Led的p型外延層、其制作方法及包括其的led外延片的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種LED的P型外延層、其制作方法及包括其的LED外延片。其中，P型外延層包括：量子阱保護(hù)層，設(shè)置于LED中的量子阱層上，量子阱保護(hù)層由AlGaN/InGaN超晶格組成；低溫P型GaN層，設(shè)置于量子阱保護(hù)層上；低溫電子阻擋層，設(shè)置于低溫P型GaN層上，低溫電子阻擋層由P型AlInGaN組成；高溫電子阻擋層，設(shè)置于低溫電子阻擋層上，高溫電子阻擋層由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成；高溫P型GaN層，設(shè)置于高溫電子阻擋層上。該P(yáng)型外延層的高溫生長過程對量子阱層造成的損傷得以減少，且從量子阱層進(jìn)入p型外延層中電子和p型外延層中空穴發(fā)生的非輻射復(fù)合得以減少，從而提高了其發(fā)光效率。
【專利說明】LED的P型外延層、其制作方法及包括其的LED外延片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及半導(dǎo)體照明【技術(shù)領(lǐng)域】，具體而言，涉及一種LED的P型外延層、其制作 方法及包括其的LED外延片。

【背景技術(shù)】
[0002] 發(fā)光二極管（LED)作為一種高效、環(huán)保和綠色新型固態(tài)照明光源，具有體積小、重 量輕、壽命長、可靠性高及使用功耗低等優(yōu)點(diǎn)。GaN基半導(dǎo)體材料具有良好的化學(xué)、熱穩(wěn)定 性和較高的擊穿電壓，是繼第一代硅材料和第二代砷化鎵材料之后的第三代新型半導(dǎo)體材 料。其帶隙從〇. 7eV到3. 4eV連續(xù)可調(diào)，發(fā)光波長覆蓋了可見光和近紫外光的區(qū)域，是生產(chǎn) 高亮度藍(lán)光、綠光和白光LED的最常用材料，廣泛應(yīng)用于背光源、大尺寸屏幕顯示、標(biāo)示標(biāo) 牌指示、信號燈及照明等領(lǐng)域。
[0003] 圖1是現(xiàn)有的GaN基LED外延片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖，該LED外延片包括襯底1(V， 以及沿遠(yuǎn)離襯底10'表面方向上依次設(shè)置的GaN緩沖層20'、u型GaN層30'、η型外延 層40'、量子阱層50'以及ρ型外延層60'。其中，量子阱層50'包括交替設(shè)置的GaN層 和InGaN層，p型外延層60'包括低溫P型GaN層61'、P型AlGaN電子阻擋層62'和高 溫P型GaN層63'。形成該LED外延片的方法通常為：采用M0CVD在襯底10'上外延生長 一層GaN緩沖層20'，然后再生長u型GaN層30'以提高后續(xù)外延晶體的質(zhì)量，在此基礎(chǔ) 上再依次生長η型外延層40'、量子阱層50'和p型外延層60'，從而形成如圖1所示的 LED外延片。
[0004] 上述LED外延片中，由于P型AlGaN電子阻擋層61'和高溫P型GaN的生長溫度 遠(yuǎn)高于量子阱層50'中InGaN層生長溫度，從而會造成InGaN層中In發(fā)生析出，造成量子 阱損傷，從而降低了 LED的發(fā)光效率。同時，P型AlGaN電子阻擋層61'不能有效阻擋量子 阱層50'中電子遷移進(jìn)入p型外延層60'，使得遷移到p型外延層60'中電子和p型外延 層60'中空穴發(fā)生非輻射復(fù)合，從而進(jìn)一步降低了 LED的發(fā)光效率。因此，P型外延層的性 能在很大程度上制約著LED的放光效率的提高，如何提高P型外延層的性能成為提高LED 發(fā)光效率的關(guān)鍵之一。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明旨在提供一種LED的P型外延層、其制作方法及包括其的LED外延片，以減 少P型外延層的高溫生長過程對量子阱層造成的損傷，并減少從量子阱層進(jìn)入P型外延層 中電子和P型外延層中空穴之間發(fā)生的非輻射復(fù)合，從而提高LED的發(fā)光效率。
[0006] 為了解決上述問題，本發(fā)明提供了一種LED的P型外延層，該P(yáng)型外延層包括：量 子阱保護(hù)層，設(shè)置于LED中的量子阱層上，量子阱保護(hù)層由AlGaN/InGaN超晶格組成；低溫 P型GaN層，設(shè)置于量子阱保護(hù)層上；低溫電子阻擋層，設(shè)置于低溫P型GaN層上，低溫電子 阻擋層由P型AlInGaN組成；高溫電子阻擋層，設(shè)置于低溫電子阻擋層上，高溫電子阻擋層 由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成；高溫P型GaN層，設(shè)置于高溫電子阻擋層上。
[0007] 進(jìn)一步地，上述P型外延層中，量子阱保護(hù)層中，AlGaN/InGaN超晶格中A1組分濃 度為1E19?1. 0E20atom/cm3, In組分濃度為1E18?1. 0E19atom/cm3 ;低溫電子阻擋層中， P型AlInGaN為Mg摻雜AlInGaN，其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3, A1組分濃 度為5E19?lE20atom/cm3, In組分濃度為1E18?lE19atom/cm3 ;高溫電子阻擋層中，P型 AlGaN/P型InGaN超晶格為Mg摻雜AlGaN/Mg摻雜InGaN超晶格，其中Mg組分濃度為1E19? 5E19atom/cm 3, A1 組分濃度為 lE19_lE20atom/cm3，In 組分濃度為 1E18 ?5E19atom/cm3。
[0008] 進(jìn)一步地，上述P型外延層中，量子阱保護(hù)層中，AlGaN/InGaN超晶格包括3?10 組交替設(shè)置的AlGaN層和InGaN層，各AlGaN層的厚度為0. 5?3nm，各InGaN層的厚度為 0· 5?3nm，AlGaN/InGaN超晶格的總厚度為10?50nm ;低溫電子阻擋層的厚度為20? 50nm ;高溫電子阻擋層中，P型AlGaN/P型InGaN超晶格包括5?10組交替設(shè)置的P型AlGaN 層和P型InGaN層，每組P型AlGaN層和P型InGaN層的厚度為2?8nm，各P型AlGaN和 各P型InGaN層的厚度比為0. 5?2，P型AlGaN/P型InGaN超晶格的總厚度為30?80nm。
