一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法，屬于半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】。所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、電子阻擋層、P型層，所述電子阻擋層包括GaN層、以及依次層疊在所述GaN層上的至少兩層AlGaN層，所述至少兩層AlGaN層的Al組分含量沿所述外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減。本發(fā)明通過將電子阻擋層設(shè)置為包括GaN層和至少兩層AlGaN層，至少兩層AlGaN層的Al組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或遞減，使電子阻擋層能帶的能階高度分布情況變?yōu)橹饘舆f增或逐層遞減，減弱了對空穴注入有源層的阻擋作用，也能阻擋電子從量子阱泄漏，提高了發(fā)光效率。
【專利說明】一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002] LED (Light Emitting Diode,發(fā)光二極管）是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件，廣泛 應(yīng)用于交通信號燈、戶外全彩顯示屏、城市景觀照明、汽車內(nèi)外燈、隧道燈。
[0003] 大功率芯片為光源功率大于或等于350mw的LED芯片，規(guī)格包括30mil*30mil、 45mil*45mil、50mil*50mil等。現(xiàn)有的制作大功率芯片的LED外延片包括襯底、以及依次生 長在襯底上的低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、電子阻擋層、P型層。其中，電子阻 擋層為AlGaN層。
[0004] 在實(shí)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：
[0005] 目前主要通過調(diào)整P型層中Mg的摻雜濃度提高大功率芯片的光效，但由于P型層 中Mg的電離率非常低，即使Mg的摻雜濃度提高了，P型層所能提供的有效空穴的數(shù)量也沒 有明顯增長，因此現(xiàn)有的方法對于大功率芯片的光效的提升空間不大。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決現(xiàn)有技術(shù)對于大功率芯片的光效的提升空間不大的問題，本發(fā)明實(shí)施例 提供了一種發(fā)光二極管外延片及其制造方法。所述技術(shù)方案如下：
[0007] -方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括襯底、以及 依次層疊在所述襯底上的低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、電子阻擋層、P型層，所 述電子阻擋層包括GaN層、以及依次層疊在所述GaN層上的至少兩層AlGaN層，所述至少兩 層AlGaN層的A1組分含量沿所述外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減。
[0008] 可選地，各個所述AlGaN層為AlxGaN層，X的取值范圍為0. 05-0. 1。
[0009] 優(yōu)選地，相鄰兩層所述AlGaN層的A1組分的變化率為10% -50%。
[0010] 可選地，所述GaN層的厚度為2_6nm。
[0011] 可選地,所述至少兩層AlGaN層的總厚度為10-30nm。
[0012] 可選地，各個所述AlGaN層的厚度相等。
[0013] 可選地，所述至少兩層AlGaN層的層數(shù)為2-8層。
[0014] 另一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種發(fā)光二極管外延片的制造方法，所述方法包 括：
[0015] 在襯底上依次沉積低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層；
[0016] 在所述有源層上沉積電子阻擋層，所述電子阻擋層包括GaN層、以及依次層疊在 所述GaN層上的至少兩層AlGaN層，所述至少兩層AlGaN層的A1組分含量沿所述外延片的 生長方向逐層遞增或逐層遞減；
[0017] 在所述電子阻擋層上沉積P型層。
[0018] 可選地，沉積所述電子阻擋層時，反應(yīng)室壓力為100-200torr。
