[發(fā)明專利]LED的P型外延層、其制作方法及包括其的LED外延片

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410289309.7
• 申請日: 2014-06-24
• 公開（公告）號: CN104064643B
• 公開（公告）日: 2017-01-11
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馬歡;田艷紅;徐迪;季輝;王新建
• 申請（專利權(quán)）人: 湘能華磊光電股份有限公司
• 主分類號: H01L33/04
• 分類號: H01L33/04;H01L33/00
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務(wù)所43211
• 代理人: 黃子平

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明技術(shù)領(lǐng)域，具體而言，涉及一種LED的P型外延層、其制作方法及包括其的LED外延片。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(LED)作為一種高效、環(huán)保和綠色新型固態(tài)照明光源，具有體積小、重量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優(yōu)點(diǎn)。GaN基半導(dǎo)體材料具有良好的化學(xué)、熱穩(wěn)定性和較高的擊穿電壓，是繼第一代硅材料和第二代砷化鎵材料之后的第三代新型半導(dǎo)體材料。其帶隙從0.7eV到3.4eV連續(xù)可調(diào)，發(fā)光波長覆蓋了可見光和近紫外光的區(qū)域，是生產(chǎn)高亮度藍(lán)光、綠光和白光LED的最常用材料，廣泛應(yīng)用于背光源、大尺寸屏幕顯示、標(biāo)示標(biāo)牌指示、信號燈及照明等領(lǐng)域。

圖1是現(xiàn)有的GaN基LED外延片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該LED外延片包括襯底10′，以及沿遠(yuǎn)離襯底10′表面方向上依次設(shè)置的GaN緩沖層20′、u型GaN層30′、n型外延層40′、量子阱層50′以及p型外延層60′。其中，量子阱層50′包括交替設(shè)置的GaN層和InGaN層，p型外延層60′包括低溫P型GaN層61′、P型AlGaN電子阻擋層62′和高溫P型GaN層63′。形成該LED外延片的方法通常為：采用MOCVD在襯底10′上外延生長一層GaN緩沖層20′，然后再生長u型GaN層30′以提高后續(xù)外延晶體的質(zhì)量，在此基礎(chǔ)上再依次生長n型外延層40′、量子阱層50′和p型外延層60′，從而形成如圖1所示的LED外延片。

上述LED外延片中，由于P型AlGaN電子阻擋層61′和高溫P型GaN的生長溫度遠(yuǎn)高于量子阱層50′中InGaN層生長溫度，從而會(huì)造成InGaN層中In發(fā)生析出，造成量子阱損傷，從而降低了LED的發(fā)光效率。同時(shí)，P型AlGaN電子阻擋層61′不能有效阻擋量子阱層50′中電子遷移進(jìn)入p型外延層60′，使得遷移到p型外延層60′中電子和p型外延層60′中空穴發(fā)生非輻射復(fù)合，從而進(jìn)一步降低了LED的發(fā)光效率。因此，P型外延層的性能在很大程度上制約著LED的放光效率的提高，如何提高P型外延層的性能成為提高LED發(fā)光效率的關(guān)鍵之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明旨在提供一種LED的P型外延層、其制作方法及包括其的LED外延片，以減少P型外延層的高溫生長過程對量子阱層造成的損傷，并減少從量子阱層進(jìn)入p型外延層中電子和p型外延層中空穴之間發(fā)生的非輻射復(fù)合，從而提高LED的發(fā)光效率。

為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種LED的P型外延層，該P(yáng)型外延層包括：量子阱保護(hù)層，設(shè)置于LED中的量子阱層上，量子阱保護(hù)層由AlGaN/InGaN超晶格組成；低溫P型GaN層，設(shè)置于量子阱保護(hù)層上；低溫電子阻擋層，設(shè)置于低溫P型GaN層上，低溫電子阻擋層由P型AlInGaN組成；高溫電子阻擋層，設(shè)置于低溫電子阻擋層上，高溫電子阻擋層由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成；高溫P型GaN層，設(shè)置于高溫電子阻擋層上。

進(jìn)一步地，上述P型外延層中，量子阱保護(hù)層中，AlGaN/InGaN超晶格中Al組分濃度為1E19～1.0E20atom/cm³，In組分濃度為1E18～1.0E19atom/cm³；低溫電子阻擋層中，P型AlInGaN為Mg摻雜AlInGaN，其中Mg組分濃度為5E19～1.5E20atom/cm³，Al組分濃度為5E19～1E20atom/cm³，In組分濃度為1E18～1E19atom/cm³；高溫電子阻擋層中，P型AlGaN/P型InGaN超晶格為Mg摻雜AlGaN/Mg摻雜InGaN超晶格，其中Mg組分濃度為1E19～5E19atom/cm³，Al組分濃度為1E19-1E20atom/cm³，In組分濃度為1E18～5E19atom/cm³。

進(jìn)一步地，上述P型外延層中，量子阱保護(hù)層中，AlGaN/InGaN超晶格包括3～10組交替設(shè)置的AlGaN層和InGaN層，各AlGaN層的厚度為0.5～3nm，各InGaN層的厚度為0.5～3nm，AlGaN/InGaN超晶格的總厚度為10～50nm；低溫電子阻擋層的厚度為20～50nm；高溫電子阻擋層中，P型AlGaN/P型InGaN超晶格包括5～10組交替設(shè)置的P型AlGaN層和P型InGaN層，每組P型AlGaN層和P型InGaN層的厚度為2～8nm，各P型AlGaN和各P型InGaN層的厚度比為0.5～2，P型AlGaN/P型InGaN超晶格的總厚度為30～80nm。