高可靠性外延片及发光二极管的制作方法

1.本实用新型涉及半导体技术领域，特别涉及一种高可靠性外延片及发光二极管。


背景技术：

2.gan材料由于其具有热产生效率低，抗辐射，击穿电压高，电子饱和漂移速度大，和介电常数小的优点，已被广泛应用在高频、高温、高压电子器件领域、发光二极管(led)和半导体激光器(ld)等方面，成为当前研究的热点。
3.然而，对于大功率gan基光电子器件，由于自身的电流扩展性能较差等众多缺陷，使得在大电流下使用容易产生电流拥挤效应，导致现有的发光二极管容易出现局部工作电压高，进而降低发光二极管的可靠性，因此，制备更少缺陷更高质量的gan材料是必要且具有挑战性的。


技术实现要素：

4.基于此，本实用新型的目的是提供一种高可靠性外延片及发光二极管，以优化传统技术中大功率gan基光电子器件的电流扩展性能，缓解芯片在大电流下的电流拥挤效应，进而提高发光二极管的可靠性。
5.一种高可靠性外延片，包括衬底以及依次层叠于所述衬底上的n型半导体层、多量子阱层、高电导层及p型半导体层，其中：
6.所述高电导层包括n组依次层叠于所述多量子阱层上的高电导子层，每组所述高电导子层均包括依次层叠的p型algan层、石墨烯层以及p型gan层，每组所述高电导子层中所述p型algan层离所述多量子阱层最近；
7.在n组所述高电导子层中，越靠近所述多量子阱层的所述高电导子层中的石墨烯层的层数越少。
8.综上，根据本实用新型提出的高可靠性外延片，通过新引入的高电导层，且该高电导层包括p型algan层、石墨烯层以及p型gan层，由于石墨烯层具有较好的导电率，从而能够提高外延片的电流扩展性能，降低工作电压，进而提高芯片可靠性及使用寿命；同时由于层数越多的石墨烯层的电导率越高，因此，通过在n组所述高电导子层中，越靠近所述多量子阱层的所述高电导子层中的石墨烯层的层数越少，能够对p型半导体层的注入电流进行良好的扩展，从而进一步提高了芯片的电流扩展性能，以更好地适用于大功率下的gan基光电子器件，解决了传统技术中大功率gan基光电子器件因电流扩展性能差导致的可靠性下降的问题。
9.进一步的，在n组所述高电导子层中，所述石墨烯层的层数记为m，m的取值范围为1～3n，n的取值范围为2～10。
10.进一步的，所述p型algan层的厚度为3～10nm，在n组所述高电导子层中，越靠近所述多量子阱层的所述高电导子层中的p型algan层的厚度越大。
11.进一步的，还包括设于所述衬底以及所述n型半导体层之间的缓冲层，所述缓冲层
包括k组依次层叠于所述衬底上的缓冲子层，每组所述缓冲子层均包括依次层叠的第一缓冲子层，第二缓冲子层以及第三缓冲子层。
12.进一步的，每组所述缓冲子层中的所述第一缓冲子层离所述衬底最近，在k组所述缓冲子层中，越靠近所述衬底的所述缓冲子层中的所述第二缓冲子层的厚度越大。
13.进一步的，所述第一缓冲子层和所述第三缓冲子层均为氮化铝层，所述第二缓冲子层为磷化硼层。
14.进一步的，所述第一缓冲子层的厚度为5～10nm。
15.进一步的，所述第二缓冲子层的厚度为5～20nm。
16.进一步的，所述第三缓冲子层的厚度为20～30nm。
17.另一方面，本实用新型还提出一种发光二极管，包括上述的高可靠性外延片。
附图说明
18.图1为本实用新型第一实施例中的高可靠性外延片的结构示意图；
19.图2为本实用新型第一实施例中的高电导层的结构示意图；
20.图3为本实用新型第一实施例中的缓冲层的结构示意图。
21.主要元件符号说明：
22.衬底10n型半导体层20多量子阱层30高电导层40p型半导体层50高电导子层401p型algan层4011石墨烯层4012p型gan层4013缓冲层60缓冲子层601第一缓冲子层6011第二缓冲子层6012第三缓冲子层6013
23.如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本实用新型。
具体实施方式
24.为了便于理解本实用新型，下面将参照相关附图对本实用新型进行更全面的描述。附图中给出了本实用新型的若干实施例。但是，本实用新型可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本实用新型的公开内容更加透彻全面。
25.需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。
26.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
27.请参阅图1至图3，所示为本实用新型第一实施例中的高可靠性外延片的结构示意
图，该外延片包括衬底10以及依次层叠于所述衬底10上的n型半导体层20、多量子阱层30、高电导层40及p型半导体层50，其中：