[0019] 可選地，沉積所述電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度為800-880°C。
[0020] 本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是：
[0021] 通過將電子阻擋層設(shè)置為包括GaN層和至少兩層AlGaN層，至少兩層AlGaN層的 A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或遞減，使電子阻擋層能帶的能階高度分布情況 變?yōu)橹饘舆f增或逐層遞減，為空穴越過電子阻擋層注入有源層提供了一個類似于緩慢變化 的臺階和更多的越過機(jī)會，減弱了電子阻擋層對空穴注入有源層的阻擋作用，增加了注入 有源層的空穴數(shù)量，提高了外延片制作的大功率芯片的發(fā)光效率。同時，至少兩層AlGaN層 的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減，增強(qiáng)了對電子的阻擋作用，減少 了電子外溢情況，特別是對大功率芯片效果更為明顯，提高了大功率管芯片的光效，降低了 大電流下的Droop(下降）效應(yīng)。另外，GaN層對V型缺陷具有一定的填平作用，可以避免 有源層的V型缺陷的延伸，提高芯片的晶格質(zhì)量，改善芯片的光電性能。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)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(shí)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。
[0023] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一提供的一種LED外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2a是本發(fā)明實(shí)施例一提供的電子阻擋層的能帶圖；
[0025] 圖2b是本發(fā)明實(shí)施例一提供的電子阻擋層的能帶圖；
[0026] 圖3是本發(fā)明實(shí)施例二提供的一種LED外延片的制備方法的流程圖；
[0027] 圖4是本發(fā)明實(shí)施例二提供的兩種樣品的晶粒的亮度和電壓的分布示意圖；
[0028] 圖5是本發(fā)明實(shí)施例二提供的兩種樣品的晶粒的光電性能的分布曲線圖；
[0029] 圖6是本發(fā)明實(shí)施例二提供的兩種樣品的晶粒的光效參數(shù)的分布曲線圖。

【具體實(shí)施方式】
[0030] 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)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0031] 實(shí)施例一
[0032] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種LED外延片，參見圖1，該外延片包括襯底1、以及依次層 疊在襯底1上的低溫緩沖層2、高溫緩沖層3、N型層4、有源層5、電子阻擋層6、P型層7。
[0033] 在本實(shí)施例中，電子阻擋層6包括GaN層61 (圖1用陰影表示）、以及依次層疊在 GaN層61上的至少兩層AlGaN層62。至少兩層AlGaN層62的A1組分含量沿外延片的生 長方向逐層遞增或逐層遞減。
[0034] 需要說明的是，由于AlGaN層能帶的能階高度與A1組分含量有關(guān)，至少兩層AlGaN 層62的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減，因此至少兩層AlGaN層62 能帶的能階高度分布為逐層遞增（如圖2a所示）或逐層遞減（如圖2b所示）。
[0035] 可選地，GaN層61的厚度可以為2_6nm。當(dāng)GaN層61的厚度小于lnm時，會起不 到阻擋有源層5的V型缺陷的作用。當(dāng)GaN層61的厚度大于6nm時，會影響AlGaN層62 阻擋電子的能力。當(dāng)GaN層61的厚度為2-6nm時，電子阻擋層6對V型缺陷和電子的阻擋 能力沒有差別，2-6nm為GaN層61的厚度優(yōu)選范圍。
