[发明专利]一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法

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制作方法，属于半导体技术领域。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；有源层包括多个量子阱和多个量子垒，多个量子阱和多个量子垒交替层叠设置；量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个氮化钪铝层和(M+1)个氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。本发明通过在未掺杂的氮化镓层中插入至少一个未掺杂的氮化钪铝层作为量子垒，氮化钪铝层和氮化镓层配合，可以缓解蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。

技术领域

本发明涉及半导体技术领域，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法。

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。LED具有节能环保、可靠性高、使用寿命长等优点，因而受到广泛的关注，近年来在背光源和显示屏领域大放异彩，并且开始向民用照明市场进军。

氮化镓(GaN)具有良好的热导性能，同时具有耐高温、耐酸碱、高硬度等优良特性，使氮化镓(GaN)基LED受到越来越多的关注和研究。现有的氮化镓基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型半导体层等结构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。

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：

蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷会随着外延生长而延伸并进行累积，延伸到有源层时累积的应力和缺陷已经比较严重，会对电子和空穴的复合发光造成不良影响，导致LED的内量子效率较低，最终降低LED的发光效率，影响LED在民用照明上的应用。

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制作方法，能够解决现有技术蓝宝石和氮化镓之间晶格失配产生的应力和缺陷延伸到有源层降低LED的发光效率的问题。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；所述有源层包括多个量子阱和多个量子垒，所述多个量子阱和所述多个量子垒交替层叠设置；所述量子垒包括M个未掺杂的氮化钪铝层和(M+1)个未掺杂的氮化镓层，M个所述氮化钪铝层和(M+1)个所述氮化镓层交替层叠设置，M为正整数。

可选地，所述氮化钪铝层为Sc_aAl_1-aN层，0.2＜a＜0.8。

可选地，所述氮化钪铝层的厚度为0.5nm～2nm。

优选地，所述氮化镓层的厚度为所述氮化钪铝层的厚度为2倍～10倍。

可选地，2≤M≤10。

优选地，所述量子阱的厚度为9nm～20nm。

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制作方法，所述制作方法包括：

提供一衬底；

在所述衬底上依次生长缓冲层、N型半导体层、有源层和P型半导体层；