提供的制造方法的流程图，参见图4，该制造方法包括：
步骤301：控制加工温度为600℃，溅射压力为28mTorr，在氮气气氛下溅射铝靶，在衬底上形成缓冲层中的氮化铝层。
步骤302：控制生长温度为550℃，生长厚度为40nm的氮化镓层，在氮化铝层上形成缓冲层中的氮化镓层。
步骤303：控制生长温度为1000℃，在缓冲层上生长厚度为1μm的非掺杂氮化镓层。
步骤304：控制生长温度为1150℃，在非掺杂氮化镓层上生长厚度为3μm 且N型掺杂剂的掺杂浓度为1020/cm3的N型氮化镓层。
步骤305：控制生长温度为1100℃，在N型氮化镓层上生长厚度为0.5μm 的氮化镓层，形成过渡层。
步骤306：在过渡层上生长第二电子阻挡层。
在本实施例中，第二电子阻挡层包括交替层叠的5个第一子层和5个第二子层；第一子层的生长温度为750℃，第一子层为厚度为2nm的铟镓氮层，第一子层中铟组分的含量为3％；第二子层的生长温度为850℃，第二子层为厚度为3nm的铝镓氮层，第二子层中铝组分的含量为15％；先层叠的4个第二子层中掺杂有P型掺杂剂，P型掺杂剂的掺杂浓度为6×1017/cm3，最后层叠的1个第二子层中没有掺杂，
步骤307：在第二电子阻挡层上生长多量子阱层。
在本实施例中，多量子阱层包括交替层叠的8个量子阱和8个量子垒；量子阱为铟镓氮层，生长温度为750℃，厚度为3.5nm；量子垒为氮化镓层，生长温度为850℃，厚度为11.5nm。
步骤308：控制生长温度为950℃，在多量子阱层上生长厚度为40nm且铝组分的含量为7％的铝镓氮层，形成第一电子阻挡层。
步骤309：控制生长温度为950℃，在第一电子阻挡层上生长厚度为200nm 的P型氮化镓层。
步骤310：控制生长温度为970℃，在P型氮化镓层上生长厚度为7nm且铟组分的含量为5％的P型氮化镓层。
将本实施例制造的外延片与现有的外延片进行对比发现，LED的亮度提高了2.6％，漏电良率提高了1.2％，其它参数基本一致，外观无黑点等缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述N型氮化镓层和所述多量子阱层之间的第二电子阻挡层，所述第二电子阻挡层包括多个第一子层和多个第二子层，所述多个第一子层和所述多个第二子层交替层叠设置；所述多个第一子层中各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，所述多个第二子层中最靠近所述多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，所述第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，所述多个第二子层中除最靠近所述多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，所述第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度为3×1017/cm3～9×1017/cm3。
3.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂掺杂剂的掺杂浓度相同，或者各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂掺杂剂的掺杂浓度沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐层减小。
4.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第一子层中铟组分的含量小于5％，各个所述第二子层中铝组分的含量小于20％。
5.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一电子阻挡层为第三铝镓氮层，所述第三铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，所述第三铝镓氮层中铝组分的含量小于10％。
6.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，各个所述第一子层的厚度为1nm～3nm，各个所述第二子层的厚度为2nm～4nm。
7.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的数量与所述第二子层的数量相同，所述第二子层的数量为3个～7个。
8.根据权利要求1或2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括层叠在所述N型氮化镓层和所述第二电子阻挡层之间的过渡层，所述过渡层为未掺杂的氮化镓层。
9.一种发光二极管外延片的制造方法，其特征在于，所述制造方法包括：
提供一衬底；
在所述衬底上依次生长缓冲层、未掺杂氮化镓层、N型氮化镓层、第二电子阻挡层、多量子阱层、第一电子阻挡层和P型氮化镓层；
其中，所述第二电子阻挡层包括多个第一子层和多个第二子层，所述多个第一子层和所述多个第二子层交替层叠设置；所述多个第一子层中各个第一子层为未掺杂的铟镓氮层，所述多个第二子层中最靠近所述多量子阱层的第二子层为第一铝镓氮层，所述第一铝镓氮层为未掺杂的铝镓氮层，所述多个第二子层中除最靠近所述多量子阱层的第二子层之外的各个第二子层为第二铝镓氮层，所述第二铝镓氮层为P型掺杂的铝镓氮层，各个所述第二铝镓氮层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述P型氮化镓层中P型掺杂剂的掺杂浓度。
10.根据权利要求9所述的制造方法，其特征在于，所述第一子层的生长温度低于所述第二子层的生长温度，所述第二子层的生长温度低于所述N型氮化镓层的生长温度。
CN201710984749.8A 2017-10-20 2017-10-20 一种发光二极管外延片及其制造方法 Active CN108091736B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710984749.8A CN108091736B (zh) 2017-10-20 2017-10-20 一种发光二极管外延片及其制造方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201710984749.8A CN108091736B (zh) 2017-10-20 2017-10-20 一种发光二极管外延片及其制造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108091736A true CN108091736A (zh) 2018-05-29
CN108091736B CN108091736B (zh) 2019-07-02

Family

ID=62171744

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201710984749.8A Active CN108091736B (zh) 2017-10-20 2017-10-20 一种发光二极管外延片及其制造方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108091736B (zh)