[0036] 優(yōu)選地，GaN層61的厚度可以為3-4nm。實(shí)驗(yàn)表明，GaN層61的厚度為3-4nm時， 發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0037] 可選地，至少兩層AlGaN層62的總厚度可以為10_30nm。當(dāng)至少兩層AlGaN層62 的總厚度大于30nm時，會對空穴注入有源層5造成影響。當(dāng)至少兩層AlGaN層62的總厚度 小于10nm時，會減弱對電子的阻擋作用。當(dāng)至少兩層AlGaN層62的總厚度為10-30nm時， 對電子的阻擋作用和空穴的注入都沒有負(fù)面影響，10_30nm為至少兩層AlGaN層62的總厚 度的優(yōu)選范圍。
[0038] 優(yōu)選地，至少兩層AlGaN層62的總厚度可以為20-25nm。實(shí)驗(yàn)表明，至少兩層 AlGaN層62的總厚度為20-25nm時，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0039] 可選地，各個AlGaN層62的厚度可以相等。當(dāng)各個AlGaN層62的厚度相等時，由 于至少兩層AlGaN層62的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減，因此各 個AlGaN層62的A1組分含量和Ga組分含量之比是不同的。隨著A1組分含量的逐層遞增 或逐層遞減，能階也是逐層升高或逐層降低，由于各個AlGaN層62的A1組分含量和Ga組 分含量之比是不同的，因此逐層升高或降低的比例是不同的，對電子的阻擋作用更強(qiáng)，可有 效改善大電流下電子的外溢情況，防止電子進(jìn)入P型層產(chǎn)生非復(fù)合發(fā)光，提高了有源層5的 發(fā)光效率，特別是對大功率芯片，電子外溢情況改善明顯，對Droop效應(yīng)改善顯著。
[0040] 可選地，各個AlGaN層62為AlxGaN層，X的取值范圍可以為0.05-0. 1。當(dāng)X小于 0. 05時，對電子的阻擋會有減弱的風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)X大于0. 1時，會嚴(yán)重影響空穴注入有源層5， 0. 05-0. 1為優(yōu)選范圍。
[0041] 優(yōu)選地，X的取值范圍可以為0. 06-0. 08。實(shí)驗(yàn)表明，X的取值范圍為0. 06-0. 08 時，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0042] 可選地，相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率可以為10% -50%。其中，相鄰 兩層AlGaN層62的A1組分的變化率，為相鄰兩層AlGaN層62的A1組分含量的差值，如一 層AlGaN層62的A1組分含量為5 %，另一層AlGaN層62的A1組分含量為15 %，則相鄰兩 層AlGaN層62的A1組分含量為10%。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變 化率為10% -50%時，正好不會減弱對電子的阻擋能力，也不會對空穴注入有源層5造成影 響。當(dāng)相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率小于10%時，能階的高度基本上沒有什么 變化，會影響空穴注入有源層5。當(dāng)相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率大于50%時， 能階的高度變化太快，也會影響空穴注入有源層5。
[0043] 優(yōu)選地，相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率可以為20% -35%。實(shí)驗(yàn)表明， 相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率為20% -35 %時，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0044] 可選地，至少兩層AlGaN層62的層數(shù)可以為2-8層。當(dāng)至少兩層AlGaN層62的 層數(shù)大于8時，會對空穴注入有源層5造成影響。
[0045] 優(yōu)選地，至少兩層AlGaN層62的層數(shù)可以為3-5層。
[0046] 可選地，電子阻擋層生長時，反應(yīng)室壓力可以為100_200torr。
[0047] 優(yōu)選地，電子阻擋層生長時，反應(yīng)室壓力可以為lOOtorr。