[0009] 進(jìn)一步地，上述P型外延層中，低溫P型GaN層為Mg摻雜P型GaN層，其中Mg組 分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,低溫P型GaN層的厚度為20?50nm ;高溫P型GaN層 為Mg摻雜P型GaN層，其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,高溫P型GaN層的厚 度為50?100nm。
[0010] 進(jìn)一步地，上述P型外延層還包括設(shè)置于高溫P型GaN層上的P型接觸層，P型接 觸層為Mg摻雜InGaN層。
[0011] 進(jìn)一步地，上述P型外延層中，P型接觸層中Mg組分濃度為1E20?5E20atom/cm3， In組分濃度為1E18?lE19atom/cm3, P型接觸層的厚度為5?10nm。
[0012] 本發(fā)明還提供了一種LED的P型外延層的制作方法，該制作方法包括：在LED中 的量子阱層上形成量子阱保護(hù)層，量子阱保護(hù)層由AlGaN/InGaN超晶格組成；在量子阱保 護(hù)層上形成低溫P型GaN層；在低溫P型GaN層上形成低溫電子阻擋層，低溫電子阻擋層 由P型AlInGaN組成；在低溫電子阻擋層上形成高溫電子阻擋層，高溫電子阻擋層由P型 AlGaN/P型InGaN超晶格組成；在高溫電子阻擋層上形成高溫P型GaN層。
[0013] 進(jìn)一步地，上述制作方法中，在溫度為800?880°C、壓力為100?300torr的條件 下生長AlGaN/InGaN超晶格；在溫度為750?800°C、壓力為100?300torr的條件下生長 低溫P型GaN層；在溫度為780?900°C、壓力為100?300torr的條件下生長P型AlInGaN ; 在溫度為900?1050°C、壓力為100?300torr的條件下生長P型AlGaN/P型InGaN超晶 格；在溫度為900?1050°C、壓力為100?300torr的條件下生長高溫P型GaN層。
[0014] 進(jìn)一步地，上述制作方法中，形成量子阱保護(hù)層中，交替形成3?10組AlGaN層 和InGaN層以形成AlGaN/InGaN超晶格，其AlGaN/InGaN超晶格中A1組分濃度為1E19? 1. 0E20atom/cm3，In 組分濃度為 1E18 ?1. 0E19atom/cm3，各 AlGaN 層的厚度為 0· 5 ? 3nm，各InGaN層的厚度為0· 5?3nm，AlGaN/InGaN超晶格的總厚度為10?50nm ;形成 低溫電子阻擋層的步驟中，形成Mg摻雜AlInGaN以形成P型AlInGaN ;其中Mg組分濃度 為 5E19-1. 5E20atom/cm3, A1 組分濃度為 5E19 ?lE20atom/cm3, In 組分濃度為 1E18 ? lE19atom/cm3, P型AlInGaN的厚度為20?50nm ;形成高溫電子阻擋層的步驟中，交替形 成5?10組Mg摻雜AlGaN層和Mg摻雜InGaN層以形成P型AlGaN/P型InGaN超晶格，其 中Mg組分濃度為lE19-5E19atom/cm3, A1組分濃度為lE19-lE20atom/cm3, In組分濃度為 1E18?5E19atom/cm3,每組P型AlGaN層和P型InGaN層的厚度為2?8nm，各P型AlGaN 和各P型InGaN層的厚度比為0. 5?2, P型AlGaN/P型InGaN超晶格的厚度為30?80nm。
[0015] 進(jìn)一步地，上述制作方法中，形成低溫P型GaN層的步驟中，形成Mg摻雜GaN層以 形成低溫P型GaN層，其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,低溫P型GaN層的厚度 為20?50nm ;形成高溫P型GaN層的步驟中，形成Mg摻雜GaN層以形成高溫P型GaN層， 其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,高溫P型GaN層的厚度為50?200nm。
[0016] 進(jìn)一步地，上述制作方法還包括在高溫P型GaN層上形成P型接觸層，包括以下步 驟：在溫度為650?750°C、壓力為100?300torr的條件下生長Mg摻雜InGaN以形成P型 接觸層，其中Mg組分濃度為1E20?5E20atom/cm 3, In組分濃度為1. 0E18?1. 0E19atom/ cm3, P型接觸層的厚度為5?10nm。
[0017] 進(jìn)一步地，上述制作方法中，在形成P型接觸的步驟之后，在溫度為700?750°C、 氮?dú)鈿夥障卤?0?30分鐘。
[0018] 本申請還提供了一種LED外延片，包括襯底，以及沿遠(yuǎn)離襯底表面方向上依次設(shè) 置的GaN緩沖層、u型GaN層、η型GaN層、量子阱層以及p型GaN層，其特征在于，p型GaN 層為本發(fā)明上述的P型外延層。
[0019] 應(yīng)用本發(fā)明的技術(shù)方案，本發(fā)明提供了一種LED的P型外延層，包括由AlGaN/ InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù)層，低溫P型GaN層，由P型AlInGaN組成的低溫電子阻 擋層，由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成的高溫電子阻擋層，以及高溫P型GaN層。該 低溫電子阻擋層和低溫P型GaN層的生長溫度較低，從而減少了 P型外延層的高溫生長過 程對量子阱層造成的損傷，從而提高了 LED的發(fā)光效率。該量子阱保護(hù)層、低溫電子阻擋 層和高溫電子阻擋層能夠有效阻擋電子從量子阱層向P型外延層中遷移，從而減少了從量 子阱層進(jìn)入P型外延層中電子和P型外延層中空穴之間發(fā)生的非輻射復(fù)合，從而進(jìn)一步提 高了 LED的發(fā)光效率。同時，由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成的高溫電子阻擋層和由 AlGaN/InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù)層會形成二維載流子氣，且二維載流子氣有利于空 穴的均勻擴(kuò)展，從而有效提高了空穴的遷移率，增加了電子與空穴的復(fù)合效率，并進(jìn)一步提 高了 LED的發(fā)光效率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實(shí) 施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：
