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、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至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为N型掺杂的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为P型掺杂的GaN层。本发明专利技术可以大大提高空穴的迁移率，有利于有源层中电子和空穴复合发光，最终提高LED的发光效率。

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 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 stacked on the substrate in turn, and the electronic barrier layer comprises at least one composite layer, the composite layer comprises the first sub-layer stacked in turn. The second and third sub-layers are N-type doped GaN layer, the second sub-layer is undoped AlGaN layer, and the third sub-layer is P-type doped GaN layer. The invention can greatly improve the mobility of holes, is beneficial to the composite luminescence of electrons and holes in the active layer, and ultimately improves the luminescence efficiency of the 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。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。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，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：电子阻挡层在阻挡电子从有源层跃迁到P型半导体层的同时，也会对P型半导体层提供的空穴注入有源层造成影响。而且空穴的体积比电子的体积大，空穴的移动比电子困难，因此空穴注入有源层比较困难，影响有源层中电子和空穴的复合发光，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，能够解决现有技术空穴注入有源层比较困难，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、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至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为N型掺杂的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为P型掺杂的GaN层。可选地，所述复合层的数量为5个～15个，多个所述复合层依次层叠。可选地，所述第一子层中N型掺杂剂的掺杂浓度小于所述第三子层中P型掺杂剂的掺杂浓度。优选地，所述第三子层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述P型半导体层中P型掺杂剂的掺杂浓度。更优选地，所述第三子层中P型掺杂剂的掺杂浓度与所述P型半导体层中P型掺杂剂的掺杂浓度相差至少一个数量级。可选地，所述第二子层中Al组分的含量小于所述第二子层中Ga组分的含量。可选地，所述第一子层的厚度大于所述第二子层的厚度，所述第二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为所述第二子层的厚度的2倍～3倍，所述第三子层的厚度与所述第一子层的厚度相等。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至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为N型掺杂的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为P型掺杂的GaN层。可选地，所述第一子层的生长条件、所述第二子层的生长条件和所述第三子层的生长条件相同，所述生长条件包括生长温度和生长压力。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AlGaN层的两侧分别设置N型掺杂的GaN层和P型掺杂的GaN层，GaN层和AlGaN层的交界面存在二维电子气和二维空穴气，可以促进电子和空穴的横向扩展，使得电子和空穴在电子阻挡层中均匀分布。同时AlGaN层的势垒较高，可以有效阻挡电子从有源层跃迁到空穴提供层，但不会对空穴形成阻挡作用，P型半导体层提供的空穴在二维空穴气的促进下更容易注入有源层，从而大大提高空穴的迁移率，有利于有源层中电子和空穴复合发光，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复合层的结构示意图；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、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。在本实施例中，电子阻挡层40包括至少一个复合层。图2为本专利技术实施例提供的复合层的结构示意图。参见图2，复合层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为N型掺杂的GaN层，第二子层42为未掺杂的AlGaN层，第三子层43为P型掺杂的GaN层。本专利技术实施例通过在AlGaN层的两侧分别设置N型掺杂的GaN层和P型掺杂的GaN层，GaN层和AlGaN层的交界面存在二维电子气和二维空穴气，可以促进电子和空穴的横向扩展，使得电子和空穴在电子阻挡层中均匀分布。同时AlGaN层的势垒较高，可以有效阻挡电子从有源层跃迁到空穴提供层，但不会对空穴形成阻挡作用，P型半导体层提供的空穴在二维空穴气的促进下更容易注入有源层，从而大大提高空穴的迁移率，有利于有源层中电子和空穴复合发光，最终提高LED的发光效率。而且AlGaN层可以阻挡位错和缺陷的延伸，电子阻挡层的晶体质量较好，改善由于缺陷积累而造成的翘曲，避免电子阻挡层中较多的缺陷会影响到空穴的扩展。另外，N型掺杂的GaN层和P型掺杂的GaN层都存在载流子，可以降低电子阻挡层的串联电阻，降低LED的工作电压。具体地，第一子层41可以为掺杂Si的GaN层或者掺杂Ge的GaN层，第三子层43可以为掺杂Mg的GaN层。当第一子层为掺杂Ge的GaN层时，晶格匹配度较好，可以改善整体的晶体质量。可选地，复合层的数量可以为5个～15个，如10个，多个复合层依次层叠。多个复合层依次层叠，可以增强电子阻挡和空穴扩展效果，同时超晶格结构可以减小位错和缺陷，提高整体的晶体质量。需要说明的是，多个复合层依次层叠时，虽然N型掺杂的GaN层会与P型掺杂的GaN层直接接触，N型掺杂的GaN层提供有电子，P型掺杂的GaN层提供有空穴，但是N型掺杂的GaN层与AlGaN层的交界面均存在二维电子气，P型掺杂的GaN层与AlGaN层的交界面均存在二维空穴气，二维电子气和二维空穴气可以避免N型掺杂的GaN层提供的电子和P型掺杂的GaN层提供的空穴直接进行非辐射复合。可选地，第一子层41的厚度可以大于第二子层42的厚度本文档来自技高网...

【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至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为N型掺杂的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为P型掺杂的GaN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、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至少一个复合层，所述复合层包括依次层叠的第一子层、第二子层和第三子层；所述第一子层为N型掺杂的GaN层，所述第二子层为未掺杂的AlGaN层，所述第三子层为P型掺杂的GaN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，所述复合层的数量为5个～15个，多个所述复合层依次层叠。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，所述第一子层中N型掺杂剂的掺杂浓度小于所述第三子层中P型掺杂剂的掺杂浓度。4.根据权利要求3所述的氮化镓基发光二极管外延片，其特征在于，所述第三子层中P型掺杂剂的掺杂浓度小于所述P型半导体层中P型掺杂剂的掺杂浓度。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，所述第三子层中P型掺杂剂的掺杂浓度与所述P型半导体层中P型掺杂剂的掺杂浓度相差至少一个...

【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