[0048] 具體地，電子阻擋層生長時，反應(yīng)室氣氛可以為N2、H2、NH 3，反應(yīng)室轉(zhuǎn)速可以為 lOOOrpm。由于N2、H2混合的載氣要比單純的N2反應(yīng)充分，因此反應(yīng)室氣氛為N 2、H2、NH3比 反應(yīng)室氣氛為N2、NH3要好，而且電子阻擋層比有源層薄得多，不存在有源層由于使用H 2而 造成H2與In反應(yīng)生成副產(chǎn)物的情況。
[0049] 可以理解地，電子阻擋層的生長壓力（lOOtorr)比有源層的生長壓力（一般為 200torr)低，電子阻擋層的生長轉(zhuǎn)速（lOOOrpm)與比有源層的生長轉(zhuǎn)速（一般為500rpm) 高，由于沉積壓力低、轉(zhuǎn)速高時，A1和NH3發(fā)生預(yù)反應(yīng)（反應(yīng)物提前反應(yīng)而生成非晶體生 長所需的副產(chǎn)物）的活性較低，因此可以避免了預(yù)反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而防止由于發(fā)生預(yù)反應(yīng) 而消耗反應(yīng)物、造成正常反應(yīng)時所需的反應(yīng)物減少、影響長晶，在一定程度上提高了晶體質(zhì) 量、提高了電子阻擋層阻擋電子和缺陷的能力。
[0050] 可選地，電子阻擋層生長時，反應(yīng)室溫度可以為800-880°C。
[0051] 優(yōu)選地，電子阻擋層生長時，反應(yīng)室溫度可以為850-880°C。若反應(yīng)室溫度太低， 則長晶質(zhì)量差，若反應(yīng)時溫度較高，則會破壞有源層，造成電性能下降，850-880°C為優(yōu)選范 圍。
[0052] 可以理解地，電子阻擋層的生長溫度（850-880°C )低于量子壘層（GaN層）的生長 溫度（一般為880-920°C )，減少了高溫對有源層的傷害，減少了對有源層結(jié)構(gòu)的破壞，一定 程度上增加了有源層空穴與電子的復(fù)合效率，避免了有源層由于高溫造成的壽命縮短。
[0053] 可選地，襯底1可以為藍(lán)寶石，低溫緩沖層2等可以層疊在藍(lán)寶石的[0001]面上。
[0054] 可選地，低溫緩沖層2可以為GaN層，厚度可以為20_45nm。
[0055] 可選地，高溫緩沖層3可以為不摻雜的GaN層，厚度可以為2-3. 5um。
[0056] 可選地，N型層4可以為摻Si的GaN層，厚度可以為2_3um。
[0057] 可選地，有源層5可以包括交替生長的InxGa(1_ x)N層51和GaN層52, X為 0. 20-0. 22。其中，InxGa(1_x)N層51的厚度可以為2. 5-3. 5nm，GaN層52的厚度可以為 10-12nm。InxGa(1_riN 層 51 和 GaN 層 52 的層數(shù)可以為 11-13, InxGa(1_riN 層 51 和 GaN 層 52 的總厚度可以為130-160nm。
[0058] 可選地，P型層7可以包括低溫P型GaN層、以及依次層疊在P型GaN層上的P型電 子阻擋層、高溫P型GaN層。低溫P型GaN層、P型電子阻擋層、高溫P型GaN層均摻有Mg， P型電子阻擋層可以為AlyGaN層，y為0. 15-0. 25。低溫P型GaN層的厚度可以為40-70nm， P型電子阻擋層的厚度可以為30-50nm，高溫P型GaN層的厚度可以為80-120nm。
[0059] 本發(fā)明實(shí)施例通過將電子阻擋層設(shè)置為包括GaN層和至少兩層AlGaN層，至少兩 層AlGaN層的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或遞減，使電子阻擋層能帶的能 階高度分布情況變?yōu)橹饘舆f增或逐層遞減，為空穴越過電子阻擋層注入有源層提供了一個 類似于緩慢變化的臺階和更多的越過機(jī)會，減弱了電子阻擋層對空穴注入有源層的阻擋作 用，增加了注入有源層的空穴數(shù)量，提高了外延片制作的大功率芯片的發(fā)光效率。同時，至 少兩層AlGaN層的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減，增強(qiáng)了對電子的 阻擋作用，減少了電子外溢情況，特別是對大功率芯片效果更為明顯，提高了大功率管芯片 的光效，降低了大電流下的Droop (下垂）效應(yīng)。而且，各層AlGaN層之間沒有GaN層，不存 在GaN層對空穴的擴(kuò)展作用，避免了出現(xiàn)由于空穴的濃度較低而降低注入有源層的空穴數(shù) 量的情況。另外，GaN層對V型缺陷具有一定的填平作用，可以避免有源層的V型缺陷的延 伸，提高芯片的晶格質(zhì)量，改善芯片的光電性能。
[0060] 實(shí)施例二
[0061] 本發(fā)明實(shí)施例提供了一種LED外延片的制造方法，該方法用于制造如實(shí)施例一提 供的LED外延片，參見圖3,該方法包括：