[0021] 圖1示出了現(xiàn)有的LED外延片的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022] 圖2示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的LED的p型外延層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0023] 圖3示出了本發(fā)明實(shí)施方式所提供的LED的p型外延層的制作方法的流程示意 圖；
[0024] 圖4示出了在本發(fā)明實(shí)施方式所提供的LED的p型外延層的制作方法中，在LED中 量子阱層上形成由AlGaN/InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù)層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0025] 圖5示出了在圖4所示的量子阱保護(hù)層上形成低溫P型GaN層后的基體的剖面結(jié) 構(gòu)示意圖；
[0026] 圖6示出了在圖5所示的低溫P型GaN層上形成由P型AlInGaN組成的低溫電子 阻擋層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0027] 圖7示出了在圖6所示的低溫電子阻擋層上形成由P型AlGaN/P型InGaN超晶格 組成的高溫電子阻擋層后的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖；以及
[0028] 圖8示出了在圖7所示的高溫電子阻擋層上形成高溫P型GaN層后的基體的剖面 結(jié)構(gòu)示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0029] 需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實(shí)施例及實(shí)施例中的特征可以相 互組合。下面將參考附圖并結(jié)合實(shí)施例來詳細(xì)說明本申請。
[0030] 需要注意的是，這里所使用的術(shù)語僅是為了描述【具體實(shí)施方式】，而非意圖限制根 據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式 也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說明書中使用屬于"包含"和/或"包 括"時，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。
[0031] 為了便于描述，在這里可以使用空間相對術(shù)語，如"在……之上"、"在……上方"、 "在……上表面"、"上面的"等，用來描述如在圖中所示的一個器件或特征與其他器件或特 征的空間位置關(guān)系。應(yīng)當(dāng)理解的是，空間相對術(shù)語旨在包含除了器件在圖中所描述的方位 之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附圖中的器件被倒置，則描述為"在其他器 件或構(gòu)造上方"或"在其他器件或構(gòu)造之上"的器件之后將被定位為"在其他器件或構(gòu)造下 方"或"在其他器件或構(gòu)造之下"。因而，示例性術(shù)語"在……上方"可以包括"在……上方" 和"在……下方"兩種方位。該器件也可以其他不同方式定位（旋轉(zhuǎn)90度或處于其他方 位），并且對這里所使用的空間相對描述作出相應(yīng)解釋。
[0032] 在本發(fā)明中術(shù)語P型GaN層是指摻雜Mg或摻雜A1或同時摻雜Mg和A1后形成的 GaN層；術(shù)語N型GaN層是指摻雜Si后形成的GaN層；術(shù)語u型GaN層是指未摻雜的GaN 層。
[0033] 由【背景技術(shù)】可知，現(xiàn)有P型外延層的高溫生長過程對量子阱層造成的損傷，同時 現(xiàn)有P型外延層中P型AlGaN電子阻擋層不能有效阻擋量子阱層中電子遷移進(jìn)入p型外延 層，使得遷移到P型外延層中電子和P型外延層中空穴發(fā)生非輻射復(fù)合，從而降低了 LED的 發(fā)光效率。本發(fā)明的發(fā)明人針對上述問題進(jìn)行研究，提出了一種LED的P型外延層。如圖2 所示，該P(yáng)型外延層包括：量子阱保護(hù)層10,設(shè)置于LED中的量子阱層上，量子阱保護(hù)層10 由AlGaN/InGaN超晶格組成；低溫P型GaN層20,設(shè)置于量子阱保護(hù)層10上；低溫電子阻 擋層30,設(shè)置于低溫P型GaN層20上，低溫電子阻擋層30由P型A1 InGaN組成；高溫電子 阻擋層40,設(shè)置于低溫電子阻擋層30上，高溫電子阻擋層40由P型AlGaN/P型InGaN超晶 格組成；高溫P型GaN層50,設(shè)置于高溫電子阻擋層40上。
[0034] 上述LED的P型外延層中，低溫電子阻擋層30和低溫P型GaN層20的生長溫度 較低，從而減少了 P型外延層的高溫生長過程對量子阱層造成的損傷，從而提高了 LED的發(fā) 光效率。量子阱保護(hù)層10、低溫電子阻擋層30和高溫電子阻擋層40能夠有效阻擋電子從 量子阱層向P型外延層中遷移，從而減少了從量子阱層進(jìn)入P型外延層中電子和P型外延 層中空穴之間發(fā)生的非輻射復(fù)合，從而進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。同時，由P型AlGaN/ P型InGaN超晶格組成的高溫電子阻擋層40和由AlGaN/InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù) 層10會形成二維載流子氣，且二維載流子氣有利于空穴的均勻擴(kuò)展，從而有效提高了空穴 的遷移率，增加了電子與空穴的復(fù)合效率，并進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。