28.该所述高电导层40包括n组依次层叠于所述多量子阱层30上的高电导子层401，即在多量子阱层30的上表面层叠有n组不同的高电导子层401，且每组高电导子层401均包括依次层叠的p型algan层4011、石墨烯层4012以及p型gan层4013，同时每组所述高电导子层401中所述p型algan层4011离所述多量子阱层30最近，即具体层叠在多量子阱层30表面的为最靠近多量子阱层30的高电导子层401中的p型algan层4011，通过新设计的高电导子层401，因石墨烯具有良好的导电率，进而能够提高外延片的电流扩展性能，此外，石墨烯一般有单层、少层和多层结构，单层石墨烯的标准厚度为0.334nm，最后不超过0.4nm；少层石墨烯是指由两层以上10层以下苯环结构周期性堆垛构成的一种二维碳材料，厚度约为1-2nm；多层石墨烯是指在由10层以上苯环结构构成的碳材料；在本实施例中，对于这n组高电导子层401而言，越靠近所述多量子阱层30的所述高电导子层401中的石墨烯层4012的层数越少，由于层数越多的石墨烯层4012其电导率越高，即越靠近p型半导体层50的石墨烯层4012，由于层数越多，能够对p型半导体层50的注入电流进行良好的扩展。
29.具体的，在n组所述高电导子层401中，所述石墨烯层4012的层数记为m，m的取值范围为1～3n，n的取值范围为2～10，示例性的，高电导子层401的组数可为3、5、7或10，但不限于此。
30.其中，所述p型algan层4011的厚度为3～10nm，示例性的，p型algan层4011的厚度可为3nm、5nm、7nm、9nm或10nm，但不限于此，与此同时，在n组所述高电导子层401中，越靠近所述多量子阱层30的所述高电导子层401中的p型algan层4011的厚度越大，即在p型algan层4011时，需满足沿远离衬底10方向(生长方向)其厚度递减的规律，且在n组所述高电导子层401中，越靠近所述多量子阱层30的p型algan层4011的al含量越大，由于al并入的含量越高，p型algan层4011的电导率越低，如此可进一步提高芯片的电流扩展性能。
31.具体的，p型algan层4011的含al量范围为0.1～0.7，在本实施例中，p型algan层4011的含al量优选为0.4。
32.除此之外，为了克服大功率gan基光电子器件的生长质量缺陷，以进一步提高芯片的可靠性，该高可靠性外延片还包括设于所述衬底10以及所述n型半导体层20之间的缓冲层60，且该缓冲层60包括k组依次层叠于所述衬底10上的缓冲子层601，每组所述缓冲子层601均包括依次层叠的第一缓冲子层6011，第二缓冲子层6012以及第三缓冲子层6013，通过设计缓冲层60，能够降低衬底10与外延晶体的失配，进而提高外延晶体的生长质量，具体的，在每组所述缓冲子层601中的所述第一缓冲子层6011离所述衬底10最近，即其中一缓冲子层601直接层叠在衬底10层的上表面，同时，在k组所述缓冲子层601中，越靠近所述衬底10的所述缓冲子层601中的所述第二缓冲子层6012的厚度越大，还需说明的是，所述第一缓冲子层6011和所述第三缓冲子层6013均为氮化铝层，所述第二缓冲子层6012为磷化硼层，也就是说，由于磷化硼和衬底10的晶格常数更相近，而氮化铝和氮化镓的晶格常数更相近，且越靠近所述衬底10的磷化硼层的厚度越大，从而能够进一步降低外延晶体与衬底10的失配，提高外延晶体的生长质量。
33.具体的，所述第一缓冲子层6011的厚度为5～10nm，示例性的，第一缓冲子层6011的厚度可为5nm、7nm、9nm或10nm，但不限于此；所述第二缓冲子层6012的厚度为5～20nm，示
例性的，第二缓冲子层6012的厚度可为5nm、10nm、15nm或20nm，但不限于此；所述第三缓冲子层6013的厚度为20～30nm，示例性的，第三缓冲子层6013的厚度可为20nm、25nm、28nm或30nm，但不限于此；k的取值范围为3～8，示例性的，缓冲子层601的组数可为3、5、7或8，但不限于此。
34.此外，还需说明的是，其中第一缓冲子层6011的生长温度高于第三缓冲子层6013的生长温度，在k组所述缓冲子层601中，越靠近所述衬底10的所述缓冲子层601中的第一缓冲子层6011和第三缓冲子层6013的生长温度均越低。
35.综上，根据本实用新型提出的高可靠性外延片，通过新引入的高电导层，且该高电导层包括p型algan层、石墨烯层以及p型gan层，由于石墨烯层具有较好的导电率，从而能够提高外延片的电流扩展性能，降低工作电压，进而提高芯片可靠性及使用寿命；同时由于层数越多的石墨烯层的电导率越高，因此，通过在n组所述高电导子层中，越靠近所述多量子阱层的所述高电导子层中的石墨烯层的层数越少，能够对p型半导体层的注入电流进行良好的扩展，从而进一步提高了芯片的电流扩展性能，以更好地适用于大功率下的gan基光电子器件，解决了传统技术中大功率gan基光电子器件因电流扩展性能差导致的可靠性下降的问题。此外，通过引入缓冲子层，能够降低衬底与外延晶体的失配，提高外延晶体的生长质量，以进一步提高芯片的可靠性。
36.本实用新型另一方面还提供一种发光二极管，该发光二极管包括上述实施例中的高可靠性外延片，因此该发光二极管高可靠性外延片的所有优点，在此不再详细说明。
37.以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。