[0062] 步驟200 :對襯底進(jìn)行預(yù)處理。
[0063] 在本實(shí)施例中，米用 Veeco K465i 型或 C4 型 MOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition,金屬有機(jī)化合物化學(xué)氣相沉淀）實(shí)現(xiàn)LED外延片的制造方法。采用高純 H2 (氫氣）或高純N2 (氮?dú)猓┗蚋呒僅2和高純N2的混合氣體作為載氣，高純NH3作為N源， 三甲基鎵（TMGa)及三乙基鎵（TEGa)作為鎵源，三甲基銦（TMIn)作為銦源，硅烷（SiH4)作 為N型摻雜劑，三甲基鋁（TMA1)作為鋁源，二茂鎂（CP 2Mg)作為P型摻雜劑。
[0064] 可選地，襯底可以為藍(lán)寶石。
[0065] 具體地，該步驟200可以包括：
[0066] 在氫氣氣氛下，高溫處理襯底5-6min。其中，反應(yīng)室溫度為1000-1100°C，反應(yīng)室 壓力控制在200-500torr。
[0067] 步驟201 :在襯底上依次沉積低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層。
[0068] 具體地，該步驟201可以包括：
[0069] 在藍(lán)寶石的[0001]面上沉積低溫緩沖層；
[0070] 在低溫緩沖層上沉積高溫緩沖層；
[0071] 在高溫緩沖層上沉積N型層；
[0072] 在N型層上沉積有源層。
[0073] 可選地，低溫緩沖層可以為GaN層，厚度可以為20_45nm。
[0074] 可選地，沉積低溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度可以為530_560°C，反應(yīng)室壓力可以控制 在 300-500tor;r。
[0075] 可選地，高溫緩沖層可以為不摻雜的GaN層，厚度可以為2-3. 5um。
[0076] 可選地，沉積高溫緩沖層時，反應(yīng)室溫度可以為1000-1100°C，反應(yīng)室壓力可以控 制在 300-500torr。
[0077] 可選地，N型層可以為摻Si的GaN層，厚度可以為2_3um。
[0078] 可選地，沉積N型層時，反應(yīng)室溫度可以為1000-1100°C，反應(yīng)室壓力可以控制在 200-300torr〇
[0079] 可選地，有源層可以包括交替生長的InxGa(1_ x)N層和GaN層，X為0. 20-0. 22。其 中，InxGa(1_x)N層的厚度可以為2. 5-3. 5nm，GaN層的厚度可以為10-12nm。InxGa(1_x)N層和 GaN層的層數(shù)可以為11-13, InxGa(1_x)N層和GaN層的總厚度可以為130-160nm。
[0080] 可選地，沉積有源層時，反應(yīng)室壓力可以控制在200-300torr。生長InxGa (1_x)N層 時，反應(yīng)室溫度可以為750-780°C。生長GaN層時，反應(yīng)室溫度可以為880-920°C。
[0081] 具體地，沉積有源層時，反應(yīng)室氣氛可以為N2、NH3，反應(yīng)室轉(zhuǎn)速可以為500rmp，避 免由于使用H 2造成H2與In反應(yīng)生成副產(chǎn)物。
[0082] 步驟202 :在有源層上沉積電子阻擋層。
[0083] 可選地，GaN層的厚度可以為2_6nm。當(dāng)GaN層的厚度小于lnm時，會起不到阻擋 有源層的V型缺陷的作用。當(dāng)GaN層的厚度大于6nm時，會影響AlGaN層阻擋電子的能力； 當(dāng)GaN層的厚度為2-6nm時，電子阻擋層對V型缺陷和電子的阻擋能力沒有差別，2-6nm為 GaN層的厚度優(yōu)選范圍。
[0084] 優(yōu)選地，GaN層61的厚度可以為3-4nm。實(shí)驗(yàn)表明，GaN層61的厚度為3-4nm時， 發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0085] 可選地，至少兩層AlGaN層的總厚度可以為10-30nm。當(dāng)至少兩層AlGaN層的總厚 度大于30nm時，會對空穴注入有源層造成影響。當(dāng)至少兩層AlGaN層的總厚度小于10nm 時，會減弱對電子的阻擋作用。當(dāng)至少兩層AlGaN層的總厚度為10-30nm時，對電子的阻擋 作用和空穴的注入都沒有負(fù)面影響，10_30nm為至少兩層AlGaN層的總厚度的優(yōu)選范圍。
