[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。外延片包括衬底以及依次层叠在衬底上的缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层，有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层、盖层和垒层，所述阱层的材料为InGaN，所述垒层的材料为GaN，所述盖层的材料为B_xGa_1‑xN，0＜x＜1。本发明通过在InGaN和GaN之间插入一层BGaN，可以防止In的析出，同时由于B原子的尺寸较小，BGaN可以提供拉应力，改善InGaN和GaN之间的晶格失配，降低由于InGaN和GaN晶格失配带来的压电极化场，提高LED的发光效率。

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、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。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型半导体层等的材料通常选择氮化镓，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。

具体来说，有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个复合结构包括依次层叠的阱层、盖层和垒层。垒层将电子和空穴限制在阱层中进行复合辐射发光。阱层的材料采用氮化铟镓，由于高温会造成铟从阱层中析出，因此阱层的生长温度较低。而垒层的材料采用氮化镓，为了保证垒层的晶体质量，垒层的生长温度较高。盖层的生长温度与阱层的生长温度相同，可以避免垒层的高温生长影响到阱层，进而造成阱层中的铟析出；同时盖层的材料采用氮化镓，与垒层的晶体匹配度较好。

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：

阱层的材料采用氮化铟镓，盖层和垒层的材料均采用氮化镓，由于氮化镓的晶格常数为3.181埃，氮化铟的晶格常数为3.538埃，因此氮化铟镓的晶格常数和氮化镓的晶格常数之间存在差异，氮化铟镓和氮化镓的交界处会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。

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，能够解决现有技术氮化铟镓和氮化镓晶格失配导致LED的发光效率较低的问题。所述技术方案如下：

一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片，所述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；所述有源层包括依次层叠的多个复合结构，每个所述复合结构包括依次层叠的阱层、盖层和垒层，所述阱层的材料为InGaN，所述垒层的材料为GaN，所述盖层的材料为B_xGa_1-xN，0＜x＜1。

可选地，所述盖层的厚度为1nm～2nm。

优选地，所述阱层的厚度为3nm～8nm。

优选地，所述垒层的厚度为8nm～15nm。

可选地，所述复合结构的数量为5个～10个。

可选地，x沿所述盖层的层叠方向逐渐减小。

另一方面，本发明实施例提供了一种发光二极管外延片的制造方法，所述制造方法包括：