[0035] 本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)設(shè)定上述P型外延層中各組分的濃度。 為了進(jìn)一步提高LED的發(fā)光效率，在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，量子阱保護(hù)層10中，AlGaN/ InGaN超晶格中A1組分濃度為1E19?L 0E20atom/cm3, In組分濃度為1E18?lE19atom/ cm3 ;低溫電子阻擋層30中，P型AlInGaN為Mg摻雜AlInGaN，其中Mg組分濃度為5E19? 1. 5E20atom/cm3，A1 組分濃度為 5E19 ?lE20atom/cm3，In 組分濃度為 1E18 ?lE19atom/ cm3 ;高溫電子阻擋層40中，P型AlGaN/P型InGaN超晶格為Mg摻雜AlGaN/Mg摻雜InGaN 超晶格，其中Mg組分濃度為lE19-5E19atom/cm 3, A1組分濃度為lE19-lE20atom/cm3, In組 分濃度為1E18?5E19atom/cm3。更為優(yōu)選地，低溫P型GaN層20為Mg摻雜P型GaN層， 其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,高溫P型GaN層50為Mg摻雜P型GaN層，其 中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3。
[0036] 上述P型外延層中各層的厚度可以根據(jù)實(shí)際工藝需求進(jìn)行設(shè)定。在一種優(yōu)選的實(shí) 施方式中，量子阱保護(hù)層10中，AlGaN/InGaN超晶格包括3?10組交替設(shè)置的AlGaN層11 和InGaN層13,各AlGaN層11的厚度為0. 5?3nm，各InGaN層13的厚度為0. 5?3nm， AlGaN/InGaN超晶格的總厚度為10?50nm ;低溫電子阻擋層30的厚度為10?30nm ;高溫 電子阻擋層40中，P型AlGaN/P型InGaN超晶格包括5?10組交替設(shè)置的P型AlGaN層 41和P型InGaN層43,每組P型AlGaN層41和P型InGaN層43的厚度為2?8nm，各P型 AlGaN和各P型InGaN層43的厚度比為0. 5?2, P型AlGaN/P型InGaN超晶格的厚度為 30?80nm。此優(yōu)選實(shí)施方式所提供的P型外延層能夠進(jìn)一步提高LED的發(fā)光效率。更為優(yōu) 選地，低溫P型GaN層20的厚度為20?50nm，高溫P型GaN層50的厚度為50?200nm。
[0037] 上述P型外延層還可以包括設(shè)置于高溫P型GaN層50上的P型接觸層，P型接觸 層為Mg摻雜InGaN層。P型接觸層的厚度和組分濃度可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行設(shè)定。優(yōu)選 地，P型接觸層中Mg組分濃度為1E20?5E20atom/cm 3, In組分濃度為1E18?5E19atom/ cm3, P型接觸層的厚度為5?10nm。
[0038] 上述P型外延層與η型外延層、量子阱層等結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成LED外延片。LED外延片 的結(jié)構(gòu)可以具有現(xiàn)有技術(shù)中常見的結(jié)構(gòu)。舉例來說，LED外延片包括襯底，沿遠(yuǎn)離襯底的表 面依次形成的GaN緩沖層、u型GaN、η型外延層、量子講層和p型外延層。當(dāng)然，LED外延 片也可以具有其他結(jié)構(gòu)，本發(fā)明提及的LED及LED外延片的結(jié)構(gòu)并不僅限于此。
[0039] 同時，本發(fā)明還提供了一種LED的P型外延層的制作方法。如圖3所示，該制作方 法包括：在LED中的量子阱層上形成量子阱保護(hù)層10,量子阱保護(hù)層10由AlGaN/InGaN超 晶格組成；在量子阱保護(hù)層10上形成低溫P型GaN層20 ;在低溫P型GaN層20上形成低 溫電子阻擋層30,低溫電子阻擋層30由P型AlInGaN組成；在低溫電子阻擋層30上形成 高溫電子阻擋層40,高溫電子阻擋層40由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成；在高溫電子 阻擋層40上形成高溫P型GaN層50。
[0040] 上述制作方法通過依次形成由AlGaN/InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù)層10,低溫 P型GaN層20,由P型AlInGaN組成的低溫電子阻擋層30,由P型AlGaN/P型InGaN超晶格 組成的高溫電子阻擋層40,以及高溫P型GaN層50,從而形成了 LED的P型外延層。其中， 低溫電子阻擋層30和低溫P型GaN層20的生長溫度較低，從而減少了 P型外延層的高溫 生長過程對量子阱層造成的損傷，從而提高了 LED的發(fā)光效率。量子阱保護(hù)層10、低溫電子 阻擋層30和高溫電子阻擋層40能夠有效阻擋電子從量子阱層向P型外延層中遷移，從而 減少了從量子阱層進(jìn)入P型外延層中電子和P型外延層中空穴之間發(fā)生的非輻射復(fù)合，從 而進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。同時，由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成的高溫電子 阻擋層40和由AlGaN/InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù)層10會形成二維載流子氣，且二維 載流子氣有利于空穴的均勻擴(kuò)展，從而有效提高了空穴的遷移率，增加了電子與空穴的復(fù) 合效率，并進(jìn)一步提高了 LED的發(fā)光效率。
