[发明专利]氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法

说明书

本公开提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，属于半导体技术领域。所述氮化镓基发光二极管外延片包括衬底、以及依次层叠在所述衬底上的三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，所述N型层包括多个周期交替生长的第一子层和第二子层，所述第一子层为N型GaN层，所述第一子层中的N型掺杂剂的掺杂浓度阈值为2*10²⁰cm^‑3，所述第二子层为未掺杂的GaN层，所述第二子层为三维岛状结构。该氮化镓基发光二极管外延片可以减少N型层中的螺旋位错，从而减少电流集聚效应，提高发光二级管器件的使用寿命。

技术领域

本公开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制造方法。

背景技术

氮化镓(GaN)材料作为第三代半导体材料，较传统砷化镓(GaAs)材料在载流子迁移率，热导率、化学稳定性、抗辐射照能力等方面有较好的表现。且GaN材料在光与电转化方面有突出性能，被广泛应用于强发光、大功率器件中。

现有的GaN基发光二级管外延片包括衬底以及生长在衬底上的GaN外延层。GaN外延层至少包括依次层叠在衬底上的未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层。其中，N型层为掺Si的GaN层，用于提供电子。P型层为掺Mg的GaN层，用于提供空穴。N型层提供的电子和P型层提供的空穴会在多量子阱层进行辐射复合发光。受限于GaN衬底的高额成本，GaN外延过程通常会在蓝宝石衬底或Si衬底上进行。然而GaN外延层与蓝宝石衬底或Si衬底之间均存在着非常严重的晶格常数失配和热失配，会在外延层中引入大量的螺旋位错和张应力。螺旋位错会逐渐延伸和贯穿外延层并对发光二级管的器件性能产生不利影响。

特别是在掺有Si的N型层中，螺型位错还会在纵向(即外延层的生长方向)形成低阻的漏电通道，当发光二级管器件通电后，电流基本完全从漏电通路上流过，产生的热量也全部集中在漏电通路上。由此易导致发光二级管材料局部温度过高，局部热应力过大，最终使得发光二级管器件表面产生击穿孔洞，影响发光二级管器件的使用寿命。

发明内容

本公开实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制造方法，可以减少N型层中的螺旋位错，从而减少电流集聚效应，提高发光二级管器件的使用寿命。所述技术方案如下：

一方面，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、以及依次层叠在所述衬底上的三维成核层、二维恢复层、未掺杂的GaN层、N型层、多量子阱层和P型层，

所述N型层包括多个周期交替生长的第一子层和第二子层，所述第一子层为N型GaN层，所述第一子层中的N型掺杂剂的掺杂浓度阈值为2*10²⁰cm^-3，所述第二子层为未掺杂的GaN层，所述第二子层为三维岛状结构。

可选地，所述第一子层和所述第二子层的厚度成正比。

可选地，所述第一子层和所述第二子层的厚度比为25:2～20：1。

可选地，所述第一子层的厚度为200～500nm，所述第二子层的厚度为10～30nm。

另一方面，提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次生长低温缓冲层、三维成核层、二维恢复层和未掺杂的GaN层；

在所述未掺杂的GaN层上生长N型层，所述N型层包括第一子层和第二子层，所述第一子层为N型GaN层，所述第一子层中的N型掺杂剂的掺杂浓度阈值为2*10²⁰cm^-3，所述第二子层为未掺杂的GaN层，所述第二子层为三维岛状结构；

在所述N型层上依次生长多量子阱层和P型层。