[發明專利]一種發光二極管外延片及其制造方法

有效

• 申請號: 201810697545.0
• 申請日: 2018-06-29
• 公開（公告）號: CN109065679B
• 公開（公告）日: 2020-05-19
• 發明（設計）人: 蘇晨;王慧;肖揚;呂蒙普;胡加輝;李鵬
• 申請（專利權）人: 華燦光電（浙江）有限公司
• 主分類號: H01L33/06
• 分類號: H01L33/06;H01L33/08;H01L33/14;H01L33/32;H01L33/00
• 代理公司: 北京三高永信知識產權代理有限責任公司 11138
• 代理人: 徐立

本發明公開了一種發光二極管外延片及其制造方法，屬于半導體技術領域。外延片包括襯底以及依次層疊在襯底上的緩沖層、N型半導體層、有源層和P型半導體層，有源層包括依次層疊的多個復合結構，每個所述復合結構包括依次層疊的阱層、蓋層和壘層，所述阱層的材料為InGaN，所述壘層的材料為GaN，所述蓋層的材料為B_xGa_1?xN，0＜x＜1。本發明通過在InGaN和GaN之間插入一層BGaN，可以防止In的析出，同時由于B原子的尺寸較小，BGaN可以提供拉應力，改善InGaN和GaN之間的晶格失配，降低由于InGaN和GaN晶格失配帶來的壓電極化場，提高LED的發光效率。

技術領域

本發明涉及半導體技術領域，特別涉及一種發光二極管外延片及其制造方法。

背景技術

發光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡稱：LED)是一種能發光的半導體電子元件。作為一種高效、環保、綠色的新型固態照明光源，LED正在被迅速廣泛地應用在交通信號燈、汽車內外燈、城市景觀照明、手機背光源等領域。

外延片是在晶體結構匹配的單晶材料上生長出來的半導體薄膜。對外延片進行工藝加工可形成芯片，芯片封裝之后即為發光二極管。現有的LED外延片包括襯底、緩沖層、N型半導體層、有源層和P型半導體層，緩沖層、N型半導體層、有源層和P型半導體層依次層疊在襯底上。P型半導體層用于提供進行復合發光的空穴，N型半導體層用于提供進行復合發光的電子，有源層用于進行電子和空穴的輻射復合發光，襯底用于為外延材料提供生長表面；襯底的材料通常選擇藍寶石，N型半導體層等的材料通常選擇氮化鎵，藍寶石和氮化鎵為異質材料，兩者之間存在較大的晶格失配，緩沖層用于緩解襯底和N型半導體層之間的晶格失配。

具體來說，有源層包括依次層疊的多個復合結構，每個復合結構包括依次層疊的阱層、蓋層和壘層。壘層將電子和空穴限制在阱層中進行復合輻射發光。阱層的材料采用氮化銦鎵，由于高溫會造成銦從阱層中析出，因此阱層的生長溫度較低。而壘層的材料采用氮化鎵，為了保證壘層的晶體質量，壘層的生長溫度較高。蓋層的生長溫度與阱層的生長溫度相同，可以避免壘層的高溫生長影響到阱層，進而造成阱層中的銦析出；同時蓋層的材料采用氮化鎵，與壘層的晶體匹配度較好。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

阱層的材料采用氮化銦鎵，蓋層和壘層的材料均采用氮化鎵，由于氮化鎵的晶格常數為3.181埃，氮化銦的晶格常數為3.538埃，因此氮化銦鎵的晶格常數和氮化鎵的晶格常數之間存在差異，氮化銦鎵和氮化鎵的交界處會形成較大的壓電極化效應，影響電子和空穴在空間的復合效率，導致LED的發光效率較低。

發明內容

本發明實施例提供了一種發光二極管外延片及其制造方法，能夠解決現有技術氮化銦鎵和氮化鎵晶格失配導致LED的發光效率較低的問題。所述技術方案如下：

一方面，本發明實施例提供了一種發光二極管外延片，所述發光二極管外延片包括襯底、緩沖層、N型半導體層、有源層和P型半導體層，所述緩沖層、所述N型半導體層、所述有源層和所述P型半導體層依次層疊在所述襯底上；所述有源層包括依次層疊的多個復合結構，每個所述復合結構包括依次層疊的阱層、蓋層和壘層，所述阱層的材料為InGaN，所述壘層的材料為GaN，所述蓋層的材料為B_xGa_1-xN，0＜x＜1。

可選地，所述蓋層的厚度為1nm～2nm。

優選地，所述阱層的厚度為3nm～8nm。

優選地，所述壘層的厚度為8nm～15nm。

可選地，所述復合結構的數量為5個～10個。

可選地，x沿所述蓋層的層疊方向逐漸減小。

另一方面，本發明實施例提供了一種發光二極管外延片的制造方法，所述制造方法包括：