[0041] 下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)本申請的示例性實(shí)施方式。然而，這些示例性實(shí)施方式 可以由多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng) 理解的是，提供這些實(shí)施方式是為了使得本申請的公開徹底且完整，并且將這些示例性實(shí) 施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員，在附圖中，為了清楚起見，擴(kuò)大了層和區(qū)域 的厚度，并且使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的器件，因而將省略對它們的描述。
[0042] 圖4至圖8示出了本申請?zhí)峁┑腖ED的P型外延層的制作方法中，經(jīng)過各個步驟 后得到的基體的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。下面將結(jié)合圖4至圖8,進(jìn)一步說明本申請所提供的LED 的P型外延層的制作方法。
[0043] 首先，在LED中量子阱層上形成由AlGaN/InGaN超晶格組成的量子阱保護(hù)層10,進(jìn) 而形成如圖4所示的基體結(jié)構(gòu)。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成量子阱保護(hù)層10的步驟包 括：向M0CVD反應(yīng)室通入反應(yīng)氣體，在溫度為800?880°C、壓力為100?300torr的條件 下反應(yīng)生長AlGaN/InGaN超晶格。
[0044] 形成AlGaN的反應(yīng)氣體可以為TMGa、NH3和Cp2Mg，形成InGaN的反應(yīng)氣體可以為 丁1?^、順 3和了1〇11。而且，本領(lǐng)域的技術(shù)人員有能力通過控制反應(yīng)氣體的配比以調(diào)整AlGaN/ InGaN超晶格中各組分的濃度。優(yōu)選地，AlGaN/InGaN超晶格中A1組分濃度為1E19? 1. 0E20atom/cm3，In組分濃度為1. 0E18?1. 0E19atom/cm3。同時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可 以通過控制反應(yīng)氣體的流量以及反應(yīng)時間等以調(diào)整AlGaN/InGaN超晶格中各層的厚度。優(yōu) 選地，形成量子阱保護(hù)層10的步驟中交替形成3?10組AlGaN層11和InGaN層13以形 成AlGaN/InGaN超晶格，其中各AlGaN層11的厚度為0. 5?3nm，各InGaN層13的厚度為 0· 5?3nm，AlGaN/InGaN超晶格的總厚度為10?50nm ;
[0045] 然后，在圖4所示的量子阱保護(hù)層10上形成低溫P型GaN層20,進(jìn)而形成如圖5 所示的基體結(jié)構(gòu)。在一種優(yōu)選實(shí)施方式中，該步驟包括：向M0CVD反應(yīng)室通入TMGa、NH 3、 Cp2Mg，在溫度為750?800°C、壓力為100?300torr的條件下生長低溫P型GaN層20Mg 慘雜GaN層。
[0046] 上述低溫P型GaN層20中Mg組分濃度以及低溫P型GaN層20的厚度可以根據(jù)現(xiàn) 有技術(shù)進(jìn)行設(shè)定。優(yōu)選地，低溫P型GaN層20中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3， 低溫P型GaN層20的厚度為20?50nm。
[0047] 接下來，在圖5所示的低溫P型GaN層20上形成由P型AlInGaN組成的低溫電子 阻擋層30,進(jìn)行形成如圖6所示的基體結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，形成低溫電子阻擋層30的步驟包括： 向M0CVD反應(yīng)室通入TMGa、NH3、Cp 2Mg、TMAl和TMIn，在溫度為780?900°C、壓力為100? 300torr的條件下生長形成P型AlInGaN。
[0048] 上述P型AlInGaN中各組分的濃度可以通過控制反應(yīng)氣體的配比進(jìn)行調(diào)節(jié)。優(yōu) 選地，P型AlInGaN，其中Mg組分濃度為5E19-1. 5E20atom/cm3, A1組分濃度為5E19? lE20atom/cm3，In組分濃度為1E18?lE19atom/cm3。同時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員也可以根據(jù) 本申請的教導(dǎo)設(shè)定P型AlInGaN的厚度。優(yōu)選地，P型AlInGaN的厚度為20?50nm。
[0049] 接下來，在圖6所示的低溫電子阻擋層30上形成由P型AlGaN/P型InGaN超晶格 組成的高溫電子阻擋層40,進(jìn)而形成如圖7所示的基體結(jié)構(gòu)。形成高溫電子阻擋層40的步 驟可以為：通入反應(yīng)氣體，在溫度為900?1050°C、壓力為100?300torr的條件下生長P 型AlGaN/P型InGaN超晶格。
[0050] 形成P型AlGaN的反應(yīng)氣體可以為TMGa、NH3、Cp2Mg和TMA1，形成P型InGaN的反 應(yīng)氣體可以為TMGa、NH 3、Cp2Mg和TMIn。本領(lǐng)域的技術(shù)人員有能力通過控制反應(yīng)氣體的配 比以調(diào)整P型AlGaN/P型InGaN超晶格中各組分的濃度。優(yōu)選地，P型AlGaN/P型InGaN超 晶格中Mg組分濃度為lE19-5E19atom/cm 3，Al組分濃度為lE19-lE20atom/cm3，In組分濃度 為1E18?5E19atom/cm 3。同時，本領(lǐng)域的技術(shù)人員還可以通過控制反應(yīng)氣體的流量以及反 應(yīng)時間等以調(diào)整P型AlGaN/P型InGaN超晶格中各層的厚度。優(yōu)選地，形成高溫電子阻擋層 40的步驟中，交替形成5?10組Mg摻雜AlGaN層和Mg摻雜InGaN層以形成P型AlGaN/ P型InGaN超晶格，其中，每組P型AlGaN層41和P型InGaN層43的厚度為2?8nm，各P 型AlGaN和各P型InGaN層43的厚度比為0. 5?2, P型AlGaN/P型InGaN超晶格的厚度 為 30 ?80nm。
