一种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。所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、载流子调整层、有源层和P型半导体层，N型半导体层、载流子调整层、有源层和P型半导体层依次层叠在衬底上，载流子调整层的材料采用掺杂镁的铝铟镓氮。本发明专利技术通过在N型半导体层和有源层之间插入掺杂镁的铝铟镓氮层，形成宽禁带的电子阻挡层，避免电子溢出；同时提供空穴消耗电子，延长电子注入有源层的时间；而且减小了有源层内形成的内建电场，空穴的注入效率提高。综上，在N型半导体层和有源层之间插入掺杂镁的铝铟镓氮层，可以改变载流子的分布，使得注入有源层的电子数量和空穴数量匹配，最终提高LED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制备方法
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。以氮化镓(GaN)为基础的LED器件作为一种高效、环保、绿色的新型固态照明光源，常应用于交通信号灯、户外全彩显示屏、城市景观照明、汽车内外灯、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、N型半导体层、有源层和P型半导体层，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。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：N型半导体层提供的电子数量远多于P型半导体层提供的空穴数量，加上电子的体积远小于空穴的体积，电子的迁移速度快于空穴的迁移速度，因此注入有源层的电子数量会远多于空穴数量，导致电子和空穴的注入不匹配，极大限制了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发光二极管外延片及其制备方法，能够解决现有技术电子和空穴的注入不匹配的问题。所述技术方案如下：一方面，本专利技术实施例提供了一种发光二极管外延片，所述发光二极管外延片包括衬底、N型半导体层、有源层和P型半导体层，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，所述发光二极管外延片还包括载流子调整层，所述载流子调整层设置在所述N型半导体层和所述有源层之间；所述载流子调整层的材料采用掺杂镁的铝铟镓氮。可选地，所述载流子调整层中铝元素的掺杂浓度沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐增大、或者逐渐减小、或者先逐渐增大再逐渐减小。优选地，所述有源层包括多个周期结构，每个所述周期结构包括依次层叠的量子垒和量子阱；所述量子垒的材料采用未掺杂的氮化镓，所述量子阱的材料采用未掺杂的氮化铟镓。可选地，所述载流子调整层的厚度为10nm～20nm。可选地，所述载流子调整层中铝元素的掺杂浓度小于或等于20％。可选地，所述载流子调整层中铟元素的掺杂浓度为1％～5％。可选地，所述载流子调整层中镁元素的掺杂浓度为8*1017cm-3～1.2*1018cm-3。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N型半导体层、载流子调整层、有源层和P型半导体层；其中，所述载流子调整层的材料采用掺杂镁的铝铟镓氮。可选地，所述载流子调整层的生长温度为1040℃～1060℃。可选地，所述载流子调整层的生长压力为50torr～150torr。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N型半导体层和有源层之间插入掺杂镁的铝铟镓氮层，氮化铝的势垒较高，掺杂镁的铝铟镓氮层可以形成宽禁带的电子阻挡层，减慢电子的迁移速率，有利于有源层捕获电子，避免电子溢出；同时镁为P型掺杂剂，可以提供空穴消耗电子，延长电子注入有源层的时间，从而为P型半导体层提供的空穴注入有源层争取时间；而且掺杂镁的铝铟镓氮层设置在N型半导体层和有源层之间，有源层的两侧从N型半导体和P型半导体，变为低浓度的P型半导体和高浓度的P型半导体，减小了有源层内形成的内建电场，内建电场对空穴注入有源层的阻挡作用减弱，空穴的注入效率提高。综上，在N型半导体层和有源层之间插入掺杂镁的铝铟镓氮层，可以改变载流子的分布，使得注入有源层的电子数量和空穴数量匹配，最终提高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载流子调整层中铝元素的掺杂浓度的一种变化方式的示意图；图3是本专利技术实施例提供的载流子调整层中铝元素的掺杂浓度的另一种变化方式的示意图；图4是本专利技术实施例提供的载流子调整层中铝元素的掺杂浓度的又一种变化方式的示意图；图5是本专利技术实施例提供的流子调整层中铝元素的掺杂浓度的又一种变化方式的示意图；图6是本专利技术实施例提供的有源层的结构示意图；图7是本专利技术实施例提供的一种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发光二极管外延片。