一种发光二极管外延片及其生长方法技术

本发明专利技术公开了一种发光二极管外延片及其生长方法，属于半导体技术领域。发光二极管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、电子阻挡层和P型半导体层，有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，每个量子垒包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，第一子层和第三子层均为掺杂硅的氮化镓层，所述二子层为掺杂铝的氮化镓层，第四子层为掺杂铟的氮化镓层。本发明专利技术通过在量子垒中采用掺杂硅的氮化镓层，而且掺杂硅的氮化镓层中插入有掺杂铝的氮化镓层，在实现电流扩展电压降低的同时，可以有效避免硅的掺杂浓度太高而降低有源层的晶体质量，最终提升了发光二极管的发光效率。

【技术实现步骤摘要】
一种发光二极管外延片及其生长方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种发光二极管外延片及其生长方法。
技术介绍
发光二极管(英文：LightEmittingDiode，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、城市景观照明、手机背光源等领域。外延片是LED制备过程中的初级成品。现有的LED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、电子阻挡层和P型半导体层。其中，N型半导体层提供的电子和P型半导体层提供的空穴注入有源层进行复合发光。有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，量子垒为掺杂硅的氮化镓层。在实现本专利技术的过程中，专利技术人发现现有技术至少存在以下问题：量子垒采用掺杂硅的氮化镓层，可以降低晶体中的线缺陷，同时扩展电流降低电压，有利于电子和空穴的复合发光，提高发光二极管的发光效率，但发光二极管的发光效率还可以进一步提高。
技术实现思路
为了解决现有技术的问题，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片及其生长方法。所述技术方案如下：一方面，本专利技术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以及依次层叠在所述衬底上的缓冲层、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，所述有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，每个所述量子垒包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层和所述第三子层均为掺杂硅的氮化镓层，所述第二子层为掺杂铝的氮化镓层，所述第四子层为掺杂铟的氮化镓层。可选地，所述第一子层中硅的掺杂浓度大于或等于所述第三子层中硅的掺杂浓度。优选地，所述第一子层中硅的掺杂浓度小于所述N型半导体层中N型掺杂剂的掺杂浓度。可选地，所述电子阻挡层为P型掺杂的铝镓氮层，所述第二子层中铝的掺杂浓度小于所述电子阻挡层中铝的掺杂浓度。可选地，每个所述量子阱为铟镓氮层，所述第四子层中铟的掺杂浓度小于所述量子阱中铟的掺杂浓度。可选地，所述第二子层的厚度小于所述第一子层的厚度，且所述第二子层的厚度小于所述第三子层的厚度；所述第四子层的厚度小于所述第一子层的厚度，且所述第四子层的厚度小于所述第三子层的厚度。优选地，所述第一子层的厚度与所述第三子层的厚度相等，所述第二子层的厚度与所述第四子层的厚度相等。另一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片的生长方法，所述生长方法包括：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、电子阻挡层和P型半导体层；其中，所述有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，每个所述量子垒包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层和所述第三子层均为掺杂硅的氮化镓层，所述第二子层为掺杂铝的氮化镓层，所述第四子层为掺杂铟的氮化镓层。可选地，所述第一子层的生长温度、所述第二子层的生长温度、所述第三子层的生长温度、以及所述第四子层的生长温度相等。可选地，所述第一子层的生长压力、所述第二子层的生长压力、所述第三子层的生长压力、以及所述第四子层的生长压力相等。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过在量子垒中采用掺杂硅的氮化镓层，可以降低晶体中的线缺陷，同时扩展电流降低电压，有利于电子和空穴的复合发光，提高发光二极管的发光效率。而且掺杂硅的氮化镓层中插入有掺杂铝的氮化镓层，并且在掺杂硅的氮化镓层之后插入有掺杂铟的氮化镓层，实现掺硅层和非掺硅层交替层叠，掺杂硅层中的部分硅可以通过渗透作用到非掺硅层中，在实现电流扩展电压降低的同时，可以有效避免硅的掺杂浓度太高而降低有源层的晶体质量，有利于电子和空穴的复合发光，最终提升了发光二极管的发光效率。另外，由于铝的势垒较高，因此掺杂铝的氮化镓层可以降低电子的移动速度，有利于电子在量子阱中与空穴进行辐射复合，同时减少泄露到P型半导体层中的电子数量，避免电子在P型半导体层中与空穴发生非辐射复合，最终提升了发光二极管的发光效率。量子垒最后采用掺杂铟的氮化镓层，与量子阱的材料一致，使得量子垒与量子阱之间形成直接且良好的晶格匹配，减少由于晶格失配产生的应力带来的缺陷，从而避免了缺陷引起的非辐射复合，进一步提升了发光二极管的发光效率。