[0051] 最后，在如圖7所示的高溫電子阻擋層40上形成高溫P型GaN層50,進(jìn)行形成如 圖8所示的基體。形成高溫P型GaN層50的步驟可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行設(shè)定。在一種優(yōu) 選的實(shí)施方式中，形成高溫P型GaN層50的步驟包括：向M0CVD反應(yīng)室通入TMGa、NH 3和 Cp2Mg，在溫度為900?1050°C、壓力為100?300torr的條件下生長高溫P型GaN層50。
[0052] 上述高溫P型GaN層50中Mg組分濃度以及高溫P型GaN層50的厚度可以根據(jù)現(xiàn) 有技術(shù)進(jìn)行設(shè)定。優(yōu)選地，高溫P型GaN層50中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3， 高溫P型GaN層50的厚度為50?200nm。
[0053] 完成上述步驟之后，本發(fā)明提供的制作方法還可以在高溫P型GaN層50上形成p 型接觸層。在一種優(yōu)選的實(shí)施方式中，形成P型接觸層的步驟包括：向M0CVD反應(yīng)室通入 TMGa、NH3、Cp2Mg和TMIn，在溫度為650?750°C、壓力為100?300torr的條件下生長Mg 摻雜InGaN以形成P型接觸層，其中Mg組分濃度為1E20?5E20atom/cm3, In組分濃度為 1E18?lE19atom/cm3, P型接觸層的厚度為5?20nm。需要注意的是，在形成P型接觸的 步驟之后，還可以在溫度為700?750°C、氮?dú)鈿夥障卤?0?30分鐘。
[0054] 上述P型外延層與η型外延層、量子阱層等結(jié)構(gòu)共同構(gòu)成LED外延片。形成LED 外延片的方法可以具有現(xiàn)有技術(shù)中常見的方法。舉例來說，形成LED外延片的方法包括：沿 遠(yuǎn)離襯底的表面依次形成GaN緩沖層、u型GaN、η型外延層、應(yīng)力釋放層、量子阱層和p型 外延層。
[0055] 作為示例，下面給出形成GaN緩沖層、u型GaN、n型外延層和量子阱層的一種可選 實(shí)施方式，包括以下步驟：
[0056] 將藍(lán)寶石襯底放置于M0CVD反應(yīng)室里，在溫度在1000?1200°C條件下，用H2或 NH3等氣體高溫處理藍(lán)寶石襯底5?10分鐘；
[0057] 將反應(yīng)室中溫度降至500?600°C (最佳溫度為550°C )，通入TMGa和NH3,壓力 控制在300torr?650torr，在藍(lán)寶石襯底上生長厚度為15?40nm厚的GaN緩沖層；
[0058] 升溫至950?1KKTC，高溫退火200?500s ;將溫度調(diào)至1000?1KKTC，通入 TMGa和NH3，壓力控制在300torr?700torr，在GaN緩沖層上生長厚度為0. 8?1. 2um的第 一 u型GaN，再升溫至1050?1KKTC，壓力控制在lOOtorr?500torr，在第一 u型GaN上 生長厚度為2?3um的第二u型GaN，且該第一 u型GaN和第二u型GaN組成u型GaN層；
[0059] 將溫度調(diào)至1000?1KKTC，通入TMGa、NH3和SiH4，在u型GaN層上生長厚度為 2?3um的η型GaN層，其中Si組分濃度控制在5E18?2E19atom/cm 3 ;
[0060] 將溫度調(diào)至800°C?900°C，壓力控制在lOOtorr?300torr，生長3?20組 InGaN/GaN以形成應(yīng)力釋放層，其中每層InGaN的厚度控制在1?10nm，每層GaN的厚度控 制在20?50nm ;
[0061] 交替生長由7?15組InGaN阱層和GaN壘層組成的量子阱層（MQW)，其中在壓力 為lOOtorr?300torr，溫度為750°C的條件下生長2?4nm InGaN講層，在溫度為820? 880°C、壓力為lOOtorr?300torr的條件下生長10?15nm GaN魚層。
[0062] 至此，完成了 LED外延片中GaN緩沖層、u型GaN、n型外延層、應(yīng)力釋放層、量子阱 層的制作過程，接下來按照本發(fā)明提供的方法在量子阱層上形成P型外延層，即完成LED外 延片的制作過程。
[0063] 另外，本發(fā)明還提供了一種LED外延片，包括襯底，以及沿遠(yuǎn)離襯底表面方向上依 次設(shè)置的GaN緩沖層、u型GaN層、η型GaN層、量子阱層以及p型GaN層，其中，p型GaN層 為本申請上述的P型外延層。該LED外延片中P型外延層的高溫生長過程對量子阱層造成 的損傷得以減少，且從量子阱層進(jìn)入P型外延層中電子和P型外延層中空穴之間發(fā)生的非 輻射復(fù)合得以減少，從而提高了 LED外延片的發(fā)光效率。
[0064] 下面將更詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方式。然而，這些示例性實(shí)施方式 可以由多種不同的形式來實(shí)施，并且不應(yīng)當(dāng)被解釋為只限于這里所闡述的實(shí)施方式。應(yīng)當(dāng) 理解的是，提供這些實(shí)施方式是為了使得本發(fā)明的公開徹底且完整，并且將這些示例性實(shí) 施方式的構(gòu)思充分傳達(dá)給本領(lǐng)域普通技術(shù)人員。
[0065] 下面將結(jié)合實(shí)施例進(jìn)一步說明本發(fā)明提供的LED的P型外延層及其制作方法。
[0066] 實(shí)施例1
[0067] 本實(shí)施例提供了 LED外延片的制作方法，包括在藍(lán)寶石襯底上沿遠(yuǎn)離藍(lán)寶石襯底 方向上依次形成GaN緩沖層、u型GaN、η型外延層、應(yīng)力釋放層、量子阱層和P型外延層的 步驟，其中形成Ρ型外延層的步驟包括：