图1为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。参见图1，该发光二极管外延片包括衬底10、N型半导体层20、载流子调整层30、有源层40和P型半导体层50，N型半导体层20、载流子调整层30、有源层40和P型半导体层50依次层叠在衬底10上。在本实施例中，载流子调整层30的材料采用掺杂镁的铝铟镓氮。本专利技术实施例通过在N型半导体层和有源层之间插入掺杂镁的铝铟镓氮层，氮化铝的势垒较高，掺杂镁的铝铟镓氮层可以形成宽禁带的电子阻挡层，减慢电子的迁移速率，有利于有源层捕获电子，避免电子溢出；同时镁为P型掺杂剂，可以提供空穴消耗电子，延长电子注入有源层的时间，从而为P型半导体层提供的空穴注入有源层争取时间；而且掺杂镁的铝铟镓氮层设置在N型半导体层和有源层之间，有源层的两侧从N型半导体和P型半导体，变为低浓度的P型半导体和高浓度的P型半导体，减小了有源层内形成的内建电场，内建电场对空穴注入有源层的阻挡作用减弱，空穴的注入效率提高。综上，在N型半导体层和有源层之间插入掺杂镁的铝铟镓氮层，可以改变载流子的分布，使得注入有源层的电子数量和空穴数量匹配，最终提高LED的发光效率。另外，掺杂镁的铝铟镓氮层中的铟原子有利于镁的活化，可以增加空穴数量，有利于电子的消耗，从而充分延长电子注入有源层的时间，为P型半导体层提供的空穴注入有源层争取足够的时间。图2为本专利技术实施例提供的载流子调整层中铝元素的掺杂浓度的一种变化方式的示意图。参见图2，在本实施例的一种实现方式中，载流子调整层30中铝元素的掺杂浓度可以沿该发光二极管外延片的层叠方向逐渐增大。图3为本专利技术实施例提供的载流子调整层中铝元素的掺杂浓度的另一种变化方式的示意图。参见图3，在本实施例的另一种实现方式中，载流子调整层30中铝元素的掺杂浓度可以沿该发光二极管外延片的层叠方向逐渐减小。图4和图5为本专利技术实施例提供的载流子调整层中铝元素的掺杂浓度的又一种变化方式的示意图。参见图4和图5，在本实施例的又一种实现方式中，载流子调整层30中铝元素的掺杂浓度可以沿该发光二极管外延片的层叠方向先逐渐增大再逐渐减小。具体地，载流子调整层30中铝元素的掺杂浓度可以沿该发光二极管外延片的层叠方向先从较低值逐渐增大至最大值，再直接从最大值逐渐减小至较低值(如图4所示)；也可以沿该发光二极管外延片的层叠方向，先从较低值逐渐增大至最大值，再保持一段时间不变，最后从最大值逐渐减小至较低值(如图5所示)。载流子调整层两侧的半导体层中均未掺杂铝元素，上述三种实现方式中逐渐改变载流子调整层中铝元素的掺本文档来自技高网...

【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、N型半导体层、有源层和P型半导体层，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，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括载流子调整层，所述载流子调整层设置在所述N型半导体层和所述有源层之间；所述载流子调整层的材料采用掺杂镁的铝铟镓氮。

【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、N型半导体层、有源层和P型半导体层，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，其特征在于，所述发光二极管外延片还包括载流子调整层，所述载流子调整层设置在所述N型半导体层和所述有源层之间；所述载流子调整层的材料采用掺杂镁的铝铟镓氮。2.根据权利要求1所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述载流子调整层中铝元素的掺杂浓度沿所述发光二极管外延片的层叠方向逐渐增大、或者逐渐减小、或者先逐渐增大再逐渐减小。3.根据权利要求2所述的发光二极管外延片，其特征在于，所述有源层包括多个周期结构，每个所述周期结构包括依次层叠的量子垒和量子阱；所述量子垒的材料采用未掺杂的氮化镓，所述量子阱的材料采用未掺杂的氮化铟镓。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，所述载流子调整层的厚度为10nm～20...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋媛媛，印从飞，从颖，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