[0086] 優(yōu)選地，至少兩層AlGaN層62的總厚度可以為20_25nm。實(shí)驗(yàn)表明，至少兩層 AlGaN層62的總厚度為20-25nm時，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0087] 可選地，各個AlGaN層的厚度可以相等。當(dāng)各個AlGaN層的厚度相等時，由于至少 兩層AlGaN層的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減，因此各個AlGaN層 的A1組分含量和Ga組分含量之比是不同的。隨著A1組分含量的逐層遞增或逐層遞減，能 階也是逐層升高或逐層降低，由于各個AlGaN層62的A1組分含量和Ga組分含量之比是不 同的，因此逐層升高或降低的比例是不同的，對電子的阻擋作用更強(qiáng)，可有效改善大電流下 電子的外溢情況，防止了電子進(jìn)入P型層產(chǎn)生非復(fù)合發(fā)光，提高了有源層的發(fā)光效率，特別 是對大功率芯片，電子外溢情況改善明顯，對Droop效應(yīng)改善顯著。
[0088] 可選地，各個AlGaN層為AlxGaN層，X的取值范圍可以為0. 05-0. 1。當(dāng)X小于0. 05 時，對電子的阻擋會有減弱的風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)X大于〇. 1時，會嚴(yán)重影響空穴注入有源層，〇. 05-0. 1 為優(yōu)選范圍。
[0089] 優(yōu)選地，X的取值范圍可以為0. 06-0. 08。實(shí)驗(yàn)表明，X的取值范圍為0. 06-0. 08 時，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0090] 可選地，相鄰兩層AlGaN層的A1組分的變化率可以為10% -50%。其中，相鄰兩 層AlGaN層62的A1組分的變化率，為相鄰兩層AlGaN層62的A1組分含量的差值，如一層 AlGaN層62的A1組分含量為5 %，另一層AlGaN層62的A1組分含量為15 %，則相鄰兩層 AlGaN層62的A1組分含量為10%。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)相鄰兩層AlGaN層的A1組分的變化率為 10% -50%時，正好不會減弱對電子的阻擋能力，也不會對空穴注入有源層造成影響。當(dāng)相 鄰兩層AlGaN層的A1組分的變化率小于10%時，的高度基本上沒有什么變化，會影響空穴 注入有源層5。當(dāng)相鄰兩層AlGaN層的A1組分的變化率大于50 %時，能階的高度變化太快， 也會影響空穴注入有源層。
[0091] 優(yōu)選地，相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率可以為20%-35%。實(shí)驗(yàn)表明， 相鄰兩層AlGaN層62的A1組分的變化率為20% -35 %時，發(fā)光二極管的發(fā)光亮度較高。
[0092] 可選地，至少兩層AlGaN層的層數(shù)可以為2-8層。當(dāng)至少兩層AlGaN層的層數(shù)大 于8時，會對空穴注入有源層造成影響。
[0093] 優(yōu)選地，至少兩層AlGaN層的層數(shù)可以為3-5層。
[0094] 可選地，沉積電子阻擋層時，反應(yīng)室壓力可以為100_200torr。
[0095] 優(yōu)選地，沉積電子阻擋層時，反應(yīng)室壓力可以為lOOtorr。
[0096] 具體地，沉積電子阻擋層時，反應(yīng)室氣氛可以為N2、H2、NH 3，反應(yīng)室轉(zhuǎn)速可以為 lOOOrpm。由于N2、H2混合的載氣要比單純的N2反應(yīng)充分，因此反應(yīng)室氣氛為N 2、H2、NH3比 反應(yīng)室氣氛為N2、NH 3要好，而且電子阻擋層比有源層薄得多，不存在有源層由于使用H2而 造成H2與In反應(yīng)生成副產(chǎn)物的情況。
[0097] 可以理解地，電子阻擋層的沉積壓力（lOOtorr)比有源層的沉積壓力（200t〇rr) 低，電子阻擋層的沉積轉(zhuǎn)速（lOOOrpm)與比有源層的沉積轉(zhuǎn)速（500rpm)高，由于沉積壓力 低、轉(zhuǎn)速高時，A1和NH3發(fā)生預(yù)反應(yīng)（反應(yīng)物提前反應(yīng)而生成非晶體生長所需的副產(chǎn)物）的 活性較低，因此可以避免了預(yù)反應(yīng)的發(fā)生，進(jìn)而防止由于發(fā)生預(yù)反應(yīng)而消耗反應(yīng)物、造成正 常反應(yīng)時所需的反應(yīng)物減少、影響長晶，在一定程度上提高了晶體質(zhì)量、提高了電子阻擋層 阻擋電子和缺陷的能力。
