一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法技术

本发明专利技术公开了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，属于半导体技术领域。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、电子阻挡层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。本发明专利技术通过将电子阻挡层的材料从氮化铝镓改为氮化钪铝，氮化钪铝的能级较高，可以有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光。同时氮化钪铝的晶格与氮化镓的晶格比较匹配，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，提高电子阻挡层的晶体质量，可以保证电子阻挡层对电子的阻挡效果。

A GaN-based Light Emitting Diode Epitaxy Sheet and Its Preparation Method

The invention discloses a GaN-based light emitting diode epitaxy sheet and a preparation method thereof, which belongs to the field of semiconductor technology. The GaN-based light emitting diode epitaxy sheet comprises a substrate, a buffer layer, a N-type semiconductor layer, an active layer, an electronic barrier layer and a P-type semiconductor layer. The buffer layer, the N-type semiconductor layer, the active layer, the electronic barrier layer and the P-type semiconductor layer are successively overlapped on the substrate, and the electronic barrier layer includes a scandium aluminum nitride layer. By changing the material of the electronic barrier layer from Gallium-Aluminium nitride to scandium-aluminium nitride, the energy level of the scandium-aluminium nitride is higher, and the non-radiative luminescence of the electron transition to the holes in the P-type semiconductor layer can be effectively blocked. At the same time, the lattice matching of scandium aluminum nitride and gallium nitride can alleviate the stress and defect caused by lattice mismatch between sapphire and gallium nitride, improve the crystal quality of electronic barrier layer, and ensure the effect of electronic barrier layer on electronic barrier.

【技术实现步骤摘要】
一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法
本专利技术涉及半导体
，特别涉及一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法。
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、汽车内外灯、城市景观照明、手机背光源等领域。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。N型半导体提供的电子数量远大于P型半导体层的空穴数量，加上电子的体积远小于空穴的体积，导致注入有源层中的电子数量远大于空穴数量。为了避免N型半导体层提供的电子迁移到P型半导体层中与空穴进行非辐射复合，通常会在有源层和P型半导体层之间设置电子阻挡层，可以阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层。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：电子阻挡层的材料采用氮化铝镓，理论上电子阻挡层中铝组分的含量越高，电子阻挡层的能级越高，电子阻挡能力越强。但是实际上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，延伸到电子阻挡层时累积的应力和缺陷已经比较严重，如果电子阻挡层中铝组分的含量太高，则会进一步加剧电子阻挡层中的应力和缺陷，导致电子阻挡层的晶体质量较差，造成电子阻挡层中存在漏电通道，无法有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光。而如果电子阻挡层中铝组分的含量较低，则电子阻挡层的能级较低，同样不能有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光，影响LED的内量子效率，最终降低LED的发光效率。
技术实现思路
本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片及其制备方法，能够解决现有技术电子阻挡层无法有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光，最终降低LED的发光效率的问题。所述技术方案如下：一方面，本专利技术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、电子阻挡层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。可选地，所述电子阻挡层的厚度为15nm～80nm。在本专利技术实施例一种可能的实现方式中，当所述电子阻挡层中氮化钪铝层的数量为一个时，所述氮化钪铝层为ScxAl1-xN层，0.1＜x＜0.4。在本专利技术实施例另一种可能的实现方式中，当所述电子阻挡层中氮化钪铝层的数量为多个时，所述电子阻挡层还包括多个P型掺杂的氮化镓层，多个所述氮化钪铝层和多个所述氮化镓层交替层叠设置。可选地，所述氮化钪铝层和所述氮化镓层的数量均为N个，4≤N≤10且N为整数。优选地，一个所述氮化钪铝层和一个所述氮化镓层的厚度之和为3nm～8nm。更优选地，所述氮化镓层的厚度为所述氮化钪铝层的厚度的1倍～4倍。可选地，所述氮化钪铝层为ScyAl1-yN层，0.2＜y＜0.6。另一方面，本专利技术实施例提供了一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法，所述制备方法包括：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，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。可选地，所述电子阻挡层的生长温度为850℃～1080℃，所述电子阻挡层的生长压力为200torr～500torr。本专利技术实施例提供的技术方案带来的有益效果是：通过将电子阻挡层的材料从氮化铝镓改为氮化钪铝，氮化钪铝的能级较高，可以有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光。同时氮化钪铝的晶格与氮化镓的晶格比较匹配，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，提高电子阻挡层的晶体质量，避免电子阻挡层中产生漏电通道，不会影响电子阻挡层阻挡电子跃迁到P型半导体层中。因此，保证了电子阻挡层对电子的阻挡效果，大大减少了电子与空穴的非辐射发光，提高了LED的内量子效率，进而提高LED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氮化镓基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一种电子阻挡层的结构示意图；图3是本专利技术实施例提供的另一种电子阻挡层的结构示意图；图4是本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的制备方法的流程图。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氮化镓基发光二极管外延片，图1为本专利技术实施例提供的一种氮化镓基发光二极管外延片的结构示意图，参见图1，该氮化镓基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。在本实施例中，电子阻挡层50包括氮化钪铝层。本专利技术实施例通过将电子阻挡层的材料从氮化铝镓改为氮化钪铝，氮化钪铝的能级较高，可以有效阻挡电子跃迁到P型半导体层中与空穴进行非辐射发光。同时氮化钪铝的晶格与氮化镓的晶格比较匹配，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，提高电子阻挡层的晶体质量，避免电子阻挡层中产生漏电通道，不会影响电子阻挡层阻挡电子跃迁到P型半导体层中。因此，保证了电子阻挡层对电子的阻挡效果，大大减少了电子与空穴的非辐射发光，提高了LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。在实际应用中，氮化钪铝层中可以不掺杂，也可以掺有P型掺杂剂。当氮化钪铝层中掺有P型掺杂剂时，氮化钪铝层可以提供部分空穴，有利于空穴注入有源层中与电子进行复合发光，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率。可选地，氮化钪铝层中P型掺杂剂的掺杂浓度可以为1017/cm3～1018/cm3，优选为5*1017/cm3。一方面可以提供一定数量的空穴，有利于空穴注入有源层中与电子进行辐射复合发光，提高LED的内量子效率，进而提高LED的发光效率；另一方面避免对LED的发光效率造成负影响，比如影响P型半导体层中的空穴注入有源层、降低电子阻挡层的晶体质量等。可选地，电子阻挡层50的厚度可以为15nm～80nm。材料采用氮化钪铝的电子阻挡层的厚度小于材料采用氮化铝镓的电子阻挡层的厚度，即电子阻挡层的厚度减小了，有利于降低LED的正向电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一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、电子阻挡层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，其特征在于，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。

【技术特征摘要】
1.一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、电子阻挡层和P型半导体层，所述缓冲层、所述N型半导体层、所述有源层、所述电子阻挡层和所述P型半导体层依次层叠在所述衬底上，其特征在于，所述电子阻挡层包括氮化钪铝层。2.根据权利要求1所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述电子阻挡层的厚度为15nm～80nm。3.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，当所述电子阻挡层中氮化钪铝层的数量为一个时，所述氮化钪铝层为ScxAl1-xN层，0.1＜x＜0.4。4.根据权利要求1或2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，当所述电子阻挡层中氮化钪铝层的数量为多个时，所述电子阻挡层还包括多个P型掺杂的氮化镓层，多个所述氮化钪铝层和多个所述氮化镓层交替层叠设置。5.根据权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭炳磊，王群，葛永晖，吕蒙普，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