[0068] 在量子阱層（MQW)上生長量子阱保護(hù)層（由AlGaN/InGaN超晶格組成），其中生 長條件為壓力控制在100torr-300torr，溫度調(diào)至830°C生長AlGaN/InGaN超晶格層，AlGaN 單層厚度控制在2nm，InGaN單層厚度控制在2nm，周期為5個，總厚度控制在20nm ;
[0069] 溫度調(diào)至780°C，壓力控制在lOOtorr, Mg組分濃度控制在5E19atom/cm3,生長厚 度為30nm的低溫P型GaN層。
[0070] 溫度調(diào)至820°0，壓力控制在100如1^，]\%組分濃度控制在觀193丨〇111/〇11 3，111組分 濃度控制在：lE19at〇m/cm3,生長厚度為40nm的低溫電子阻擋層（由P型AlInGaN組成）；
[0071] 溫度調(diào)至980°C，生長壓力控制在lOOtorr，生長高溫電子阻擋層（由P型AlGaN/P 型InGaN超晶格組成），其中AlGaN和GaN層的厚度比是1: 1，單層厚度是，3nm，周期為10， 生長總厚度為60nm，Mg摻雜濃度控制在5E19atom/cm3, A1組分濃度控制在8E19atom/cm3 ;
[0072] 溫度調(diào)至980°C，生長壓力控制在lOOtorr，Mg摻雜濃度控制在8E19atom/cm 3,生 長厚度為120nm的高溫P型GaN層；
[0073] 溫度調(diào)至700°C，壓力控制在lOOtorr，生長厚度為10nm的P型接觸層（由低溫?fù)?鎂InGaN組成。
[0074] 對比例1
[0075] 本對比例提供了 LED外延片的制作方法，包括在藍(lán)寶石襯底上沿遠(yuǎn)離藍(lán)寶石襯底 方向上依次形成GaN緩沖層、u型GaN、η型外延層、應(yīng)力釋放層、量子阱層和P型外延層的 步驟，其中形成Ρ型外延層的步驟包括：
[0076] 在量子阱層（MQW)生長完畢后，溫度調(diào)至780°C，壓力控制在lOOtorr，Mg組分濃 度控制在：5E19atom/cm 3,生長厚度為40nm的低溫P型GaN層；
[0077] 溫度調(diào)至960°C，生長壓力控制在lOOtorr，Mg摻雜濃度控制在1. 5E19atom/cm3, In組分濃度控制在：5E18atom/cm3,生長100nm高溫電子阻擋層（由P型AlInGaN組成）；
[0078] 溫度調(diào)至980°C，生長壓力控制在150torr，Mg摻雜濃度控制在8E19atom/cm 3,生 長厚度為l〇〇nm的高溫P型GaN層；
[0079] 溫度調(diào)至700°C，生長壓力控制在lOOtorr，生長厚度為10nm的P型接觸層（由低 溫?fù)芥VInGaN組成。
[0080] 測試：將實(shí)施例1和對比例1所得的LED外延片按正裝LED芯片制程制成 28milX28mil芯片，主波長為450nm的LED芯片。在350mA驅(qū)動電流下，COW數(shù)據(jù)點(diǎn)測機(jī) (型號為惠特FWP6000)儀器測定各LED芯片C0W亮度的發(fā)光效率。所得各LED芯片的平均 發(fā)光效率請見表1。
[0081] 表 1
[0082]

【權(quán)利要求】
1. 一種LED的P型外延層，其特征在于，所述P型外延層包括： 量子阱保護(hù)層（10)，設(shè)置于所述LED中的量子阱層上，所述量子阱保護(hù)層（10)由 AlGaN/InGaN超晶格組成； 低溫P型GaN層（20)，設(shè)置于所述量子阱保護(hù)層（10)上； 低溫電子阻擋層（30)，設(shè)置于所述低溫P型GaN層（20)上，所述低溫電子阻擋層（30) 由P型AlInGaN組成； 高溫電子阻擋層（40)，設(shè)置于所述低溫電子阻擋層（30)上，所述高溫電子阻擋層（40) 由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成； 高溫P型GaN層（50)，設(shè)置于所述高溫電子阻擋層（40)上。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型外延層，其特征在于， 所述量子阱保護(hù)層（10)中，所述AlGaN/InGaN超晶格中A1組分濃度為1E19? 1. 0E20atom/cm3，In 組分濃度為 1E18 ?lE19atom/cm3 ; 所述低溫電子阻擋層（30)中，所述P型AlInGaN為Mg摻雜AlInGaN，其中Mg組分濃 度為 5E19-L 5E20atom/cm3, A1 組分濃度為 5E19 ?lE20atom/cm3, In 組分濃度為 1E18 ? lE19atom/cm3； 所述高溫電子阻擋層（40)中，所述P型AlGaN/P型InGaN超晶格為Mg摻雜AlGaN/Mg 摻雜InGaN超晶格，其中Mg組分濃度為lE19-5E19atom/cm3，Al組分濃度為lE19-lE20atom/ cm3，In 組分濃度為 1E18 ?5E19atom/cm3。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的P型外延層，其特征在于， 所述量子阱保護(hù)層（10)中，所述AlGaN/InGaN超晶格包括3?10組交替設(shè)置的AlGaN 層（11)和InGaN層（13)，各所述AlGaN層（11)的厚度為0. 5?3nm，各所述InGaN層（13) 的厚度為〇· 5?3nm，所述AlGaN/InGaN超晶格的總厚度為10?50nm ; 所述低溫電子阻擋層（30)的厚度為20?50nm ; 所述高溫電子阻擋層（40)中，所述P型AlGaN/P型InGaN超晶格包括5?10組交替 設(shè)置的P型AlGaN層（41)和P型InGaN層（43)，每組所述P型AlGaN層（41)和所述P型 InGaN層（43)的厚度為2?8nm，各所述P型AlGaN和各所述P型InGaN層（43)的厚度比 為0. 5?2,所述P型AlGaN/P型InGaN超晶格的厚度為30?80nm。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的P型外延層，其特征在于， 所述低溫P型GaN層（20)為Mg摻雜P型GaN層，其中Mg組分濃度為5E19? 