[0098] 可選地，沉積電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度可以為800_880°C。
[0099] 優(yōu)選地，沉積電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度可以為850-880°C。若反應(yīng)室溫度太低， 則長晶質(zhì)量差，若反應(yīng)時溫度較高，則會破壞有源層，造成電性能下降，850-880°C為優(yōu)選范 圍。
[0100] 可以理解地，電子阻擋層的沉積溫度（850-880°C )低于量子壘層（GaN層）的沉積 溫度（880-920°C )，減少了高溫對有源層的傷害，減少了對有源層結(jié)構(gòu)的破壞，一定程度上 增加了有源層空穴與電子的復(fù)合效率，避免了有源層由于高溫造成的壽命縮短。
[0101] 步驟203 :在電子阻擋層上沉積P型層。
[0102] 可選地，P型層可以包括低溫P型GaN層、以及依次層疊在低溫P型GaN層上的P 型電子阻擋層、高溫P型GaN層。低溫P型GaN層、P型電子阻擋層、高溫P型GaN層均摻 有Mg，P型電子阻擋層為Al yGaN層，y為0. 15-0. 25。低溫P型GaN層的厚度為40-70nm，P 型電子阻擋層的厚度為30-50nm，高溫P型GaN層的厚度為80-120nm。
[0103] 可選地，沉積低溫P型GaN層時，反應(yīng)室溫度可以為730-770°C，反應(yīng)室壓力可以控 制在200-300torr。沉積P型電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度可以為920-970°C，反應(yīng)室壓力可 以控制在100_200torr。沉積高溫P型GaN層時，反應(yīng)室溫度可以為920-970°C，反應(yīng)室壓 力可以控制在 2〇〇_5〇〇torr。
[0104] 步驟204:活化P型層。
[0105] 具體地，該步驟204包括：
[0106] 在氮?dú)鈿夥障?，持續(xù)處理P型層20-30min。其中，反應(yīng)室溫度為650-750°C。
[0107] 需要說明的是，活化P型層時主要是活化P型層中摻雜的Mg，使Mg活化后產(chǎn)生更 多的空穴，避免由于不活化而導(dǎo)致出現(xiàn)大功率芯片亮度低和電壓高的情況。
[0108] 下面分別對第一樣品和第二樣品在相同的工藝條件下鍍180nm的IT0(Indium Tin Oxides,納米銦錫金屬氧化物）層，150nm的Cr/Pt/Au電極和50nm的Si02保護(hù)層，并分別將 處理后的第一樣品和第二樣品研磨切割成762μπι*762 μπι(30π?*30π?1)的芯粒。其中，第 一樣品是采用現(xiàn)有的LED外延片的制造方法制造的，第二樣品是采用本實(shí)施例提供的LED 外延片的制造方法制造的?，F(xiàn)有的LED外延片的制造方法與本實(shí)施例提供的LED外延片的 制造方法的最大不同之處在于，沉積電子阻擋層時，電子阻擋層為單一的AlGaN層，其厚度 為8-12nm，沉積條件與有源層相同。
[0109] 接著在處理后的第一樣品和第二樣品的相同位置各自挑選200顆晶粒，在相同的 封裝工藝下，封裝成白光LED。采用積分球分別在驅(qū)動電流350mA的條件下測試來自于第一 樣品的晶粒和來自于第二樣品的晶粒的亮度和電壓的分布情況、光電性能、光效參數(shù)，所得 結(jié)果分別如圖4、圖5、圖6所示。
[0110] 在圖4中，乘號表示來自于第一樣品的晶粒，方塊表示來自于第二樣品的晶粒，從 圖4可以看出，在同樣的波長下，來自于第二樣品的晶粒（用方塊表示）的亮度比來自于第 一樣品的晶粒（用叉叉表不）的殼度提商了 5. 5%。
[0111] 在圖5中，方塊表示來自于第一樣品的晶粒，用方塊表示的晶粒組成了第一曲線 501，第一曲線501表明了來自于第一樣品的晶粒隨電流變化而呈現(xiàn)的光功率的變化趨勢。 乘號表示來自于第二樣品的晶粒，用乘號表示的晶粒組成了第二曲線502,第二曲線502表 明了來自于第二樣品的晶粒隨電流變化而呈現(xiàn)的光功率的變化趨勢。從圖5可以看出，在 同樣的大電流下，來自于第二樣品的晶粒（用叉叉和乘號表不）的光功率比來自于第一樣 品的晶粒（用三角形和方塊表示）的光功率提升了 6. 8%左右。
[0112] 在圖6中，三角形表示來自于第一樣品的晶粒，用三角形表示的晶粒組成了第三 曲線601，第三曲線601表明了來自于第一樣品的晶粒隨電流變化而呈現(xiàn)的光效變化趨勢。 方塊表示來自于第二樣品的晶粒，用方塊表示的晶粒組成了第四曲線602,第四曲線602表 明了來自于第二樣品的晶粒隨電流變化而呈現(xiàn)的光效變化趨勢。從圖6可以看出，來自于 第二樣品的晶粒（用叉叉和三角形表示）比來自于第一樣品的晶粒（用菱形和方塊表示） 的光效衰減小，即Droop效應(yīng)明顯減低。
[0113] 因此采用本實(shí)施例提供的LED外延片的制造方法可以提升大功率芯片的亮度、光 功率、降低大電流下芯片的Droop效應(yīng)，提升芯片的性能，提1?芯片的可罪性。
[0114] 本發(fā)明實(shí)施例通過將電子阻擋層設(shè)置為包括GaN層和至少兩層AlGaN層，至少兩 層AlGaN層的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或遞減，電子阻擋層能帶的能階高 度分布情況變?yōu)橹饘舆f增或逐層遞減，為空穴越過電子阻擋層注入有源層提供了一個類似 于緩慢變化的臺階和更多的越過機(jī)會，減弱了對空穴注入有源層的阻擋作用，增加了注入 有源層的空穴數(shù)量，提高了外延片制作的大功率芯片的發(fā)光效率。同時，至少兩層AlGaN層 的A1組分含量沿外延片的生長方向逐層遞增或遞減，增強(qiáng)了電子阻擋作用，減少電子外溢 情況，特別是對大功率芯片效果更為明顯，提高了大功率管芯片的光效，降低了大電流下的 Droop效應(yīng)。而且，各層AlGaN層之間沒有GaN層，不存在GaN層對空穴的擴(kuò)展作用，避免了 出現(xiàn)由于空穴的濃度較低而降低注入有源層的空穴數(shù)量的情況。另外，GaN層對V型缺陷 具有一定的填平作用，可以避免有源層的V型缺陷的延伸，提高芯片的晶格質(zhì)量，改善芯片 的光電性能。
[0115] 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)。
【權(quán)利要求】
1. 一種發(fā)光二極管外延片，所述外延片包括襯底、以及依次層疊在所述襯底上的低溫 緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層、電子阻擋層、P型層，其特征在于，所述電子阻擋層包 括GaN層、以及依次層疊在所述GaN層上的至少兩層AlGaN層，所述至少兩層AlGaN層的A1 組分含量沿所述外延片的生長方向逐層遞增或逐層遞減。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，各個所述AlGaN層為AlxGaN層，X的取 值范圍為0. 05-0. 1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的外延片，其特征在于，相鄰兩層所述AlGaN層的A1組分的變 化率為10% -50%。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述GaN層的厚度為2-6nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述至少兩層AlGaN層的總厚度為 10_30nm〇
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，各個所述AlGaN層的厚度相等。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的外延片，其特征在于，所述至少兩層AlGaN層的層數(shù)為2-8 層。
8. -種制造如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的發(fā)光二極管外延片的方法，其特征在于，所 述方法包括： 在襯底上依次沉積低溫緩沖層、高溫緩沖層、N型層、有源層； 在所述有源層上沉積電子阻擋層，所述電子阻擋層包括GaN層、以及依次層疊在所述 GaN層上的至少兩層AlGaN層，所述至少兩層AlGaN層的A1組分含量沿所述外延片的生長 方向逐層遞增或逐層遞減； 在所述電子阻擋層上沉積P型層。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，沉積所述電子阻擋層時，反應(yīng)室壓力為 100-200torr〇
10. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，沉積所述電子阻擋層時，反應(yīng)室溫度為 800-880。。。
【文檔編號】H01L33/14GK104157763SQ201410326480
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】從穎, 姚振, 韓杰, 胡加輝, 魏世禎 申請人:華燦光電(蘇州）有限公司