[发明专利]一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法

说明书

本发明公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型层、有源层、低温P型层、电子阻挡层和高温P型层，所述缓冲层、所述N型层、所述有源层、所述低温P型层、所述电子阻挡层和所述高温P型层依次层叠在所述衬底上，所述高温P型层的材料采用P型掺杂的氮化镓，所述低温P型层的材料采用P型掺杂的氮化铟镓，所述电子阻挡层包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层的材料采用铝铟镓氮，所述第二子层的材料采用氮化铝镓，所述第三子层的材料采用氮化铝，所述第四子层的材料采用氮化铟镓。本发明可以有效避免由于晶格失配而产生极化。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法。

背景技术

发光二极管(英文：Light Emitting Diode，简称：LED)是一种能发光的半导体电子元件。随着LED行业的快速发展，LED的应用越来越广泛，例如：交通灯、路灯、景观灯、照明、背光源等领域均应用有LED，同时LED发光亮度的要求也越来越高。

外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。有源层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置。量子垒将N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴限制在量子阱中进行辐射复合发光。衬底用于为外延材料提供生长表面，衬底的材料通常选择蓝宝石(主要成分为Al₂O₃)，N型半导体层等结构的材料通常选择氮化镓(GaN)，蓝宝石和氮化镓为异质材料，两者之间存在较大的晶格失配，缓冲层用于缓解衬底和N型半导体层之间的晶格失配。

N型半导体提供的电子数量远大于P型半导体层的空穴数量，加上电子的体积远小于空穴的体积，导致注入有源层中的电子数量远大于空穴数量。为了避免N型半导体层提供的电子迁移到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，通常会在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层，阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。

电子阻挡层的材料通常选择氮化铝镓(AlGaN)，由于氮化铝镓需要在较高的生长温度下生成，因此电子阻挡层的生长温度通常较高。而量子阱的材料通常选择氮化铟镓(InGaN)，高温会造成铟原子从氮化铟镓中解析。所以如果电子阻挡层直接设置在有源层上，则电子阻挡层较高的生长温度会造成量子阱中的铟原子解析，进而影响量子阱中电子和空穴的复合效率，降低外延片的内量子效率，最终降低发光二极管的发光效率。为了减小电子阻挡层较高的生长温度对量子阱的影响，还会在有源层和电子阻挡层之间设置低温P型层，低温P型层的生长温度较低，可以对量子阱进行保护，避免电子阻挡层较高的生长温度影响到有源层。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

低温P型层的材料通常选择与P型半导体层一样，都是P型掺杂的氮化镓。同时为了有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中，电子阻挡层中铝组分的含量会很高，高铝组分的氮化铝镓与P型掺杂的氮化镓之间存在一定的晶格失配。由于低温P型层的生长温度较低，因此低温P型层的生长质量较差，电子阻挡层与低温P型层之间的晶格失配会产生压电效应中的极化现象，影响到电子和空穴的复合发光，导致复合发出的光线波长出现偏移。

发明内容

本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其生长方法，能够解决现有技术电子阻挡层与低温P型层之间的晶格失配产生的极化导致波长偏移，同时电子阻挡层与P型半导体层之间的晶格失配产生的极化降低LED的发光效率的问题。所述技术方案如下：