发光二极管外延片及其制造方法技术

本公开提供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。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低温缓冲层、高温缓冲层、N型层和有源层，所述发光二极管外延片还包括依次层叠在所述有源层上的多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，每个所述电子阻挡层均为AlGaN层，沿所述外延片的层叠方向，每个周期的所述电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小，每个周期的所述P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高。该发光二极管外延片可以增加电子和空穴的波函数在空间分布上的重叠度，从而可以提高LED的内量子效率。

【技术实现步骤摘要】
发光二极管外延片及其制造方法
本公开涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED是前景广阔的新一代光源，正在被迅速广泛地应用在如交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、户内外显示屏和小间距显示屏等领域。通常，GaN基LED在蓝宝石衬底上进行外延生长。传统的GaN基LED外延结构一般采用InGaN/GaN超晶格结构作为有源层。但是InGaN层和GaN层之间存在着很大的晶格失配，导致InGaN层和GaN层之间存在较大的压应力。压应力会产生压电极化电场，使得电子和空穴波函数的交叠减少，造成内量子效率的下降，从而影响LED发光效率。
技术实现思路
本公开实施例提供了一种发光二极管外延片及其制造方法，可以增加电子和空穴的波函数在空间分布上的重叠度，提高LED的内量子效率。所述技术方案如下：一方面，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低温缓冲层、高温缓冲层、N型层和有源层，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括依次层叠在所述有源层上的多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，每个所述电子阻挡层均为AlGaN层，沿所述外延片的层叠方向，每个周期的所述电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小，每个周期的所述P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高。可选地，多个所述电子阻挡层中的Al组分的变化范围为0.1～0.4。可选地，多个所述电子阻挡层中的Al组分的降低幅度为0.05～0.25。可选地，多个所述电子阻挡层的厚度的变化范围为1～20nm。可选地，多个所述电子阻挡层的厚度的降低幅度为5～15nm。可选地，多个所述P型层中的Mg的掺杂浓度的变化范围为5*1017cm-3～6*1020cm-3。可选地，多个所述P型层的厚度逐渐减小。另一方面，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低温缓冲层、高温缓冲层、N型层和有源层；在所述有源层上生长多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，每个所述电子阻挡层均为AlGaN层，沿所述外延片的层叠方向，每个周期的所述电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小，每个周期的所述P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高。可选地，多个所述电子阻挡层的生长温度均为930～970℃，生长压力均为100～200torr。可选地，多个所述P型层的生长温度均为940～980℃，生长压力均为200～600torr。本公开实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过设置多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，其中，沿外延片的层叠方向，每个周期的电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小。也就是说，从有源层到P型层方向，靠近有源层的电子阻挡层中的Al组分最高，厚度最厚，可以阻挡大部分从有源层泄露的电子，防止电子溢流。而后续多个周期的电子阻挡层所需阻挡的电子较少，因此，Al组分和厚度可以设置为逐渐降低和逐渐减小，同样也可以进一步对泄露的小部分电子进行阻挡，起到更好的防止电子溢流的效果。同时，还可以减少对P型层提供的空穴的阻挡，有利于提高空穴的注入。进一步地，每个周期的P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高，也就是说，从有源层到P型层方向，靠近有源层的P型层中的Mg的掺杂浓度最高，从而有利于提供更多的空穴，与电子在有源层进行辐射复合发光。且设置多个P型层可提供最大化的空穴数量和空穴浓度，以形成较大的空穴势能流，从而可以大大增加空穴的注入。因此，采用上述外延结构可以有效增加电子和空穴的波函数在空间分布上的重叠度，进而提高二极管的内量子效率。附图说明为了更清楚地说明本公开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公开的一些实施例，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是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；图2是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的部分结构示意图；图3是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的制造方法流程图；图4是本公开实施例提供的另一种发光二极管外延片的制造方法流程图。具体实施方式为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本公开实施方式作进一步地详细描述。图1是本公开实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图，如图1所示，发光二极管外延片包括衬底1、以及依次层叠在衬底1上的低温缓冲层2、高温缓冲层3、N型层4和有源层5。发光二极管外延片还包括依次层叠在有源层5上的多个周期交替生长的电子阻挡层6和P型层7。每个电子阻挡层6均为AlGaN层，沿外延片的层叠方向，每个周期的电子阻挡层6中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小，每个周期的P型层7中的Mg的掺杂浓度逐渐升高。本公开实施例通过设置多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，其中，沿外延片的层叠方向，每个周期的电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小。也就是说，从有源层到P型层方向，靠近有源层的电子阻挡层中的Al组分最高，厚度最厚，可以阻挡大部分从有源层泄露的电子，防止电子溢流。而后续多个周期的电子阻挡层所需阻挡的电子较少，因此，Al组分和厚度可以设置为逐渐降低和逐渐减小，同样也可以进一步对泄露的小部分电子进行阻挡，起到更好的防止电子溢流的效果。同时，还可以减少对P型层提供的空穴的阻挡，有利于提高空穴的注入。进一步地，每个周期的P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高，也就是说，从有源层到P型层方向，靠近有源层的P型层中的Mg的掺杂浓度最高，从而有利于提供更多的空穴，与电子在有源层进行辐射复合发光。且设置多个P型层可提供最大化的空穴数量和空穴浓度，以形成较大的空穴势能流，从而可以大大增加空穴的注入。因此，采用上述外延结构可以有效增加电子和空穴的波函数在空间分布上的重叠度，进而提高二极管的内量子效率。可选地，发光二极管外延片包括依次层叠在有源层5上的m个周期交替生长的电子阻挡层6和P型层7，2≤m≤6。若m的个数过多，会导致生长过程较为繁琐，生长周期较慢。若m的个数过少，则无法起到多次阻挡电子的效果，从而无法有效起到防止电子溢流的作用。可选地，多个电子阻挡层6中的Al组分的变化范围为0.1～0.4。若电子阻挡层中的Al组分的含量过高，会对空穴造成阻挡，反而会影响空穴的注入。若电子阻挡层中的Al组分的含量过低，又无法对电子起到较好的阻挡作用，防止电子溢流。示例性地，多个电子阻挡层6中的Al组分由0.4逐渐降低至0.1。可选地，多个电子阻挡层6中的Al组分的降低幅度为0.05～0.25。若多个电子阻挡层6中的A本文档来自技高网...

【技术保护点】
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低温缓冲层、高温缓冲层、N型层和有源层，其特征在于，/n所述发光二极管外延片还包括依次层叠在所述有源层上的多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，每个所述电子阻挡层均为AlGaN层，沿所述外延片的层叠方向，每个周期的所述电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小，每个周期的所述P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高。/n

【技术特征摘要】
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低温缓冲层、高温缓冲层、N型层和有源层，其特征在于，
所述发光二极管外延片还包括依次层叠在所述有源层上的多个周期交替生长的电子阻挡层和P型层，每个所述电子阻挡层均为AlGaN层，沿所述外延片的层叠方向，每个周期的所述电子阻挡层中的Al组分逐渐降低，厚度逐渐减小，每个周期的所述P型层中的Mg的掺杂浓度逐渐升高。


2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，多个所述电子阻挡层中的Al组分的变化范围为0.1～0.4。


3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，多个所述电子阻挡层中的Al组分的降低幅度为0.05～0.25。


4.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，多个所述电子阻挡层的厚度的变化范围为1～20nm。


5.根据权利要求4所述的发光二极管外延片，其特征在于，多个所述电子阻挡层的厚度的降低幅度为5～15nm。


6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚振，从颖，董彬忠，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32