[發(fā)明專利]一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片及其生長(zhǎng)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201811063800.2
• 申請(qǐng)日: 2018-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN109473511A
• 公開（公告）日: 2019-03-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王倩;洪威威;陸香花;周飚;胡加輝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華燦光電（蘇州）有限公司
• 主分類號(hào): H01L33/00
• 分類號(hào): H01L33/00;H01L33/02;H01L21/67
• 代理公司: 北京三高永信知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限責(zé)任公司 11138
• 代理人: 徐立

本發(fā)明公開了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片及其生長(zhǎng)方法，屬于半導(dǎo)體技術(shù)領(lǐng)域。所述生長(zhǎng)方法包括：提供一襯底；在所述襯底上生長(zhǎng)N型半導(dǎo)體層；在所述N型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)有源層；在由氫氣形成的生長(zhǎng)氣氛中，在所述有源層上生長(zhǎng)第一P型半導(dǎo)體層；在由氮?dú)庑纬傻纳L(zhǎng)氣氛中，在所述第一P型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)第二P型半導(dǎo)體層；其中，所述第一P型半導(dǎo)體層和所述第二P型半導(dǎo)體層均包括多個(gè)氮化鎂層和多個(gè)摻雜鎂的氮化鎵層，所述多個(gè)氮化鎂層和所述多個(gè)摻雜鎂的氮化鎵層交替層疊設(shè)置。本發(fā)明可以提高P型半導(dǎo)體層中的空穴濃度，最終提高LED的發(fā)光效率。

技術(shù)領(lǐng)域

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生長(zhǎng)方法。

背景技術(shù)

發(fā)光二極管(英文：Light Emitting Diode，簡(jiǎn)稱：LED)是一種能發(fā)光的半導(dǎo)體電子元件。隨著LED行業(yè)的快速發(fā)展，LED廣泛應(yīng)用在交通燈、路燈、景觀燈、照明、背光源等領(lǐng)域，對(duì)LED亮度的要求越來(lái)越高。外延片是LED制備過(guò)程中的初級(jí)成品，很多LED的專家和學(xué)者通過(guò)調(diào)整外延片的結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)LED亮度的提高。

氮化鎵(GaN)具有良好的熱導(dǎo)性能，同時(shí)具有耐高溫、耐酸堿、高硬度等優(yōu)良特性，使氮化鎵(GaN)基LED受到越來(lái)越多的關(guān)注和研究。現(xiàn)有的氮化鎵基LED包括襯底、N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層，N型半導(dǎo)體層、有源層和P型半導(dǎo)體層依次層疊在襯底上。P型半導(dǎo)體層用于提供進(jìn)行復(fù)合發(fā)光的空穴，N型半導(dǎo)體層用于提供進(jìn)行復(fù)合發(fā)光的電子，有源層用于進(jìn)行電子和空穴的輻射復(fù)合發(fā)光，襯底用于為外延材料提供生長(zhǎng)表面。

在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過(guò)程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問(wèn)題：

由于鎂原子和鎵原子的半徑大小差不多，容易形成替位原子，因此P型半導(dǎo)體層通常采用摻雜鎂的氮化鎵。理論上來(lái)說(shuō)，P型半導(dǎo)體層中鎂元素的摻雜濃度與P型半導(dǎo)體層中自由空穴的濃度正相關(guān)。如果P型半導(dǎo)體層中鎂元素的摻雜濃度較低，則P型半導(dǎo)體層中自由空穴的濃度較低，會(huì)限制有源層中電子和空穴的復(fù)合發(fā)光，導(dǎo)致LED的發(fā)光效率較低。因此，P型半導(dǎo)體層中鎂元素的摻雜濃度通常較高。

鎂元素的摻雜濃度較高會(huì)帶來(lái)鎂補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題，P型半導(dǎo)體層中容易形成中性的絡(luò)合物，降低鎂的激活效率，同時(shí)產(chǎn)生大量的點(diǎn)缺陷，導(dǎo)致P型半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量較差，影響P型半導(dǎo)體層中自由空穴的濃度，限制有源層中電子和空穴的復(fù)合發(fā)光，造成LED的發(fā)光效率較低。即LED的發(fā)光效率受到P型半導(dǎo)體層的晶體質(zhì)量和鎂原子在P型半導(dǎo)體層中的激活效率的制約。

然而P型半導(dǎo)體層一般在由氮?dú)夂蜌錃獾幕旌蠚怏w形成的生長(zhǎng)氣氛中生長(zhǎng)。氫氣中的氫原子會(huì)與鎂原子形成Mg-H鍵，造成鎂的激活效率較低；同時(shí)P型半導(dǎo)體層在氮?dú)獾纳L(zhǎng)氣氛下晶體質(zhì)量較差。因此，P型半導(dǎo)體層中自由空穴的濃度較低，嚴(yán)重影響LED的發(fā)光效率。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片及其生長(zhǎng)方法，能夠解決現(xiàn)有技術(shù)P型半導(dǎo)體層中自由空穴的濃度較低，造成LED的發(fā)光效率較低的問(wèn)題。所述技術(shù)方案如下：

一方面，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種氮化鎵基發(fā)光二極管外延片的生長(zhǎng)方法，所述生長(zhǎng)方法包括：

提供一襯底；

在所述襯底上生長(zhǎng)N型半導(dǎo)體層；

在所述N型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)有源層；

在由氫氣形成的生長(zhǎng)氣氛中，在所述有源層上生長(zhǎng)第一P型半導(dǎo)體層；

在由氮?dú)庑纬傻纳L(zhǎng)氣氛中，在所述第一P型半導(dǎo)體層上生長(zhǎng)第二P型半導(dǎo)體層；

其中，所述第一P型半導(dǎo)體層和所述第二P型半導(dǎo)體層均包括多個(gè)氮化鎂層和多個(gè)摻雜鎂的氮化鎵層，所述多個(gè)氮化鎂層和所述多個(gè)摻雜鎂的氮化鎵層交替層疊設(shè)置。