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的结构示意图；图2是本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的量子垒的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种发光二极管外延片的生长方法的流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术实施方式作进一步地详细描述。本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，图1为本专利技术实施例提供的发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该发光二极管外延片包括衬底10、缓冲层20、N型半导体层30、有源层40、电子阻挡层50和P型半导体层60，缓冲层20、N型半导体层30、有源层40、电子阻挡层50和P型半导体层60依次层叠在衬底10上。图2为本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图，参见图2，有源层40包括多个量子阱41和多个量子垒42，多个量子阱41和多个量子垒42交替层叠在N型半导体层30上(图2中仅以3个量子阱41和3个量子垒42为例，本专利技术并不限制于此)。图3为本专利技术实施例提供的量子垒的结构示意图，参见图3，每个量子垒42包括依次层叠的第一子层421、第二子层422、第三子层423和第四子层424。第一子层421为掺杂硅的氮化镓层，第二子层422为掺杂铝的氮化镓层(即铝镓氮层)，第三子层423为掺杂硅的氮化镓层，第四子层424为掺杂铟的氮化镓层(即铟镓氮层)。本专利技术实施例通过在量子垒中采用掺杂硅的氮化镓层，可以降低晶体中的线缺陷，同时扩展电流降低电压，有利于电子和空穴的复合发光，提高发光二极管的发光效率。而且掺杂硅的氮化镓层中插入有掺杂铝的氮化镓层，并且在掺杂硅的氮化镓层之后插入有掺杂铟的氮化镓层，实现掺硅层和非掺硅层交替层叠，掺杂硅层中的部分硅可以通过渗透作用到非掺硅层中，在实现电流扩展电压降低的同时，可以有效避免硅的掺杂浓度太高而降低有源层的晶体质量，有利于电子和空穴的复合发光，最终提升了发光二极管的发光效率。另外，由于铝的势垒较高，因此掺杂铝的氮化镓层可以降低电子的移动速度，有利于电子在量子阱中与空穴进行辐射复合，同时减少泄露到P型半导体层中的电子数量，避免电子在P型半导体层中与空穴发生非辐射复合，最终提升了发光二极管的发光效率。量子垒最后采用掺杂铟的氮化镓层，与量子阱的材料一致，使得量子垒与量子阱之间形成直接且良好的晶格匹配，减少由于晶格失配产生的应力带来的缺陷，从而避免了缺陷引起的非辐射复合，进一步提升了发光二极管的发光效率。可选地，可以第一子层421中硅的掺杂浓度大于第三子层423中硅的掺杂浓度，也可以第一子层421中硅的掺杂浓度与第三子层423中硅的掺杂浓度相等，即第一子层421中硅的掺杂浓度可以大于或等于第三子层4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种发光二极管外延片，所述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缓冲层、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，所述有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，其特征在于，每个所述量子垒包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层和所述第三子层均为掺杂硅的氮化镓层，所述第二子层为掺杂铝的氮化镓层，所述第四子层为掺杂铟的氮化镓层。

【技术特征摘要】
1.一种发光二极管外延片，所述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缓冲层、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，所述有源层包括交替层叠的多个量子阱和多个量子垒，其特征在于，每个所述量子垒包括依次层叠的第一子层、第二子层、第三子层和第四子层，所述第一子层和所述第三子层均为掺杂硅的氮化镓层，所述第二子层为掺杂铝的氮化镓层，所述第四子层为掺杂铟的氮化镓层。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层中硅的掺杂浓度大于或等于所述第三子层中硅的掺杂浓度。3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层中硅的掺杂浓度小于所述N型半导体层中N型掺杂剂的掺杂浓度。4.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述电子阻挡层为P型掺杂的铝镓氮层，所述第二子层中铝的掺杂浓度小于所述电子阻挡层中铝的掺杂浓度。5.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，每个所述量子阱为铟镓氮层，所述第四子层中铟的掺杂浓度小于所述量子阱中铟的掺杂浓度。6.根据权利要求1～3任一项所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚振，从颖，蒋晓旭，胡加辉，李鹏，
申请(专利权)人：华灿光电浙江有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江,33