[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型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层靠近所述衬底的部分中氧的掺杂浓度大于所述缓冲层靠近所述N型半导体层的部分中氧的掺杂浓度。本发明通过缓冲层的材料氮化铝中掺入氧，并且缓冲层靠近衬底的部分中氧的掺杂浓度大于缓冲层中靠近N型半导体层的部分中氧的掺杂浓度，可以实现从蓝宝石到氮化镓基材料两种不同晶格的逐渐过渡，有效缓解蓝宝石和氮化镓基材料之间的晶格失配。

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。氮化镓(GaN)基材料作为一种重要的第三代半导体材料，在半导体照明、电力电子、高频通信等领域具有广泛的应用前景。二十世纪九十年代以来，氮化镓基发光二极管逐渐商业化，填补了传统发光二极管在蓝光波段的空白。

外延片为发光二极管制作过程中的初级成品。现有的氮化镓基LED外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上。P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光，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，N型半导体层、有源层和P型半导体层采用氮化镓基材料，蓝宝石与氮化镓基材料之间的晶格差异较大。为了获得比较好的材料质量和比较高的生产效率，在目前主流的氮化镓基发光二极管外延片的制作过程中，通常需要在蓝宝石衬底(主要成分为Al₂O₃)上预先生长氮化铝缓冲层，引进氮化铝缓冲层可以为氮化镓基材料带来应力释放、提供成核中心等作用，实现晶格结构的过渡。但是目前主流技术所采用的氮化铝缓冲层为各组分均匀分布的单层结构，未能完全发挥氮化铝缓冲层对氮化镓基发光二极管带来的性能提升的潜力。

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，能够解决现有技术未能完全发挥氮化铝缓冲层对氮化镓基发光二极管带来的性能提升的潜力的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片，所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层靠近所述衬底的部分中氧的掺杂浓度大于所述缓冲层靠近所述N型半导体层的部分中氧的掺杂浓度。

可选地，所述缓冲层为单层结构，所述单层结构中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐渐减小。

可选地，所述缓冲层为叠层结构，所述叠层结构中氧的掺杂浓度沿所述氮化镓基发光二极管外延片的层叠方向逐层减小。

优选地，所述缓冲层中氧的摩尔浓度的最大值为3％～20％，所述缓冲层中氧的摩尔浓度的最小值为0％～8％。

可选地，所述缓冲层的厚度为5nm～100nm。

另一方面，本发明实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上生长缓冲层；

在所述缓冲层上依次生长N型半导体层、有源层和P型半导体层；

其中，所述缓冲层的材料采用掺有氧的氮化铝，所述缓冲层靠近所述衬底的部分中氧的掺杂浓度大于所述缓冲层靠近所述N型半导体层的部分中氧的掺杂浓度。