一种氮化镓基发光二极管外延片及其制作方法技术

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作方法，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、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，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依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层的材料采用BxGa1‑xN，0＜x≤1，所述第二子层的材料采用GaN，所述第三子层的材料采用ByGa1‑yN，0＜y≤1。本发明专利技术通过在BGaN层或者BN层中插入GaN层，可以有效减少电子泄漏和增加空穴注入，最终提高LED的发光效率。

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

The invention discloses a GaN-based light emitting diode epitaxy sheet and a manufacturing method thereof, which belongs to the field of semiconductor technology. The GaN-based light-emitting diode epitaxy sheet comprises a substrate, a N-type semiconductor layer, an active layer, an electronic barrier layer and a P-type semiconductor 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. The electronic barrier layer comprises the first, second and third sub-layers, which are successively overlapped. The material of the layer is BxGa1 xN, 0 < x < 1, the material of the second sublayer is GaN, and the material of the third sublayer is ByGa1 yN, 0 < y < 1. By inserting GaN layer into BGaN layer or BN layer, the invention can effectively reduce electronic leakage and increase hole injection, and ultimately improve the luminous efficiency of LED.

【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作方法
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作方法。
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。由于目前氮化镓(GaN)基半导体材料的质量提升和器件制造的改进，GaN基LED有望取代传统的白炽灯和荧光灯。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。衬底用于为外延材料提供生长表面，N型半导体层用于提供进行复合发光的电子，P型半导体层用于提供进行复合发光的空穴，有源层用于进行电子和空穴的辐射复合发光。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，对电子的跃迁起到阻挡作用，抑制电子溢流。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高铝组分的氮化铝镓，这样的电子阻挡层和有源层之间存在较大的极化场，使得电子阻挡层不但不能有效地将电子限制在有源层内，而且还会阻挡P型半导体层提供的空穴注入有源层，导致LED的发光效率下降。尤其是随着注入电流的增大，会导致较多的电子泄露和较低的空穴注入效率，使得LED的发光效率快速下降。
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作方法，能够解决现有技术电子阻挡层不但不能有效地将电子限制在有源层内，而且还会阻挡P型半导体层提供的空穴注入有源层，导致LED的发光效率下降的问题。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、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，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依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层的材料采用BxGa1-xN，0＜x≤1，所述第二子层的材料采用GaN，所述第三子层的材料采用ByGa1-yN，0＜y≤1。可选地，所述第一子层和所述第三子层的厚度之和小于所述第二子层的厚度。优选地，所述第二子层的厚度为所述电子阻挡层的厚度的75％～85％。可选地，所述第一子层的厚度大于所述第三子层的厚度。优选地，所述第一子层的厚度为所述第三子层的厚度的2倍～3倍。可选地，所述第一子层中B组分的含量大于所述第三子层中B组分的含量。优选地，所述第一子层中B组分的含量为所述第三子层中B组分的含量的2倍～3倍。更优选地，0.5≤x≤0.6，0.2≤y≤0.3。可选地，所述电子阻挡层的厚度为15nm～80nm。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依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层的材料采用BxGa1-xN，0＜x≤1，所述第二子层的材料采用GaN，所述第三子层的材料采用ByGa1-yN，0＜y≤1。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BGaN层或者BN层中插入GaN层，改变电子阻挡层和有源层之间的极化场，增加电子阻挡层内的静电场，使得电子阻挡层对电子的有效势垒高度增加，对空穴的有效势垒高度降低，从而增强对电子的限制，提高空穴的注入效率。而且BGaN层或者BN层比AlGaN层的带隙宽，可以有效减少电子泄漏和增加空穴注入，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一种氮化镓基发光二极管外延片的制作方法的流程图。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、N型半导体层20、有源层30、电子阻挡层40和P型半导体层50，N型半导体层20、有源层30、电子阻挡层40和P型半导体层50依次层叠在衬底10上。图2为本专利技术实施例提供的电子阻挡层的结构示意图。参见图2，在本实施例中，电子阻挡层40包括依次层叠的第一子层41、第二子层42和第三子层43，第一子层41的材料采用BxGa1-xN，0＜x≤1，第二子层42的材料采用GaN，第三子层43的材料采用ByGa1-yN，0＜y≤1。具体地，当0＜x＜1时，第一子层41的材料采用BGaN；当x＝1时，第一子层41的材料采用BN。当0＜y＜1时，第二子层42的材料采用BGaN；当y＝1时，第二子层42的材料采用BN。本专利技术实施例通过在BGaN层或者BN层中插入GaN层，改变电子阻挡层和有源层之间的极化场，增加电子阻挡层内的静电场，使得电子阻挡层对电子的有效势垒高度增加，对空穴的有效势垒高度降低，从而增强对电子的限制，提高空穴的注入效率。而且BGaN层或者BN层比AlGaN层的带隙宽，可以有效减少电子泄漏和增加空穴注入，最终提高LED的发光效率。可选地，第一子层41和第三子层43的厚度之和可以小于第二子层42的厚度。位于电子阻挡层中间的GaN层较厚，能够储存更多的空穴，有利于空穴注入有源层，可以进一步提升空穴的注入效率，最终提高LED的发光效率。优选地，第二子层42的厚度可以为电子阻挡层40的厚度的75％～85％，如80％，有利于电子阻挡层中间的GaN层储存空穴，提升空穴的注入效率。可选地，第一子层41的厚度可以大于第三子层43的厚度。靠近有源层的BGaN层或者BN层较厚，有利于阻挡电子跃迁到P型半导体层中，减少电子溢流；同时靠近P型半导体层的BGaN层或者BN层较薄，有利于P型半导体层中的空穴遂穿到中间的GaN层中储存，进而注入到有源层中，提升空穴的注入效率。优选地，第一子层41的厚度可以为第三子层43的厚度的2倍～3倍，如2.5倍。通过控制第一子层和第三子层之间厚度的比例关系，一方面通过两者之间的偏差有利于减少电子溢流和提升空穴注入，另一方面避免由于两者之间偏差较大而无法有效改善电子阻挡层和有源层之间的极化场。可选地，第一子层41中B组分的含量可以大于第三子层43中B组分的含量。靠近有源层的BGaN层或者BN层中B组分的含量较高，使得电子阻挡层与有源层之间的能带上升，可以增强对电子的限制；同时靠近P型半导体层的BGaN层或者BN层中B组分的含量较低，有利于空穴迁移，提高有源层中空穴的浓度，最终提高LED的发光效率。优选地本文档来自技高网...

【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、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，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依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层的材料采用BxGa1‑xN，0＜x≤1，所述第二子层的材料采用GaN，所述第三子层的材料采用ByGa1‑yN，0＜y≤1。

【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、N型半导体层、有源层、电子阻挡层和P型半导体层，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依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层，所述第一子层的材料采用BxGa1-xN，0＜x≤1，所述第二子层的材料采用GaN，所述第三子层的材料采用ByGa1-yN，0＜y≤1。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，所述第一子层和所述第三子层的厚度之和小于所述第二子层的厚度。3.根据权利要求2所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第二子层的厚度为所述电子阻挡层的厚度的75％～85％。4.根据权利要求1～3任一项所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度大于所述第三子层的厚度。5.根据权利要求4所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第一子层的厚度为所述第三...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘旺平，乔楠，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