1. 5E20atom/cm3,所述低溫P型GaN層（20)的厚度為20?50nm ; 所述高溫P型GaN層（50)為Mg摻雜P型GaN層，其中Mg組分濃度為5E19? 1. 5E20atom/cm3,所述高溫P型GaN層（50)的厚度為50?200nm。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的P型外延層，其特征在于，所述P型外延層還包 括設(shè)置于所述高溫P型GaN層（50)上的P型接觸層，所述P型接觸層為Mg摻雜InGaN層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的P型外延層，其特征在于，所述P型接觸層中Mg組分濃度為 1E20?5E20atom/cm3, In組分濃度為1E18?lE19atom/cm3,所述P型接觸層的厚度為5? 10nm〇
7. -種LED的P型外延層的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括： 在所述LED中的量子阱層上形成量子阱保護(hù)層（10)，所述量子阱保護(hù)層（10)由 AlGaN/InGaN超晶格組成； 在所述量子阱保護(hù)層（10)上形成低溫P型GaN層（20); 在所述低溫P型GaN層（20)上形成低溫電子阻擋層（30)，所述低溫電子阻擋層（30) 由P型AlInGaN組成； 在所述低溫電子阻擋層（30)上形成高溫電子阻擋層（40)，所述高溫電子阻擋層（40) 由P型AlGaN/P型InGaN超晶格組成； 在所述高溫電子阻擋層（40)上形成高溫P型GaN層（50)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于， 在溫度為800?880°C、壓力為100?300torr的條件下生長所述AlGaN/InGaN超晶 格； 在溫度為750?800°C、壓力為100?300torr的條件下生長所述低溫P型GaN層 (20)； 在溫度為780?900°C、壓力為100?300torr的條件下生長所述P型AlInGaN ; 在溫度為900?1050°C、壓力為100?300torr的條件下生長所述P型AlGaN/P型 InGaN超晶格； 在溫度為900?1050°C、壓力為100?300torr的條件下生長所述高溫P型GaN層 (50)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求8所述的制作方法，其特征在于， 形成所述量子阱保護(hù)層（10)中，交替形成3?10組AlGaN層（11)和InGaN層（13) 以形成所述AlGaN/InGaN超晶格，所述AlGaN/InGaN超晶格中A1組分濃度為1E19? 1.0E20atom/cm 3，In 組分濃度為 1E18 ?lE19atom/cm3,各所述 AlGaN 層（11)的厚度為 0· 5?3nm，各所述InGaN層（13)的厚度為0· 5?3nm，所述AlGaN/InGaN超晶格的總厚度 為 10 ?50nm ; 形成所述低溫電子阻擋層（30)的步驟中，形成Mg摻雜AlInGaN以形成所述P型 AlInGaN，其中 Mg 組分濃度為 5E19-L 5E20atom/cm3，Al 組分濃度為 5E19 ?lE20atom/cm3， In組分濃度為1E18?lE19atom/cm3,所述P型AlInGaN的厚度為20?50nm ; 形成所述高溫電子阻擋層（40)的步驟中，交替形成5?10組Mg摻雜AlGaN層和Mg摻 雜InGaN層以形成所述P型AlGaN/P型InGaN超晶格，其中Mg組分濃度為1E19?5E19atom/ cm3，A1組分濃度為lE19-lE20atom/cm3，In組分濃度為1E18?5E19atom/cm 3,每組所述P 型AlGaN層（41)和所述P型InGaN層（43)的厚度為2?8nm，各所述P型AlGaN和各所述 P型InGaN層（43)的厚度比為0. 5?2,所述P型AlGaN/P型InGaN超晶格的厚度為30? 80nm。
10. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的制作方法，其特征在于， 形成所述低溫P型GaN層（20)的步驟中，形成Mg摻雜GaN層以形成所述低溫P型GaN 層（20)，其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,所述低溫P型GaN層（20)的厚度為 20 ?50nm ; 形成所述高溫P型GaN層（50)的步驟中，形成Mg摻雜GaN層以形成所述高溫P型GaN 層（50)，其中Mg組分濃度為5E19?1. 5E20atom/cm3,所述高溫P型GaN層（50)的厚度為 50 ?200nm。
11. 根據(jù)權(quán)利要求7至10中任一項(xiàng)所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法還包括 在所述高溫P型GaN層（50)上形成P型接觸層，包括以下步驟： 在溫度為650?750°C、壓力為100?300torr的條件下生長Mg摻雜InGaN以形成所 述P型接觸層，其中Mg組分濃度為1E20?5E20atom/cm3，In組分濃度為1E18?lE19atom/ cm3,所述P型接觸層的厚度為5?10nm。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的制作方法，其特征在于，在形成所述P型接觸的步驟之后， 在溫度為700?750°C、氮?dú)鈿夥障卤?0?30分鐘。
13. -種LED外延片，包括襯底，以及沿遠(yuǎn)離襯底表面方向上依次設(shè)置的GaN緩沖層、u 型GaN層、η型GaN層、量子阱層以及p型GaN層，其特征在于，所述p型GaN層為權(quán)利要求 1至6中任一項(xiàng)所述的P型外延層。
【文檔編號】H01L33/00GK104064643SQ201410289309
【公開日】2014年9月24日 申請日期:2014年6月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月24日
【發(fā)明者】馬歡, 田艷紅, 徐迪, 季輝, 王新建 申請人:湘能華磊光電股份有限公司