[发明专利]一种发光二极管外延片及其制造方法

说明书

本发明公开了一种发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、浅量子阱层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，所述N型半导体层、所述浅量子阱层、所述有源层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上；所述浅量子阱层包括多个浅阱层和多个浅垒层，所述多个浅阱层和所述多个浅垒层交替层叠设置；所述浅阱层为未掺杂的氮化铟镓层，所述浅垒层包括未掺杂的氮化镓层以及插入在所述氮化镓层中的至少一个未掺杂的氮化铝铟层。本发明使浅量子阱层作为N区一侧的电子阻挡层，与P区一侧设置的电子阻挡层搭配，有效避免电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种发光二极管外延片及其制造方法。

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。作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，LED正在被迅速广泛地应用在交通信号灯、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等领域。

外延片是在晶体结构匹配的单晶材料上生长出来的半导体薄膜。对外延片进行工艺加工可形成芯片，芯片封装之后即为发光二极管。现有的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。

有源层包括多个阱层和多个垒层，多个阱层和多个垒层交替层叠设置，垒层将注入有源层的电子和空穴限定在阱层中进行复合发光。通常阱层的材料采用高铟组分的氮化铟镓(InGaN)，垒层的材料采用氮化镓(GaN)。由于氮化镓的晶格常数为3.181，氮化铟的晶格常数为3.538，因此阱层和垒层之间存在较大的晶格失配，阱层和垒层的交界处形成较大的压电极化效应，影响电子和空穴在空间的复合效率，导致LED的发光效率较低。

为了缓解阱层和垒层之间的晶格失配，一般会在有源层生长之前，先在N型半导体层上生长浅量子阱层，即浅量子阱层设置在N型半导体层和有源层之间。浅量子阱层包括多个浅阱层和浅垒层，多个浅阱层和多个浅垒层交替层叠设置；浅阱层的材料采用低铟组分的氮化铟镓，具体为浅阱层中铟组分的含量低于阱层中铟组分的含量；浅垒层的材料采用氮化镓，与垒层的材料一样。浅阱层采用低铟组分的氮化铟镓，与材料采用氮化镓的浅垒层的晶格匹配较好，同时氮化铟镓的生长质量较差，对有源层中阱层和垒层之间的晶格失配具有缓解作用。

另外，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LED中电子的迁移率远高于空穴的迁移率(LED中电子的迁移率和空穴的迁移率相差一个数量级)。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，可以阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。

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：

电子阻挡层的材料采用高铝组分的氮化铝镓(AlGaN)。电子阻挡层中铝组分的含量越高，对电子的阻挡作用越好。但是如果电子阻挡层中铝组分的含量过高，则电子阻挡层在导带有效阻挡电子的同时，在价带也会引入较高的价带带阶阻碍P型半导体层提供的空穴注入有源层中。而如果降低电子阻挡层中铝组分的含量，则无法有效阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层中。

发明内容

本发明实施例提供了一种发光二极管外延片及其制造方法，能够解决现有技术电子阻挡层无法有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中的问题。所述技术方案如下：