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108987544A (zh) * 2018-05-31 2018-12-11 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN109192829A (zh) * 2018-07-09 2019-01-11 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法
CN109346583A (zh) * 2018-08-31 2019-02-15 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN109360879A (zh) * 2018-11-27 2019-02-19 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN109638128A (zh) * 2018-10-31 2019-04-16 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制作方法
CN109686823A (zh) * 2018-11-26 2019-04-26 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
CN109786532A (zh) * 2018-12-26 2019-05-21 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法
CN110983436A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 广东省半导体产业技术研究院 反应腔预处理方法及氮化铝外延层制备方法
CN111244237A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 圆融光电科技股份有限公司 一种紫外led外延结构及其生长方法
CN112786749A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 华灿光电（浙江）有限公司 发光二极管外延片制备方法
CN112993097A (zh) * 2021-01-21 2021-06-18 华灿光电(苏州）有限公司 发光二极管外延片制备方法
CN113838954A (zh) * 2021-09-16 2021-12-24 福建兆元光电有限公司 一种led外延及其制造方法
CN114284409A (zh) * 2022-03-08 2022-04-05 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管及其制备方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076521A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 窒化物半導体発光素子
CN105914273A (zh) * 2016-05-09 2016-08-31 华灿光电(苏州）有限公司 一种红黄光发光二极管外延片及其制备方法
CN107195739A (zh) * 2017-06-30 2017-09-22 华灿光电(苏州）有限公司 一种发光二极管及其制造方法
CN107195738A (zh) * 2017-06-30 2017-09-22 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN107799633A (zh) * 2017-09-19 2018-03-13 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002076521A (ja) * 2000-08-30 2002-03-15 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 窒化物半導体発光素子
CN105914273A (zh) * 2016-05-09 2016-08-31 华灿光电(苏州）有限公司 一种红黄光发光二极管外延片及其制备方法
CN107195739A (zh) * 2017-06-30 2017-09-22 华灿光电(苏州）有限公司 一种发光二极管及其制造方法
CN107195738A (zh) * 2017-06-30 2017-09-22 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN107799633A (zh) * 2017-09-19 2018-03-13 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法

Cited By (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108987544B (zh) * 2018-05-31 2020-04-14 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN108987544A (zh) * 2018-05-31 2018-12-11 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN109192829A (zh) * 2018-07-09 2019-01-11 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法
CN109192829B (zh) * 2018-07-09 2020-12-01 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法
CN109346583A (zh) * 2018-08-31 2019-02-15 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN109346583B (zh) * 2018-08-31 2021-04-27 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制备方法
CN109638128A (zh) * 2018-10-31 2019-04-16 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管外延片及其制作方法
CN109686823A (zh) * 2018-11-26 2019-04-26 华灿光电（浙江）有限公司 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
CN109360879A (zh) * 2018-11-27 2019-02-19 华灿光电（浙江）有限公司 一种发光二极管的外延片及其制备方法
CN109786532A (zh) * 2018-12-26 2019-05-21 华灿光电（浙江）有限公司 一种GaN基发光二极管外延片及其制备方法
CN110983436A (zh) * 2019-12-17 2020-04-10 广东省半导体产业技术研究院 反应腔预处理方法及氮化铝外延层制备方法
CN110983436B (zh) * 2019-12-17 2020-12-22 广东省半导体产业技术研究院 反应腔预处理方法及氮化铝外延层制备方法
CN111244237A (zh) * 2020-01-15 2020-06-05 圆融光电科技股份有限公司 一种紫外led外延结构及其生长方法
CN112786749A (zh) * 2020-12-31 2021-05-11 华灿光电（浙江）有限公司 发光二极管外延片制备方法
CN112786749B (zh) * 2020-12-31 2024-02-13 华灿光电（浙江）有限公司 发光二极管外延片制备方法
CN112993097A (zh) * 2021-01-21 2021-06-18 华灿光电(苏州）有限公司 发光二极管外延片制备方法
CN113838954A (zh) * 2021-09-16 2021-12-24 福建兆元光电有限公司 一种led外延及其制造方法
CN113838954B (zh) * 2021-09-16 2023-12-29 福建兆元光电有限公司 一种led外延及其制造方法
CN114284409A (zh) * 2022-03-08 2022-04-05 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管及其制备方法
CN114284409B (zh) * 2022-03-08 2022-05-24 江西兆驰半导体有限公司 一种发光二极管及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN108091736B (zh) 2019-07-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108091736B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN106784210B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制作方法
CN109786529B (zh) 一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法
CN109119515B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
US8859313B2 (en) Method for manufacturing semiconductor light emitting element, semiconductor light emitting element, lamp, electronic device and mechanical apparatus
CN108461592B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN106611808B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法
CN106206866B (zh) 一种发光二极管的制造方法及发光二极管
CN105098004B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法及外延片
CN106887494B (zh) 一种发光二极管的外延片及其制造方法
CN109950372A (zh) 发光二极管外延片及其制造方法
CN104465898B (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片
CN106571416A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN104821356B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN107195738A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN107170864A (zh) 一种led外延片及其制备方法
CN108091741A (zh) 一种发光二极管外延片的生长方法
CN110265514A (zh) 发光二极管外延片的生长方法及发光二极管外延片
CN111293198A (zh) 氮化铝系发光二极管结构及其制作方法
CN107293619A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN104576853A (zh) 一种改善GaN基LED芯片电流扩展的外延方法
CN111370540B (zh) 一种提高发光效率的led外延生长方法
CN107887485B (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法
CN108598224B (zh) 一种发光二极管外延片的制作方法及其发光二极管外延片
CN104157763A (zh) 一种发光二极管外延片及其制造方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant