一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]發(fā)光二極管(Light Emitting D1de，簡稱LED)為是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。氮化鎵基材料具有寬直接帶隙、強(qiáng)化學(xué)鍵、耐高溫、抗腐蝕等優(yōu)良性能，是生產(chǎn)短波長高亮度發(fā)光器件、紫外光探測器和高溫高頻微電子器件的理想材料，廣泛應(yīng)用于全彩大屏幕顯示，IXD背光源、信號燈、照明等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)有的LED外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型層、多量子阱層、P型層。其中，N型層中的電子和P型層中的空穴進(jìn)入多量子阱層復(fù)合發(fā)光。
[0004]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:
[0005]電子的迀移率比空穴高得多，多量子阱層中的空穴濃度遠(yuǎn)小于電子，發(fā)光二極管的發(fā)光效率還有待提尚。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]為了解決現(xiàn)有技術(shù)多量子阱層中的空穴濃度遠(yuǎn)小于電子、發(fā)光二極管的發(fā)光效率較低的問題，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片及其制作方法。所述技術(shù)方案如下:
[0007]—方面，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片，所述氮化鎵基發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底、以及依次層疊在所述藍(lán)寶石襯底上的緩沖層、未摻雜GaN層、N型層、多量子阱層、P型電子阻擋層、P型層、P型接觸層，所述P型層包括GaN層和插入在所述GaN層中的至少一個Al含量漸變的AlGaN層，所述Al含量漸變的AlGaN層包括沿所述外延片的生長方向依次層疊的第一 AlGaN子層、第二 AlGaN子層和第三AlGaN子層，所述第一AlGaN子層的平均Al含量 <所述第二 AlGaN子層的平均Al含量 <所述第三AlGaN子層的平均Al含量。
[0008]可選地，所述第一AlGaN子層的平均Al含量從O?0.1漸變到O，所述第二AlGaN子層的平均Al含量從0.1?0.2漸變到O，所述第三AlGaN子層的平均Al含量從0.2?0.3漸變到O。
[0009]可選地，所述第一AlGaN子層的厚度<所述第二AlGaN子層的厚度<所述第三AlGaN子層的厚度。
[0010]優(yōu)選地，所述第一 AlGaN子層的厚度為O?5nm，所述第二 AlGaN子層的厚度為5?I Onm，所述第三AlGaN子層的厚度為10?15nm。
[0011 ] 可選地，當(dāng)所述P型層包括至少兩個所述Al含量漸變的AlGaN層時，各個所述Al含量漸變的AlGaN層之間層疊GaN層。
[0012]另一方面，本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的制作方法，所述制作方法:
[0013]在藍(lán)寶石襯底上生長緩沖層；
[0014]在所述緩沖層上生長未慘雜GaN層；
[0015]在所述未摻雜GaN層上生長N型層；
[0016]在所述N型層上生長多量子阱層；
[0017]在所述多量子阱層上生長P型電子阻擋層；
[0018]在所述P型電子阻擋層上生長P型層，所述P型層包括GaN層和插入在所述GaN層中的至少一個Al含量漸變的AlGaN層，所述Al含量漸變的AlGaN層包括沿所述外延片的生長方向依次層疊的第一 AlGaN子層、第二 AlGaN子層和第三AlGaN子層，所述第一 AlGaN子層的平均Al含量 <所述第二 AlGaN子層的平均Al含量 <所述第三AlGaN子層的平均Al含量；
[0019]在所述P型層上生長P型接觸層。
[0020]可選地，所述第一AlGaN子層的平均Al含量從O?0.1漸變到O，所述第二AlGaN子層的平均Al含量從0.1?0.2漸變到O，所述第三AlGaN子層的平均Al含量從0.2?0.3漸變到O。
[0021]可選地，所述第一AlGaN子層的厚度<所述第二AlGaN子層的厚度<所述第三AlGaN子層的厚度。
[0022]優(yōu)選地，所述第一 AlGaN子層的厚度為O?5nm，所述第二 AlGaN子層的厚度為5?I Onm，所述第三AlGaN子層的厚度為10?15nm。
[0023]可選地，當(dāng)所述P型層包括至少兩個所述Al含量漸變的AlGaN層時，各個所述Al含量漸變的AlGaN層之間層疊GaN層。
[0024]本發(fā)明實施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是:
[0025]通過在P型GaN層中插入至少一個Al含量漸變的AlGaN層，Al含量漸變的AlGaN層包括沿外延片的生長方向依次層疊的第一 AlGaN子層、第二 AlGaN子層和第三AlGaN子層，第一AlGaN子層的平均Al含量 < 第二 AlGaN子層的平均Al含量 < 第三AlGaN子層的平均Al含量，AlGaN和GaN之間存在晶格失配，正電荷和負(fù)電荷的中心不重合，存在較大的極化電場，AlGaN和GaN的界面處產(chǎn)生較強(qiáng)的三維空穴氣，提高空穴的有效注入，進(jìn)而提高發(fā)光效率。
【附圖說明】
[0026]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。
[0027]圖1是本發(fā)明實施例一提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖1a是本發(fā)明實施例一提供的另一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明實施例二提供的一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的制作方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0030]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(jìn)一步地詳細(xì)描述。[0031 ] 實施例一
[0032]本發(fā)明實施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片，參見圖1，該氮化鎵基發(fā)光二極管外延片包括藍(lán)寶石襯底1、以及依次層疊在藍(lán)寶石襯底I上的緩沖層2、未摻雜GaN層3、N型層4、多量子阱層5、P型電子阻擋層6、P型層7、P型接觸層8，P型層7包括GaN層71和插入在GaN層71中的至少一個Al含量漸變的AlGaN層72，A1含量漸變的AlGaN層72包括沿外延片的生長方向依次層疊的第一 AlGaN子層72a、第二 AlGaN子層72b和第三AlGaN子層72c，第一AlGaN子層72a的平均Al含量 < 第二 AlGaN子層72b的平均Al含量 < 第三AlGaN子層72c的平均Al含量。
[0033]需要說明的是，Al含量漸變的AlGaN層72插入在GaN層71中，在不改變P型層7與P型電子阻擋層6、P型接觸層8的歐姆接觸的基礎(chǔ)上，改變P型層空穴傳輸和擴(kuò)散，與現(xiàn)有外延片結(jié)構(gòu)的匹配性好。而且，第一 AlGaN子層72a的平均Al含量 < 第二 AlGaN子層72b的平均Al含量< 第三AlGaN子層72c的平均Al含量，進(jìn)一步驅(qū)動空穴朝向多量子阱層5運動。
[0034]在本實施例中，藍(lán)寶石襯底I采用(0001)晶向藍(lán)寶石。緩沖層2、N型層4、P型接觸層均為GaN層，多量子阱層5包括交替層疊的InGaN層和GaN層，P型電子阻擋層為AlGaN層。
[0035]可選地，緩沖層2的厚度可以為15?35nm。
[0036]可選地，未摻雜GaN層3的厚度可以為I?5μηι。
[0037]可選地，N型層4的厚度可以為I?5μπι。
[0038]可選地，N型層4的摻雜濃度可以為118?1019cnf3。
[0039]可選地，多量子阱層5中的InGaN層的厚度可以為3nm，多量子阱層5中的GaN層的厚度可以為9?20nmo
[0040]可選地，多量子阱層5中的InGaN層和GaN層的層數(shù)之和可以為10?22。
[0041 ] 可選地，P型電子阻擋層6可以為AlyGapyN層，0.I<y<0.5。
[0042]可選地，P型電子阻擋層6的厚度可以為50?150nm。
[0043]可選地，P型層7的厚度可以為100?800nm。
[0044]可選地，第一AlGaN子層72a的Al含量可以從O?0.1漸變到0，第二AlGaN子層72b的Al含量可以從0.1?0.2漸變到O，第三AlGaN子層72c的Al含量可以從0.2?0.3漸變到O。三個AlGaN子層的Al含量均從大于O漸變到O，可以在各個AlGaN子層之間也形成三維空穴氣，提尚空穴的有效注入。
[0045]可選地，第一 AlGaN子層72a的厚度 < 第二 AlGaN子層72b的厚度 < 第三AlGaN子層72c的厚度。
[0046]優(yōu)選地，第一 AlGaN子層72a的厚度可以為O?5nm，第二 AlGaN子層72b的厚度為5?1nm，第三AlGaN子層72c的厚度可以為10?15nm。
[0047]可選地，參見圖1a，當(dāng)P型層7包括至少兩個Al含量漸變的AlGaN層72時，各個Al含量漸變的AlGaN層72之間層疊GaN層73。
[0048]可選地，該氮化鎵基發(fā)光二極管外延片還可以包括層疊在P型層7上的P型接觸層I。
[0049]具體地，P型接觸層8的厚度可以為5?300nm。
[0050]本發(fā)明實施例通過在P型GaN層中插入至少一個Al含量漸變的AlGaN層，Al含量漸變的AlGaN層包括沿外延片的生長方向依次層疊的第一 AlGaN子層、第二 AlGaN子層和第三AlGaN子層，第一 AlGaN子層的平均Al含量 < 第二 AlGaN子層的平均Al含量 < 第三AlGaN子層的平均Al含量，AlGaN和GaN之間存在晶格失配，正電荷和負(fù)電荷的中心不重合，存在較大的極化電場，AlGaN和GaN的界面處產(chǎn)生較強(qiáng)的三維空穴氣，提高空穴的有效注入，進(jìn)而提高發(fā)光效率。而且提高空穴的有效注入，可以避免P型層積聚靜電電荷，提高芯片的抗靜電性能。另外，在提高P型G